CN206892623U

CN206892623U - 声纳水下多通道数据采集模块

Info

Publication number: CN206892623U
Application number: CN201720865577.8U
Authority: CN
Inventors: 许乔; 殷志刚
Original assignee: Hubei University
Current assignee: Hubei University
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2027-07-17

Abstract

本实用新型提出了一种声纳水下多通道数据采集模块，设置有8个采样通道，可对8路模拟端口信号同时进行采样，效率更高，采集数据通过以太网通信接口同步打包传输上传至上位机，便于信息存储与处理；采用芯片OP2177和ISL43841组成的可控增益放大电路，通过DSP控制实现不同的放大增益；以BF537为控制核心，基于AD转换芯片ADS1278设计，实现了8通道、采样率可达32KSPS、24位A/D；本实用新型的声纳水下多通道数据采集模块各通道动态范围大，谐波失真低，各通道输出信号幅度基本保持一致，各通道延时基本保持同步，相位基本无偏差。

Description

声纳水下多通道数据采集模块

技术领域

本实用新型涉及数据采集模块，尤其涉及一种声纳水下多通道数据采集模块。

背景技术

数据采集技术发展迅速，在不同的领域得到了广泛的应用。

声纳技术是利用水下声波判断海洋中物体的位置,类型以及其他参量的方法和技术，是完成水下信息获取的有效途径。数据采集是指从传感器中自动采集非电参量，通过信号处理后送到上位机中进行分析，主要是对数据的采集、处理以及控制。传统数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采样速率低、实时性差、并且对测试环境要求较高等问题。现代工业生产中，越来越多的传感器信号需要被同时实时采集、处理，对数据采集模块的主要技术指标，如采样速率、采样精度、采样通道数、控制方式以及抗干扰能力等方面的要求也越来越高。另一方面，互联网行业的飞速发展促使了底层设备网能够和局域网进行有效的连接，使得计算机能够对现场工作的数据采集系统进行实时控制和分析。传统的单片机通信大部分采用的是RS-232或RS-485等通信接口，效率比较低，不利于信息共享。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种声纳水下多通道数据采集模块，实现了8通道采样、采样率可达32KSPS、24位A/D的采集，可调整相应参数实现放大倍数、采样率，实时采样并同步打包传输上传至上位机。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种声纳水下多通道数据采集模块，其包括模拟电路部分、A/D转换部分、数字电路部分和电源电路，所述模拟电路部分设置有8个采样通道，每个采样通道设置有信号调理模块，其中，

信号调理模块，对模拟电信号进行滤波和可控增益放大；

A/D转换部分，与信号调理模块信号连接，对模拟信号进行特征量提取、采样，再将采样后的数据传送至数字电路部分；

数字电路部分，分别与A/D转换部分和上位机信号连接，对上位机发送的请求命令进行确认，并对采样数据进行打包，通过以太网通信接口传输给上位机；

电源电路，分别与模拟电路部分、A/D转换部分和数字电路部分电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述A/D转换部分采用ADS1278芯片。进一步优选的，所述ADS1278芯片配置为SPI TDM Dynamic方式输出，DOUT1和SCLK引脚分别为TDM数据输出和串行时钟输入，还包括运行模式选择配置引脚MODE[1:0]。进一步优选的，所述数字电路部分包括主控DSP芯片BF537，分别与ADS1278芯片和上位机信号连接。更进一步优选的，所述主控DSP芯片BF537与ADS1278芯片通过SPI接口信号连接。更进一步优选的，所述数字电路部分还包括以太网通信接口电路，分别与主控DSP芯片BF537和上位机信号连接。再进一步优选的，所述以太网通信接口电路包括LAN8700芯片，LAN8700芯片与主控DSP芯片BF537信号连接，以太网通信接口遵循IEEE802.3标准。更进一步优选的，所述信号调理模块包括芯片OP2177和ISL43841，两个芯片OP2177分别与一个ISL43841信号连接，ISL43841与主控DSP芯片BF537信号连接。

本实用新型的声纳水下多通道数据采集模块相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)设置有8个采样通道，可对8路模拟端口信号同时进行采样，效率更高，采集数据通过以太网通信接口同步打包传输上传至上位机，便于信息存储与处理；

(2)采用芯片OP2177和ISL43841组成的可控增益放大电路，通过DSP控制实现不同的放大增益，具有低噪声、低输入偏置电流，极低失调电压和漂移、低输入偏置电流、低噪声及低功耗等特性；

(3)以BF537为控制核心，基于AD转换芯片ADS1278设计，实现了8通道、采样率可达32KSPS、24位A/D；

(4)本实用新型的声纳水下多通道数据采集模块各通道动态范围大，谐波失真低，各通道输出信号幅度基本保持一致，各通道延时基本保持同步，相位基本无偏差。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型声纳水下多通道数据采集模块的连接关系示意图；

图2为本实用新型声纳水下多通道数据采集模块的信号调理模块部分的电路图；

图3为本实用新型声纳水下多通道数据采集模块的SPI连接部分的电路图；

图4为本实用新型声纳水下多通道数据采集模块的以太网通信接口电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的声纳水下多通道数据采集模块，其包括模拟电路部分1、A/D转换部分2、数字电路部分3和电源电路4。

模拟电路部分1，对传感器采集的模拟电信号进行滤波和可控增益放大。其设置有8个采样通道，每个采样通道设置有信号调理模块，对模拟电信号进行放大、滤波和隔离。具体的，所述信号调理模块由芯片OP2177和ISL43841来实现可控增益放大，两个芯片OP2177分别与一个ISL43841信号连接，ISL43841与主控DSP芯片BF537信号连接。OP2177是低噪声、低输入偏置电流双通道运算放大器，具有极低失调电压和漂移、低输入偏置电流、低噪声及低功耗等特性。ISL43841是低压的、双向4选1的多路模拟开关，其输入电压为单电源电压2V～12V,或者是双电压±2V～±6V。具体的，可控增益放大电路如图2，OP2177起到放大的作用，多路模拟开关ISL43841通过DSP控制实现不同的放大增益。

A/D转换部分2，与信号调理模块信号连接，对模拟信号进行特征量提取、采样，再将采样后的数据传送至数字电路部分3。具体的，所述A/D转换部分2采用ADS1278芯片。

数字电路部分3，分别与A/D转换部分2和上位机信号连接，对上位机发送的请求命令进行确认，并对采样数据进行打包，通过以太网通信接口传输给上位机。具体的，所述数字电路部分3包括主控DSP芯片BF537和以太网通信接口电路，分别与ADS1278芯片和上位机信号连接。具体的，所述主控DSP芯片BF537与ADS1278芯片通过SPI接口信号连接。SPI是一个4线全双工同步串行接口，支持主机模式、从机模式和从主机环境。串行接口SPI有4个引脚，MOSI(主出从入)，MISO(主入从出)，SCK(门控时钟引脚)和SPISS(片选引脚)。SPI数据可以通过移位寄存器同时发送和接收，SCK用于把MISO和MOSI线上的驱动数据移入和移出，在时钟有效沿数据移出，无效沿数据采样。采集串口电路示意如图3：由于ADS1278芯片配置为SPI TDM Dynamic(串行时分复用)方式输出，因此DOUT1和SCLK分别为TDM数据输出和串行时钟输入。MODE[1:0]为运行模式选择配置引脚，可选择高速率、低速率、高分辨率、低功耗模式。具体的，以太网通信接口电路包括LAN8700芯片，LAN8700芯片与主控DSP芯片BF537信号连接，以太网通信接口遵循IEEE802.3标准。IEEE802.3描述了物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法。物理层的主要功能是比特流的传输和接收。数据链路层的MAC子层的主要功能是将上层交下来的数据封装成帧进行发送，接收时对帧进行拆卸，然后将数据交给上层，并实现和维护MAC协议。数据链路层和物理层之间是通过IEEE802.3定义的MII接口连接MAC和PHY。MII接口传递了网络的所有数据和数据的控制，它包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括用于发送器和接收器的两条独立信道，每条信道都有自己的时钟、数据和控制信号。管理接口是个双信号接口：一个是时钟信号，另一个是数据双信号线接口。通过管理接口，上层能监视和控制PHY。以太网接口电路设计中，使用了LAN8700芯片，这款PHY以太网控制器是单端物理层芯片。主控DSP芯片BF537集成了数据链路层中MAC子层的功能。在电路设计中，参照MII规范，在10/100Mb/s系统中，将LAN8700的物理层与媒体接入控制层进行连接。以太网通信接口电路如图4。MII接口中发送和接收时钟是分开的。TX_EN是MII发送使能引脚，TXD[0:3]是MII发送数据引脚，RXD[0:3]是MII接收数据引脚。LAN8700提供一个RX_DV信号(接收数据有效)，使得恢复接收数据的方法简单而无需从CRS_DV(校验)中分离出RX_DV信号。接收数据RXD[3:0]转换与RX_CLK(接收时钟)同步。在确认CRS_DV的每个时钟周期内，RXD[3:0]转换来自LAN8700的4位回复数据。在数据恢复或者错误情况发生时期，转换的是RXD[3:0]的预确定值而非恢复数据。在CRS_DV解除确认时，RXD[3:0]为“0000”，表示是空闲状态。一旦CRS_DV确认，LAN8700确保RXD[3:0]为“0000”，直到产生正确的接收解码。

在接收数据RX_CLK期间内，确认RX_ER(接收错误)使其标识。发送使能(TX_EN)指示MAC在TXD[3:0]上呈现4位以用于传送信号。TX_EN应被前导符的首个半字节同步确认，而且在所有的被传送的4位信号呈现时都应保持确认。在跟随着帧的最后两位的第一个TX_CLK上升沿之前，MAC应该确认。TX_EN转换相对于TX_CLK(发送时钟)是同步的。

COL为冲突检测，MDC和MDIO为PHY管理接口。

电源电路4，分别与模拟电路部分1、A/D转换部分2和数字电路部分3电性连接，对整个采集模块进行供电。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种声纳水下多通道数据采集模块，其包括模拟电路部分(1)、A/D转换部分(2)、数字电路部分(3)和电源电路(4)，其特征在于：所述模拟电路部分(1)设置有8个采样通道，每个采样通道设置有信号调理模块，其中，

信号调理模块，对模拟电信号进行滤波和可控增益放大；

A/D转换部分(2)，与信号调理模块信号连接，对模拟信号进行特征量提取、采样，再将采样后的数据传送至数字电路部分(3)；

数字电路部分(3)，分别与A/D转换部分(2)和上位机信号连接，对上位机发送的请求命令进行确认，并对采样数据进行打包，通过以太网通信接口传输给上位机；

电源电路(4)，分别与模拟电路部分(1)、A/D转换部分(2)和数字电路部分(3)电性连接。

2.如权利要求1所述的一种声纳水下多通道数据采集模块，其特征在于：所述A/D转换部分(2)采用ADS1278芯片。

3.如权利要求2所述的一种声纳水下多通道数据采集模块，其特征在于：所述ADS1278芯片配置为SPI TDM Dynamic方式输出，DOUT1和SCLK引脚分别为TDM数据输出和串行时钟输入，还包括运行模式选择配置引脚MODE[1:0]。

4.如权利要求2所述的一种声纳水下多通道数据采集模块，其特征在于：所述数字电路部分(3)包括主控DSP芯片BF537，分别与ADS1278芯片和上位机信号连接。

5.如权利要求4所述的一种声纳水下多通道数据采集模块，其特征在于：所述主控DSP芯片BF537与ADS1278芯片通过SPI接口信号连接。

6.如权利要求4所述的一种声纳水下多通道数据采集模块，其特征在于：所述数字电路部分(3)还包括以太网通信接口电路，分别与主控DSP芯片BF537和上位机信号连接。

7.如权利要求6所述的一种声纳水下多通道数据采集模块，其特征在于：所述以太网通信接口电路包括LAN8700芯片，LAN8700芯片与主控DSP芯片BF537信号连接，以太网通信接口遵循IEEE802.3标准。

8.如权利要求4所述的一种声纳水下多通道数据采集模块，其特征在于：所述信号调理模块包括芯片OP2177和ISL43841，两个芯片OP2177分别与一个ISL43841信号连接，ISL43841与主控DSP芯片BF537信号连接。