基于A(yíng)RM的城市供水站分布式監控系統
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當前城市供水站監控系統多以單片機為核心，將外部傳感器數據進(jìn)行A/D轉換后接入單片機，其精度可達12位，數據經(jīng)過(guò)處理后用點(diǎn)陣顯示屏顯示。單片機為8位中央處理器，這對于要求較高的領(lǐng)域顯得稍有不足。下位機與上位機之間多采用串口進(jìn)行通信。串行485接口采用差分方式傳輸，傳輸距離最大可達1 200 m，但此距離速率只能達到100 Kb/s，且485在任何時(shí)刻只允許一個(gè)下位機向上位機傳遞數據，使得這種通信方式受到了一定限制。
嵌入式處理器和以太網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展為這些問(wèn)題提供了解決的途徑。
嵌入式處理器處理速度快、精度高、擴展接口豐富，且具有良好的人機交互性。以太網(wǎng)通信技術(shù)則以其實(shí)時(shí)性強、通信速度快、兼容性強、網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)方便的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。本文以ARM嵌入式處理器為核心，搭載WinCE嵌入式系統，結合TCP/IP通信協(xié)議，設計出基于ARM和TCP/IP的城市供水站高速數據采集系統。并對下位機數據采集程序、上位機程序以及系統通信的實(shí)現進(jìn)行了詳細的敘述[2-3]。
1 系統的總體架構及硬件設計
1.1 系統的總體架構
數據采集與監控系統的下位機以ARM9系列的三星S3C2440A嵌入式處理器為核心，處理器的主頻400 MHz，最高達533 MHz，處理速度快，內置8路10位A/D轉換器，最高轉換頻率為2.5 MHz，數據采集速度和精度都很高。在A(yíng)RM9的基礎之上搭載WinCE嵌入式操作系統，該操作系統具有與Windows XP相似的界面和操作，操作起來(lái)更加簡(jiǎn)便快捷；支持多系列的微型處理器，包括ARM系列，使下位機在硬件和軟件方面得到了完美的融合。下位機接收傳感器采集的數據，然后通過(guò)TCP/IP協(xié)議與上位機進(jìn)行通信，上位機得到下位機傳來(lái)的數據后進(jìn)行數據存儲、顯示、報警操作。上位機進(jìn)行遠程監控并完成對各個(gè)下位機信息的匯總和分析處理等功能，系統結構如圖1所示。
1.2 系統的硬件設計
城市供水站分布式監控系統要測量的物理量主要有各個(gè)供水站電機的電流、電壓、溫度等參數，以及供水站的流量、進(jìn)出口壓力、水溫等水質(zhì)的參數。要根據各種物理量以及其所處的具體工作環(huán)境選取合適的傳感器[4]。
由圖2可見(jiàn)，下位機硬件以ARM9為核心，其內置的A/D轉換接口用來(lái)接收外部傳感器的數據，搭載的TFT顯示屏作為下位機的顯示，同時(shí)其各個(gè)擴展接口可以提供其他的資源及為以后擴展所用。
傳感器采集的外部數據經(jīng)過(guò)放大、濾波等消除干擾的操作后接入ARM內部A/D轉換器，在嵌入式系統中進(jìn)行處理，并在下位機顯示屏上進(jìn)行顯示和相應地人機操作。下位機擴展在板64 MB SDRAM內存和在板128 MB Nand Flash存儲并支持32 GB的外部SD擴展槽，滿(mǎn)足本機運行以及存儲要求。擴展的RJ-45接口作為與上位機進(jìn)行通信的接口。IIC總線(xiàn)以及其他接口作為擴展和其他功能用。
TCP/IP協(xié)議使用客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)模式進(jìn)行通信，其通信是點(diǎn)對點(diǎn)的，在網(wǎng)絡(luò )中幾乎可以實(shí)現無(wú)差錯的數據傳輸，可靠性較高，速度快。由于與網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的路由和網(wǎng)關(guān)等技術(shù)的發(fā)展，使得多路通信的實(shí)現變得簡(jiǎn)單方便。
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