基于A(yíng)RM7的工業(yè)控制數據采集系統的研究

摘要：在現代工業(yè)控制中利用計算機進(jìn)行高速數據采集已成為其重要組成部分，但是僅靠單片機等進(jìn)行工業(yè)控制還存在著(zhù)不完善的地方。為此提出基于嵌入式的數據采集方法，并根據目前嵌入式系統的發(fā)展現狀，選定ARM7芯片STM32F103VBT6作為主控芯片，給出系統框圖并設計了前端調理電路、A／D轉換電路、調試電路。采用Linux操作系統，在Linux平臺上進(jìn)行了應用程序設計。實(shí)踐表明，嵌入式數據采集系統提高了系統的可擴展性和靈活性，在工業(yè)測量與控制領(lǐng)域有較為廣闊的應用前景。
關(guān)鍵詞：數據采集系統；嵌入式系統；ARM；Linux

0 引言
在工業(yè)測量控制領(lǐng)域，需要獲取大量的實(shí)時(shí)現場(chǎng)參數，由于環(huán)境惡劣復雜多變，數據采集系統多為工控機來(lái)完成，但工控機體積大、功耗大，可靠性較差、安裝不方便同時(shí)成本也不低。另外還有專(zhuān)用的數據采集系統，可以獨立工作，利用DSP(數字信號處理器)和MCU(微控制器)完成。缺點(diǎn)是價(jià)格很高，人機交互能力差。嵌入式處理器的高速發(fā)展有效地彌補了工控機的不足，尤其是ARM處理器。它不僅集合上述采集系統的優(yōu)點(diǎn)，克服了其缺點(diǎn)，同時(shí)還加入了一些新的功能，新的特性。新功能新特性的加入，又進(jìn)一步拓展了其應用領(lǐng)域，應用范圍，能針對不同的需求，具有很大的靈活性。
該方案采取ARM處理器來(lái)實(shí)現，ARM處理器通常都是SoC芯片，其大量的片上外設，相比傳統控制器如單片機更強大的性能是其主要特點(diǎn)?，F今的ARM處理器性能已經(jīng)具備處理簡(jiǎn)單的信號處理的能力，在系統設計中采用ARM處理器無(wú)疑能從各個(gè)方面受益，包括性能、功能、成本、功耗等各個(gè)方面。

1 系統土作原理、硬件設計
該課題研究基于ARM7芯片STM32F103VBT6的數據采集硬件平臺和基于嵌入式Linux操作系統的數據處理軟件平臺，開(kāi)發(fā)了一個(gè)集嵌入式控制、高速數據采集、實(shí)時(shí)處理及友好人機交互界面于一體的平臺，能對現場(chǎng)信號進(jìn)行高速采集、處理與顯示。數據采集系統硬件模塊主要包括：前端調理模塊，A／D轉換模塊、微處理器主模塊、人機接口單元。系統的基本結構框圖如圖1所示。

1．1 信號調理模塊
信號調理模塊對傳感大過(guò)來(lái)的信號進(jìn)行調理，通過(guò)信號調理的隔離、放大、濾波等，使得數據采集系統的可靠性及性能得到極大地改善。設計合適的信號調理電路，不但要考慮信號調理本身的內容，還要考慮信號調理電路的應用環(huán)境以及被測參數所代表的意義。
1．2 ARM處理器
多任務(wù)系統中，內核負責管理各個(gè)任務(wù)，或者說(shuō)為每個(gè)任務(wù)分配CPU。數據采集系統硬件開(kāi)發(fā)平臺搭建的第一步就是做好ARM核的選擇，ARM體系的各種系列如ARM7，ARM9等分別針對不同的嵌入式系統應用場(chǎng)合。
該系統采用基于32位的ARM Cortex-M3處理器STM32F103VBT6作為主控芯片，它具有非常豐富的片內資源，例如實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、定時(shí)器(TIM)、通用I／O接口(GPIO)、DMA控制器、A／D轉換器、USART接口、I2C接口、SPI接口和CAN總線(xiàn)接口還包括20 kB的片內SRAM，128 KB的片內FLASH以及一個(gè)支持USB 2．O規范的全速USB外圍設備等，它是整個(gè)系統的主控單元，協(xié)調其它模塊完成數據采集、存儲、處理、控制、傳輸等多項功能。