基于A(yíng)RM的嵌入式多路信號數據采集系統

由于人們對數字形式信息的需求量越來(lái)越大，數據采集及其應用技術(shù)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應用。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，數據采集系統正向著(zhù)高精度、高速度、穩定可靠和集成化的方向發(fā)展。目前，大多數的數據采集監控系統都是獨立的系統，只能進(jìn)行數據的現場(chǎng)采集或存儲，已不能滿(mǎn)足應用的需要，迫切要求接入網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程監控?，F代數據采集技術(shù)的發(fā)展是建立在新型采集系統軟硬件平臺性能提高的基礎之上的。具有強大功能的32位微控制器在一些高端儀器儀表中得到了廣泛的應用，而將GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸模塊嵌入其中，將采集到的數據以無(wú)線(xiàn)的方式接入Internet，實(shí)現遠程監控，非常適合工作人員在比較惡劣的環(huán)境下或者需要對多種參量進(jìn)行采集時(shí)使用。而高性能微處理器的應用也極大提高了數據采集的精度和速度。

1　系統整體方案

整個(gè)遠程多路數據采集系統如圖1所示。當無(wú)線(xiàn)終端成功連接到互聯(lián)網(wǎng)后，采集終端將傳感器采集到的數據經(jīng)放大濾波后發(fā)送到ARM微控制器，經(jīng)過(guò)A/D轉換以及相關(guān)處理后，通過(guò)RS232口將數據發(fā)送到GPRS無(wú)線(xiàn)終端，GPRS無(wú)線(xiàn)終端又將這些數據打成一個(gè)個(gè)的IP包，經(jīng)GPRS空中接口接入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，并由移動(dòng)通信服務(wù)商轉接到Internet，最終通過(guò)各種網(wǎng)關(guān)和路由到達統一的遠程數據處理中心，數據中心接收數據并對數據做后續處理。

遠程數據中心也可以發(fā)送數據信息(各種命令及診斷信息)到無(wú)線(xiàn)數據采集模塊，通過(guò)GPRS終端上的RS232接口輸出到ARM微控制器上，采集終端在接收到遠程數據中心的信息后，進(jìn)行解碼并執行相應的操作，以實(shí)現對采集現場(chǎng)的控制。

GPRS無(wú)線(xiàn)終端嵌入了TCP/IP協(xié)議和UDP協(xié)議(用戶(hù)可選)，本系統采用TCP/IP協(xié)議，實(shí)際上GPRSDTU上實(shí)現的協(xié)議棧是TCP/IPOverPPP。

圖1　GRPS無(wú)線(xiàn)數據采集終端

2　硬件組成

2.1　傳感器及放大器

理論上，該系統可以同時(shí)進(jìn)行16路數據的采集，但在實(shí)際的調試中，只選用了2路來(lái)做模擬。

一路選用溫度傳感器，表面/液體熱電偶NR281530，獲取實(shí)時(shí)現場(chǎng)的溫度，另一路采用壓力傳感器，PPM241BY油井專(zhuān)用型壓力傳感器，此系統在油田油井中具有較好應用。

在前端信號處理單元，由于各種傳感器的輸出參數不同，輸出信號不僅電平低、內阻高，而且有共模電壓以及現場(chǎng)惡劣環(huán)境的影響，因此，在選用放大芯片時(shí)要綜合考慮以上因素。選取常用的MCP6S2X可編程增益放大器對原始信號進(jìn)行放大，OP07CP做后續濾波芯片。

2.2　微處理器

微處理器是系統工作的核心，其性能的好壞直接決定了數據采集系統性能的優(yōu)劣。基于本采集系統對數據實(shí)時(shí)性和精度的要求，以及易操作性方面的考慮，選擇32位的ARM7系列處理器，它具有以下特點(diǎn)：

·體積小、低功耗、低成本、高性能;

·支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令，能很好兼容8位/16位器件;

·大量使用寄存器，指令執行速度快;

·指令長(cháng)度固定;

·尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執行效率高

本系統采用PHILIPS公司的單片32位微控制器LPC2134，它是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI2STMCPU，含有128KB的FLASH，該存儲器用作代碼和數據的存儲。

LPC2134擁有兩個(gè)異步串行口UART0和UART1，本系統中將UART0與GPRS終端相連，實(shí)現數據傳輸。它采用16字節收發(fā)FIFO，內置波特率發(fā)生器，包含使能實(shí)現軟件控制的機制。

硬件SPI接口是一個(gè)同步、全雙工串行接口，最大數據位速率為時(shí)鐘速率的1/8，可配置為主機或從機。本系統中SPI接口作為主機，根據不同的中斷，控制多個(gè)從機，包括可編程增益放大器MCP6S2X，使用SPI總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)SD卡，以及控制開(kāi)發(fā)板上的數碼管顯示。

A/D轉換器是2個(gè)8路10位逼近式模/數轉換器，測量范圍是0～313V，10位轉換時(shí)間大于或等于2144μS，一個(gè)或多個(gè)Burst轉換模式。

2.3　GPRS終端

GPRS終端選用的是南京傲屹電子有限公司的AYG285C，它是采用GPRS模塊專(zhuān)為工業(yè)集成設計的，在溫度范圍、震動(dòng)、電磁兼容性和接口多樣性等方面均采用特殊設計，保證了惡劣環(huán)境下的工作穩定性，基于GPRS公網(wǎng)的數據傳輸具有通信范圍廣，傳輸穩定可靠等特點(diǎn)。通過(guò)按鍵可以進(jìn)行模塊參數設置或者進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )數據通信，串口波特率在300～115200bps可調，校驗位可選：無(wú)校驗，奇校驗，偶校驗。支持協(xié)議PPP、IP、TCP、UDP、DNS、PING的客戶(hù)端功能。另外，電源、工作狀態(tài)有LED指示，方便現場(chǎng)查看MODEM運行情況。

由于人們對數字形式信息的需求量越來(lái)越大，數據采集及其應用技術(shù)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應用。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，數據采集系統正向著(zhù)高精度、高速度、穩定可靠和集成化的方向發(fā)展。目前，大多數的數據采集監控系統都是獨立的系統，只能進(jìn)行數據的現場(chǎng)采集或存儲，已不能滿(mǎn)足應用的需要，迫切要求接入網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程監控?，F代數據采集技術(shù)的發(fā)展是建立在新型采集系統軟硬件平臺性能提高的基礎之上的。具有強大功能的32位微控制器在一些高端儀器儀表中得到了廣泛的應用，而將GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸模塊嵌入其中，將采集到的數據以無(wú)線(xiàn)的方式接入Internet，實(shí)現遠程監控，非常適合工作人員在比較惡劣的環(huán)境下或者需要對多種參量進(jìn)行采集時(shí)使用。而高性能微處理器的應用也極大提高了數據采集的精度和速度。

1　系統整體方案

整個(gè)遠程多路數據采集系統如圖1所示。當無(wú)線(xiàn)終端成功連接到互聯(lián)網(wǎng)后，采集終端將傳感器采集到的數據經(jīng)放大濾波后發(fā)送到ARM微控制器，經(jīng)過(guò)A/D轉換以及相關(guān)處理后，通過(guò)RS232口將數據發(fā)送到GPRS無(wú)線(xiàn)終端，GPRS無(wú)線(xiàn)終端又將這些數據打成一個(gè)個(gè)的IP包，經(jīng)GPRS空中接口接入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，并由移動(dòng)通信服務(wù)商轉接到Internet，最終通過(guò)各種網(wǎng)關(guān)和路由到達統一的遠程數據處理中心，數據中心接收數據并對數據做后續處理。

遠程數據中心也可以發(fā)送數據信息(各種命令及診斷信息)到無(wú)線(xiàn)數據采集模塊，通過(guò)GPRS終端上的RS232接口輸出到ARM微控制器上，采集終端在接收到遠程數據中心的信息后，進(jìn)行解碼并執行相應的操作，以實(shí)現對采集現場(chǎng)的控制。