电路对测试信号进行处理，降低噪声对有用信号的影响，使数字信号处理器能够对分布式光纤传感器采集的电压进行更好地分析。因为光电探测电路要考虑到很多的限制因素，特别是增益和噪声间的互相制约，所以在光电探测电路的输出电压值并不是很高，需要通过后续的主放大器的进一步放大，才能使得DSP系统更好地分析处理得到的电压信号。
根据奈奎斯特理论，采样频率的高低是由被采样的信号本身的最高频率决定的。奈奎斯特理论指出，采样频率应高于模拟信号最高频率的两倍，才能把以数字表达的信号还原成原来的信号。在进入DSP进行数字信号处理之前，首先要经过抗混叠滤波，消除混叠失真小区远程监控系统中，DSP的AD转换设置的采样率为50K，系统中设计一个低通滤波电路，其截止频率为25K。由于光纤埋设于土壤中，很少会有25K以上的高频信号传播到光纤中，系统设计时采用了二阶低通滤波电路，它的衰减度为40dB十倍频，可以满足设计要求。
小区远程监控系统设计了一个信号调理器，其中包括一个电压跟随器和一个截止频率为25KHz的二阶低通滤波器。电压跟随器可以提高输入阻抗，并且降低输出阻抗，有利于与后一级信号耦合。电压跟随和低通滤波电路。
2.3、DSP信号处理
2.3.1、DSP系统
信号的实时变换采集和分析处理是小区远程报警系统的主要任务之一，由于小区远程监控系统的信息采集量大，需要分析处理的数据量大。随着数字计算机的飞速发展，数字信号处理技术也得到了不断的发展。数字信号处理技术通常将模拟信号转换成数字信号，通过高效的数字信号处理器或计算机对测试信号进行处理，将有用的测试信号从噪声中提取出来，消除噪声对信号的影响。相对于传统的模拟信号处理手段，数字信号处理具有精度高，灵活性强，抗干扰，可靠性高等特点。在实际的信号测试应用中，数字信号处理技术通常采用硬件和软件结合的方式对信号进行处理。一般先通过模拟滤波电路对测试信号行抗混叠滤波，再通过AD转换将模拟信号转换为数字信号，输入到数字信号处理器或计算机中进行进一步的信号处理。为了能够正确地选择数字信号处理的手段和方法，设计小区远程监控系统之前，首先进行了测试实验。测试实验内容为：采用光功率为0．2mW的光源，在实验室附近埋设一段长度约200米的光纤，埋设深度约为10
厘米。人在光纤上方活动，模拟有人进行破坏小区生产的事件发生，利用美国国家仪器公司(NI)的数据采集卡收集分布式光纤传感器采集的电压信号，并对它进行了数字滤波处理。
⑴.数字信号处理器TMS320F2812芯片
TMS320F2812芯片是一款32位的定点DSP芯片，采用高性能的静态CMOS技术，主频达到150MHz(时钟周期6．67ns)．FLASH编程电压为3．3V，内核电压为1．8V，拥有16x16位和32x32位的乘法累加操作，哈佛总线结构，4MB的程序数据寻址空间。 TMS320F2812芯片的片内有128Kxl6位的FLASH存储器，1Kxl6的OTPROM，2个4K字节的SARAM(L0和LI)，1个8K字节SARAM(H0)，2个1K字的SARAM(M0和M1)，内置一个12位的带流水线的模数转换器(ADC)，该模数转换器有16个转换通道，可配置2个独立的8通道模块，最高采样频率为12．5MHz。对于每个通道而言，一旦ADC转换完成，DSP把转换结果存储到结果寄存器(ADCl也SULT)中。AD转换器有两个采样保持电路，流水线最快转换周期为60ns，单通道最快转换周期为200ns．并且可以使用两个时间管理器顺序触发8对模数转换。
TMS320F2812芯片有两个事件管理器模块EVA和EVB，每个事件管理器包括两个16位通用定时器，6个脉宽调带0(PWM)通道，3个输入捕捉和3个输出比较单元，通过锁相环(PLL)控制DSP内核工作频率，经过锁相环倍频或分频后提供给DSP内核。 ⑵.电源电路
电源直接决定着DSP的正常供电，在TMS320F2812芯片中的电源引脚(CPU，IO，PLL，FLASH以及模拟电路电源引脚)都要连接到各自的供电电源上，否则系统无法正常工作。设计时要将模拟地和数字地分开。该DSP芯片的IO端口为3．3V，内核为1．8V。在设计3．3V电源时，系统采用TPS75733电压调节器调节。图2.3.1为DSP3．3V的电源电路的设计。1．8V的电压设计原理与3．3V相近，所采用的电压调节器芯片为TPS76801Q。
+5VR124.7KU8OUTPUTINFB/PGGNDENTPS75733C347uf+3.3VC50.1uf
图2.3.1.2DSP3．3V的电源电路的设计
⑶.复位电路
复位电路的正确与否直接影响DSP系统上电后能否正常初始化。在电源刚上电时，TMS320F2812芯片应处于复位状态，其复位管脚为低，使芯片复位。本系统采用专门应用于DSP和微处理系统的控制芯片TPS3833．23作为复位芯片，其具有上电复位，手动复位等功能，上电固定复位周期在200ms。图为DSP复位电路的设计.
+3.3VU3RESETWD1MRS1SW-PB复位信号看门狗信号143VDDGND52TPS3823-33图2.3.1.3DSP复位电路的设计
⑷.时钟电路
1MS320F2812的时钟模块提供两种时钟方式，一种是晶体模式，它是利用ⅣS320F2812芯片内提供的晶振电路，在芯片的X1XCLKIN和X2引脚之问连接一个晶振来获得时钟信号，另外一种采用外部时钟模式，将输入的时钟信号直接接到X1XCLKIN引脚上。本系统采用晶体模式提供时钟，使用的晶振为30MHz。图为晶振电路图.
X1/XCLKINX2Y1C1TMS320F281224pf30MC224pf
图2.3.1.4晶振电路图
⑸. JTAG仿真接口电路
DSP的软硬件调试主要是通过仿真器进行。仿真器通过仿真接口实现与DSP之间的数据交互，TMS320F2812的仿真接口采用14线的JTAG标准IEEEll49．1。这种仿真器由芯片上提供的几个仿真引脚实现仿真功能，可以用来解决高速DSP芯片的仿真。图为TMS320F2812芯片的JTAG仿真引脚和仿真接口图。
+3.3VU4EMUOEMU1TRSTTMSTDITDOTCKTMS320F2812EMUOEMU1TRSTTMSTDITDOTCKTCK-RETJTAGPDGNDGNDGNDGNDGND
图2.3.1.5TMS320F2812芯片的JTAG仿真引脚和仿真接口图
⑹.AD转换电路
分布式光纤传感器的信号经过调理和放大后，进入DSP的AD模数转换模块中。为了获得较高的AD转换精度，必须采用正确的线路板布局，在线路板设计中，DSP芯片上连接分布式光纤传感器输出信号的AD采集引脚引出的引线要尽量远离数字信号线，以便最大程度地消除数字电路中开关噪声与ADC输入之间的耦合。ADCLO引脚是DSP中的低电平参考电压引脚，在实际应用中，将ADCLO引脚接地。在该引脚上叠加的额外的阻抗都会进一步增加AD采集的增益和偏移误差，为了给ADCLO提供一条低阻抗的路径，通常将TMS320F2812芯片的ADCLO引脚直接接地。 ⑺.串行通信接口电路
由于小区分布广泛，周边环境复杂，需要通过远程发送数据的手段对其周围
实际情况进行监控。小区远程监控系统采用光纤进行远程通信。将DSP串口与上位机相连接，通过RS232串行通信的方式，发送指令给上位机。TMS320F2812的串行通信接口(SCI)是采用双线通信的异步串行通信接口，包括一个发送引脚(SCITXD)，一个接收引脚(SXIRXD)。SCI接收器和发送器有自己的独立使能位和中断位，可以独立地操作，在全双工模式下也可以同时操作。 2.3.2、DSP主程序设计
主程序需要对数字信号分析处理，判断周围是否有异常情况的发生。主程序设计时首先通过数字滤波程序滤除光纤传感器采集到的信号中的直流偏量和电源工频干扰．然后对信号振幅的波动大小以及持续时间判断，分析出小区周围有无异常情况发生，最后定时将判断的结果以短消息形式发送到远端小区监控中心。DSP系统完成1024个点的AD转换后(标志位finish置1)，进入数字滤波程序和事件判断程序，滤除数字信号中的干扰信号，并对小区周围情况进行分析判断。每隔8秒钟，DSP系统和小区监控中心通信一次，发送反映当前小区周围情况的短消息。DSP的采样率设为50K。每进行一次1024个点的AD转换(需要约O02秒时间)，计数器将加1。当计数器大于400时。DSP系统进入串行通信程序，发送短消息给小区监控中心。数据发送完毕后．系统返回，继续等待转换标志位finish置l。串口标志位fail为l时表示GSM网络出现问题，系统将在通信恢复正常后加快串口发送短消息的频率以发完网络中断时没有发出的短消息。当恢复正常后，DSP系统总采样次数大于100K(约2秒钟时间间隔)时．进入串行通信程序．直到发送的报警信号等于事件判断程序已经分析完毕的报警信号时结束。 2.3.3、数字滤波程序设计
分布式光纤传感器采集到的电压信号包含有反映光功率的直流偏量和反映小区周围振动信号的交流偏量。只有将直流偏量滤除，DSP系统才能很容易地分辨出振动信号的交流偏量，此外系统中还存在着电源的工频干扰，其频率大小在50Hz左右，对此小区远程监控系统需要设计一个高通数字滤波器，滤除分布式光纤传感器采集的信号当中的直流偏量和电源的工频干扰。数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性可以分为无限长单位脉冲响应IIR)数字滤波器和有限长单位脉冲响应(FIR)数字滤波器。IIR滤波器具有无限持续时间冲激响应，而FIR滤波器的冲激响应只能延续一定时间。无限长单位脉冲响应(ⅡR)数字滤波器和