CN111786723A - 矿工体征检测vlc系统用ppm编码产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，主要包括锁相环模块、分频模块、主控模块、串转并移位寄存器模块、地址发生器模块、双口RAM模块、编码模块和并转串移位寄存器输出模块；本装置通过对编码源数据进行分组，将一帧数据以分组形式存入双口RAM模块中，同时利用从双口RAM模块中获得的一组数据的十进制值作为编码模块中移位寄存器移动的位数，从而快速获得对应的PPM编码结果，降低了编码时间，编码输出的时钟由外部输入设定，以便更好匹配不同的编码速率，适用于矿工体征检测等煤矿井下应用的复杂通信环境。

Description

矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置
技术领域
本发明是一种二进制编码产生装置，尤其涉及矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置。
背景技术
近年来，可见光通信(VLC)技术以绿色环保、频谱资源丰富、安全性高等诸多优点经历了高速发展，它利用LED照明光源作为信号基站，通过LED以人眼无法识别的高速亮灭的发光特性实现信号调制，最后以光信号的形式发送出去实现信号传输。VLC技术目前也已经开始应用于煤矿井下，如人员定位、有毒气体监测、矿工体征参数检测等数据传输场合。VLC系统中，现在主要有OOK、PPM(脉冲位置调制)以及OFDM来作为可见光通信的编码，其中PPM编码兼顾通信的同时可以实现调光。而现有的PPM编码方式多由计算机软件来实现，PPM编码长度单一固定，编码输出速率单一，不能适用于煤矿井下狭小的复杂环境，尤其是不适用于矿工体征检测VLC系统中。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置。
本发明所采用的技术方案是：
矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，包括有按键输入模块、LCD显示模块、时钟输入模块和FPGA模块，所述的FPGA模块包括有锁相环模块、分频模块、主控模块、串转并移位寄存器模块、地址发生器模块、双口RAM模块、编码模块和并转串移位寄存器输出模块，所述的主控模块通过按键输入模块和LCD显示模块得到PPM编码的长度(2的整数次幂)以及分频模块分频系数的设定值，同时协调各模块有序执行功能；时钟输入模块输出的低频时钟通过锁相环模块倍频后成为高频时钟，高频时钟再经过分频模块分频后得到的时钟信号作为并转串移位寄存器输出模块的输入时钟来控制数据移位；串转并移位寄存器模块将输入的一帧数字信号按照设定的位数进行分组，然后将分组的数据以组为单位分别存储至双口RAM模块中，地址发生器模块在主控模块的控制下将双口RAM模块中存储的数据一组一组输出至编码模块中进行编码，之后将编码数据输出至并转串移位寄存器输出模块中，在分频时钟的控制下，并转串移位寄存器输出模块输出PPM编码数据，每输出一组PPM编码数据，并转串移位寄存器中的计数器加1，当一帧数据全部输出时通过主控模块控制下一帧数据的输入。
所述的串转并移位寄存器模块、双口RAM模块、编码模块、和并转串移位寄存器输出模块中所涉及到的数据位宽的设定值均由主控模块通过按键输入模块和LCD显示模块得到。
所述的编码模块包括移位寄存器，通过移位寄存器来实现PPM编码，移位寄存器的初始值设置为1，当双口RAM中的一组数据以及移位开始标志信号传输过来时，移位寄存器开始向左移位，低位补0，移动的位数是双口RAM模块传输过来的一组数据的十进制值。
矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，具体产生方式如下：
(1)串行数字输入信号预处理：串转并移位寄存器模块将输入的一帧数据按照设定的位数值进行分组，从第一个二进制数据开始移位，当移位数达到设定值时产生一个双口RAM模块的写使能信号和初始写地址0，然后将串转并移位寄存器中的第一组数据存储至双口RAM的第一个存储单元中，依次类推，每一组数据存储完成时，双口RAM模块的写地址加1，一帧数据全部存储完成产生一个存储结束标志信号。
(2)PPM编码以及编码的输出：主控模块受到串转并移位寄存器模块发送的存储结束标志信号后，控制地址发生器模块产生双口RAM模块的初始读地址0，同时产生一个双口RAM模块的读使能信号，从而取出双口RAM模块中的第一组数据至编码模块中，双口RAM模块第一组数据读出后产生一个编码模块中移位寄存器开始移位标志信号，编码模块的移位寄存器初始值为1，当接收到开始移位标志信号后，编码模块中的移位寄存器中的数开始向左移位，移动的位数为双口RAM模块传输过来的第一组数据的十进制值，低位补0，移位完成后的数据即为PPM编码数据，移位完成后产生一个编码完成标志至并转串移位寄存器输出模块中，同时将PPM编码结果送至并转串移位寄存器输出模块，并转串移位寄存器模块在分频模块输出时钟下开始PPM编码输出，输出完成之后产生一个组数据输出结束信号至主控模块，同时并转串移位寄存器输出模块内部的计数器加1，主控模块根据组数据结束信号继续产生双口RAM模块下一组数据的读使能信号，依此类推，直至一帧数据输出结束，并转串移位寄存器输出模块产生一个帧结束信号至主控模块中，主控模块根据帧结束信号控制串转并移位寄存器进行下一帧数据的输入。
本发明的优点是：(1)本发明中PPM编码长度是根据按键输入模块和LCD显示模块来设定，使用者只需要用按键输入即可轻松设定PPM编码的长度，简单方便，适用于井下矿工体征检测和煤矿井下狭小空间等特殊环境。
(2)本发明最后的PPM编码输出是根据分频模块输出的时钟进行输出的，分频模块的分频系数是由按键和LCD显示模块来设定的，使用者可使用外设按键轻松设置PPM编码的速率，适用于煤矿井下等复杂环境下对不同速率的要求。
附图说明
图1是本发明装置的组成框图。
图2是本发明装置的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明：
如图1所示，矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，包括按键输入模块(1)、LCD显示模块(2)、时钟输入模块(3)和FPGA模块，其中FPGA模块包括有锁相环模块(4)、分频模块(5)、主控模块(6)、串转并移位寄存器模块(7)、地址发生器模块(8)、双口RAM模块(9)、编码模块(10)和并转串移位寄存器输出模块(11)，所述的主控模块(6)通过按键输入模块(1)和LCD显示模块(2)得到PPM编码的长度M(2的整数次幂，M＝2n)以及分频模块分频系数的设定值N，同时协调各模块有序执行功能；时钟输入模块(3)输出的低频时钟通过锁相环模块(4)倍频后成为高频时钟，高频时钟再经过分频模块(5)分频后得到的时钟信号作为并转串移位寄存器输出模块(11)的输入时钟来控制数据移位；串转并移位寄存器模块(7)将输入的一帧数字信号按照设定的位数进行分组，然后将分组的数据以组为单位分别存储至双口RAM模块(9)中，地址发生器模块(8)在主控模块(6)的控制下将双口RAM模块(9)中存储的数据一组一组输出至编码模块(10)中进行编码，之后将编码数据输出至并转串移位寄存器模块(11)中，在分频时钟的控制下，并转串移位寄存器输出模块(11)输出PPM编码数据，每输出一组PPM编码数据，并转串移位寄存器模块(11)中的计数器加1，当一帧数据全部输出时，通过主控模块(6)控制下一帧数据的输入。
所述主控模块(6)通过按键输入模块(1)和LCD显示模块(2)得到PPM编码的长度M(2的整数次幂，M＝2n)来设定其他模块的数据位宽，具体设置如下：
1.设定串转并移位寄存器(7)的输出数据位宽为n，中间移位寄存器的数据位宽为n。
2.设定双口RAM模块(9)的读数据和写数据的数据位宽为n，读地址和写地址为固定的8位。
3.设定编码模块(10)中的输入数据位宽为n、输出数据位宽为M，编码模块中(10)包括的移位寄存器的数据位宽为M。
4.设定并转串移位寄存器输出模块(11)的输入数据位宽为M。
所述编码模块(10)包括移位寄存器，其具体编码过程如下：
首先设置编码模块(10)中的移位寄存器的数据位宽为M，初始值设置为1，当双口RAM模块(9)中的第一组数据读取至编码模块(10)中时，编码模块(10)中的移位寄存器开始向左进行移位，移动的位数是从双口RAM模块(9)读取第一组数据的十进制值，同时低位补0，编码完成并输出至并转串移位寄存器模块(11)中后，编码模块(10)中的移位寄存器恢复为初始值1。
如图2所示，本发明矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置的具体流程是：
系统上电后首先进行初始化操作确保FPGA正常工作。初始化操作之后开始等待按键设定编PPM码的位数以及分频模块(5)的分频系数，并由主控模块(6)设定其他模块相应的数据位宽。之后在主控模块(6)的调控下，由串转并移位寄存器模块(7)和双口RAM模块(9)完成一帧数据的分组和存储，存储完成之后由地址发生器模块(8)产生双口RAM模块(9)的读数据地址，将双口RAM模块(9)中的数据第一组送至编码模块(10)中进行编码，编码完成之后送至并转串移位寄存器输出模块(11)，在分频模块(5)的输出时钟下进行输出，第一组数据输出完成之后再进行第二组数据的编码输出，等到一帧数据全部输出完成，再由主控模块(6)控制下一帧数据的输入。并转串移位寄存器输出模块(11)在分频模块(5)的输出时钟下进行的数据输出，分频系数由外部输入设定，这样使PPM编码能满足不同速率下的编码输出。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，特征在于：包括有按键输入模块、LCD显示模块、时钟输入模块和FPGA模块，所述的FPGA模块包括有锁相环模块、分频模块、主控模块、串转并移位寄存器模块、地址发生器模块、双口RAM模块、编码模块和并转串移位寄存器输出模块，所述的主控模块通过按键输入模块和LCD显示模块得到PPM编码的长度(2的整数次幂)以及分频模块分频系数的设定值，同时协调各模块有序执行功能；时钟输入模块输出的低频时钟通过锁相环模块倍频后成为高频时钟，高频时钟再经过分频模块分频后得到的时钟信号作为并转串移位寄存器输出模块的输入时钟来控制数据移位；串转并移位寄存器模块将输入的一帧数字信号按照设定的位数进行分组，然后将分组的数据以组为单位分别存储至双口RAM模块中，地址发生器模块在主控模块的控制下将双口RAM模块中存储的数据一组一组输出至编码模块中进行编码，之后将编码数据输出至并转串移位寄存器输出模块中，在分频时钟的控制下，并转串移位寄存器输出模块输出PPM编码数据，每输出一组PPM编码数据，并转串移位寄存器中的计数器加1，当一帧数据全部输出时通过主控模块控制下一帧数据的输入。
2.根据权利要求1所述的矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，其特征在于：所述的串转并移位寄存器模块、双口RAM模块、编码模块、和并转串移位寄存器输出模块中所涉及到的数据位宽的设定值均由主控模块通过按键输入模块和LCD显示模块得到。
3.根据权利要求2所述的矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，其特征在于：所述的编码模块包括移位寄存器，通过移位寄存器来实现PPM编码，移位寄存器的初始值设置为1，当双口RAM中的一组数据以及移位开始标志信号传输过来时，移位寄存器开始向左移位，低位补0，移动的位数是双口RAM模块传输过来的一组数据的十进制值。
4.根据权利要求3所述的矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，其特征在于：所述的分频模块的分频系数由按键模块和LCD显示模块通过主控模块进行设定，其输出的时钟作为并转串移位寄存器模块的输出时钟，以便匹配不同的编码速率。
5.矿工体征检测VLC系统用PPM编码产生装置，具体产生方式如下：
(1)串行数字输入信号预处理：串转并移位寄存器模块将输入的一帧数据按照设定的位数值进行分组，从第一个二进制数据开始移位，当移位数达到设定值时产生一个双口RAM模块的写使能信号和初始写地址0，然后将串转并移位寄存器中的第一组数据存储至双口RAM的第一个存储单元中，依次类推，每一组数据存储完成时，双口RAM模块的写地址加1，一帧数据全部存储完成产生一个存储结束标志信号。
(2)PPM编码以及编码的输出：主控模块受到串转并移位寄存器模块发送的存储结束标志信号后，控制地址发生器模块产生双口RAM模块的初始读地址0，同时产生一个双口RAM模块的读使能信号从而取出双口RAM模块中的第一组数据至编码模块中，双口RAM模块第一组数据读出后产生一个编码模块中移位寄存器开始移位标志信号，编码模块的移位寄存器初始值为1，当接收到开始移位标志信号后，编码模块中的移位寄存器中的数开始向左移位，移动的位数为双口RAM模块传输过来的第一组数据的十进制值，低位补0，移位完成后的数据即为PPM编码数据，移位完成后产生一个编码完成标志至并转串移位寄存器模块中，同时将PPM编码结果送至并转串移位寄存器输出模块，并转串移位寄存器输出模块在分频模块输出时钟下开始PPM编码输出，输出完成之后产生一个组数据输出结束信号至主控模块，同时并转串移位寄存器输出模块内部的计数器加1，主控模块根据组数据结束信号继续产生双口RAM模块下一组数据的读使能信号，依此类推，直至一帧数据输出结束，并转串移位寄存器输出模块产生一个帧结束信号至主控模块中，主控模块根据帧结束信号控制串转并移位寄存器进行下一帧数据的输入。
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