基于網(wǎng)絡(luò )的高速同步24位數據采集控制系統

　　1 系統設計思想

　　為實(shí)現對遠程、野外無(wú)人看守設備的遠程監控，以32位RISC嵌入式為平臺的網(wǎng)絡(luò )化數據采集系統已經(jīng)廣泛應用到各個(gè)領(lǐng)域。我們采用ARM+FPGA架構設計、開(kāi)發(fā)了低功耗（1.5w）、高速（最快高達500K的采樣率）、高精度（最高達到24位）、多通道同步或異步的數據采集系統，該系統能夠將采集的數據實(shí)時(shí)保存、網(wǎng)絡(luò )發(fā)送或監控。應用地震、氣象等觀(guān)測技術(shù)領(lǐng)域。

　　系統結構示意如圖所示：

圖1 系統結構示意圖

　　基于ARM+FPGA的多通道大容量同步數據采集方案特點(diǎn)如下：

　?、?采用ARM+FPGA高集成度的緊湊架構設計，板載：ARM控制器、FPGA邏輯編程電路、存儲電路、A/D轉換電路、電源電路等，同時(shí)系統具有豐富的外圍控制接口和通信接口，可以實(shí)現數據的存儲、顯示，支持RS232或高速以太網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)數據傳輸。

　?、?系統具備3路24位同步數據采集通道，采用3個(gè)獨立的24位A/D模數轉換器件，配合FPGA邏輯編程控制來(lái)實(shí)現高精度、高速同步數據采集；16路24位異步串行數據采集通道，采用單個(gè)A/D模數轉換器件，通過(guò)FPGA邏輯編程控制實(shí)現多通道輪循采集；

　?、?系統采用GPS授時(shí)技術(shù)實(shí)現同步技術(shù)方案，以GPS的PPS信號為基準來(lái)校準本地時(shí)鐘。

　?、?系統采用大規模低功耗的集成電路，工作電壓為1.8V和3.3V，工作在正常條件下（GPS空閑，3路同步采集），系統功耗1.5W。

　　2 系統功能

　　2.1 系統硬件功能

　　◎ CPU：Atmel AT91SAM9263，內嵌一個(gè)基于200MIPS的ARM926EJ-Sarm 內核，
具有DSP擴展指令，JAVA硬件加速，外設資源豐富。

　　◎ FPGA：板載FPGA邏輯編程器件，實(shí)現對A/D的數據采集、控制。

　　◎ 64MB SDRAM，用于程序運行、數據空間和緩存。

　　◎ 8M Data Flash，內部存放系統啟動(dòng)代碼；64M Nand Flash，存放用戶(hù)數據。

　　◎ 板載RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，后備鋰電池，帶掉電保存功能；

　　◎ 系統復位與看門(mén)狗定時(shí)器。

　　◎ 10M/100M自適應以太網(wǎng)接口。

　　◎ 1個(gè)DEBUG調試接口，可實(shí)現與PC機的通訊，2個(gè)RS232串行接口。

　　◎ 3路24位A/D同步采樣通道，輸入信號為-5-+5V，2K bps。

　　◎ 16路12位A/D串行采樣通道，輸入模擬電壓范圍0-5V/4-20mA。

　　◎ 一個(gè)標準的CF卡接口，最大擴展32G，支持熱插拔。

　　◎ 2個(gè)USB2.0主接口。

　　◎ 支持128*64點(diǎn)陣屏。

　　◎ 支持GPS模塊，以GPS的PPS信號為基準來(lái)校準本地時(shí)鐘。

　　◎ 外接DC 12V/2A電源，正常狀態(tài)下功耗1.5W。

　　2.2 系統軟件功能

　　◎ 移植操作系統：Linux Kernel 2.6；

　　◎ 驅動(dòng)及其測試程序：開(kāi)發(fā)LCD、CF、串口、RTC、網(wǎng)絡(luò )接口以及FPGA與CPU的讀寫(xiě)驅動(dòng)程序、驅動(dòng)程序測試程序；

　　◎ 多種協(xié)議支持：TCP/IP，UDP，Telnet，FTP，HTTP，DHCP，SMTP，SNMP，ICMP，IGMP，NTP，ARP，PPP，PPPoE，CHAP/PAP，SSL，NFS，…

　　◎ 遠程監控：FTP網(wǎng)絡(luò )獲取系統數據，設置系統工作參數；

　　◎ 數據采集：3通道24位A/D信號同步采集，自動(dòng)實(shí)現對各種環(huán)境參數的監控；

　　◎ CF卡存儲：系統支持連續的數據存儲，容量可擴展；

　　◎ 校時(shí)方式：GPS實(shí)時(shí)對鐘。

　　3 系統架構

　　觀(guān)測數據的可靠性取決于數據采集系統和傳感器、檢波器等探測終端。

　　恒頤同步數據采集系統可全天候記錄、存儲探測傳感器或檢波器采集數據并進(jìn)行A/D轉換，保證各種參數狀態(tài)實(shí)時(shí)被監測。

　　系統支持基于Internet/CDMA/GPRS的網(wǎng)絡(luò )通訊和數據傳輸，實(shí)現遠程管理功能，包括數據連續傳輸、參數設置、參數查詢(xún)、狀態(tài)查詢(xún)、數據管理、實(shí)時(shí)波形監視等。

　　系統架構如圖所示：

系統架構圖

　　4 應用場(chǎng)合

　　◎ 天然氣、石油、煤田、地熱等地質(zhì)勘探領(lǐng)域

　　◎ 觀(guān)測技術(shù)領(lǐng)域（地震波、頻譜分析）