由DSP构成的红外线实时监视报警系统

红外线遥控技术是利用红外线来传送指令的技术,它在家用电器、玩具、安全保卫、军事技术、工业控制以及人们的日常生活等许多领域的应用十分广泛。数字信号处理器(DSP)在实时、快速地进行数字信号处理方面无疑是佼佼者。TMS320C6201芯片是TI公司推出的并行处理的数字信号处理器,采用定点运算,是目前市场上所有的DSP芯片中速度较快、处理功能较强的DSP处理器,有广阔的应用前景。本文即利用TMS320C6201芯片作为微处理器,成功地开发设计出了红外线信号实时监视报警系统。本系统具有反应灵敏、准确度高、体积小、功耗低、功能强大、抗干扰能力强、成本低等特点。

1 红外线遥控原理及DSP芯片

1.1 红外线遥控原理

红外线是一种电磁射线,其特性等同于无线电或X射线。人眼可见的光波长为380"780nm,波长为780nm"1mm的长射线称为红外线。部分光的光谱分布如图1所示。红外线光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射,由同步回路选通而检测物体的有无,其物体不限于金属,对所有能反射光线的物体均可检测。镜反射式光电开关是集发射器与接收器于一体的器件。光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器,当被检测物体经过且完全阻断光线时,光电开关就产生了检测开关信号,其工作示意图如图2所示。本系统选用的是浙江洞头光电开关厂的SQ3M-3镜反射型NPN4线、开—闭式的光电开关,其特性如下。





检测距离3m。回差值≤20%。响应频率200Hz。指向角3°～20°。工作电压10～30V。静态电流≤30mA,输出电流≥200mA。残留电压≤1V。抗干扰程度:能承受峰值为±1000V,脉宽为1μs的电压冲击。以电缆方式连接(长度2m)。防护等级IP50(IEC规格)。环境照度:太阳光11000Lux(最大),日光灯3000Lux(最大)。绝缘电阻≥50MΩ。耐电压AC1500V(50/60Hz1分钟),抗振程度:10"55Hz(周期每分钟),复振幅为1mm且X、Y、Z方向各2小时。抗冲击性:500M/s2(50g)且X、Y、Z方向各3次。环境温度:工作时在-30℃～+80℃(未结冰状态下),储存时在-30℃"+80℃(未结冰状态下)。环境湿度:工作时为35%～95%RH。指示灯动作显示为红色LED。

1.2 DSP芯片

TMS320C6201芯片是高速、高效定点数字信号处理芯片,是TI公司20世纪90年代后期产品。它采用流水线操作方式,最大处理能力为1600MIPS,完成1024定点FFT的时间只需要70μs。由于具有特殊的velociTI结构及独特的指令集,所以它的运算能力、并行性和灵活性都非常强大。同时其外围设备(DMA控制器、主机接口(HPI)、中断选择器等)能够很方便地与其他外围设备进行数据交换。TMS320C6201内部结构图如图3所示,由3个主要部分组成:CPU内核、外设和存储器。CPU内核中的8个功能单元可以完成并行运行,功能单元执行逻辑、位移、乘法、加法和数据寻址等操作。它的超长指令字(VLIW)方式,其单指令字长32位,每条32位指令占用1个功能单元。取指令、指令分配和指令译码单元每一周期都可以从程序存储器到功能单元传递8条指令,这8条指令组成1个指令包,总字长为8×32=256位。芯片内部设置了专门的指令分配模块,可以将每个256位指令包分配到功能单元中,并由8个功能单元并行运行。其片内存储器总容量为1MB,其中2KB×256用于程序内存和程序cache;64KB用于数据内存和数据cache,用户可以访问8位、16位和32位数据。它的外设模块包括多通道缓冲串口、时钟、外部存储器接口EMIF、DMA控制器、主机口和Power-down逻辑等。DMA控制器可以在存储器空间的各区域间控制转换数据;外部存储器接口EMIF可以访问的片外存储器最大容量为64MB,数据总线宽度为32位,同时也提供对8位和16位存储器的读写支持;16位宽的主机口HPI可以访问TMS320C6201的所有存储空间和设备。



2 系统组成及工作原理

系统的组成框图如图4所示,其中DSP芯片C6201与信号调理电路、外扩存储器等一起构成高速的数据采集模块,这些模块与相应的软件结合,完成对数据的采集、存储、故障判断和报警等任务。当接收到光电开关的信号后,C6201向上位机发出中断请求。若该中断未被屏蔽,则上位机响应中断,并转入中断服务程序。中断服务程序将存储在C6201的外扩SDRAM中的数据通过HPI一次性读入上位机,然后返回中断。而上位机则根据采集的数据作出报警或消除误报等一系列动作。由于上位机与C6201之间的数据传输采用的是带地址自增的读方式,读取对象是C6201的外部SDRAM,其最大传输速率为200Mbps。所以,C6201与上位机的通信非常迅速,系统具有很强的实时性。为了保证C6201HPI与接口PCI9052协调稳定地工作,除了要有合理的硬件电路外,还必须对PCI9052的内部寄存器进行准确的配置(限于篇幅,这里不作介绍)。