基于A(yíng)RM10和Windows CE.net的數據采集系統與方法

1．引言

目前,在高層建筑和橋梁等大型建筑的基礎工程中，用大體積混凝土的整體鋼筋混凝土箱型基礎已成為較普通的結構形式。這種大體積混凝土硬化期間水泥水化熱所產(chǎn)生的溫度應力和收縮應力,便成為導致鋼筋混凝土結構出現裂縫的主要因素。只有很好的監測出混凝土內外各點(diǎn)處的溫度，才能為施工人員提供依據，及時(shí)采取相應措施。由于該系統測量點(diǎn)較多，傳統的測溫方法包括使用玻璃泡溫度計、電子測溫儀等設備及基于單片機的現場(chǎng)采集系統已逐漸不能滿(mǎn)足應用的需要。隨著(zhù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，32位的高性能微處理器逐漸代替了傳統的8位單任務(wù)單片機，并且采用多線(xiàn)程多任務(wù)的嵌入式操作系統成為發(fā)展趨勢，遠程監控和數據的網(wǎng)絡(luò )化管理也越來(lái)越多的應用到當中。本文采用高性能的32位ARM處理器PXA255和實(shí)時(shí)性嵌入式操作系統，開(kāi)發(fā)一種集數據采集，現場(chǎng)監控及基于 GPRS遠程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )化數據處理的嵌入式數據采集系統，不僅可以降低費用，避免鋪設線(xiàn)路的麻煩，而且可以實(shí)現24小時(shí)全天候無(wú)人實(shí)時(shí)監控，在遠離施工現場(chǎng)，環(huán)境較好的實(shí)驗室即可實(shí)現數據存儲，分析處理和共享，實(shí)現現場(chǎng)監控管理；同時(shí)，將該數據庫服務(wù)器通過(guò)Internet接入網(wǎng)絡(luò )，則局域網(wǎng)內任何一個(gè)客戶(hù)端都可以通過(guò)TCP/IP訪(fǎng)問(wèn)數據庫，方便歷史數據查詢(xún)與分析。

2．系統原理框圖

整個(gè)系統原理框圖如圖1：

3．嵌入式數據采集硬件設計

3.1 工作原理

應用時(shí)該系統置于監控的設備處，傳感器信號通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)，先經(jīng)過(guò)預處理，獲取符合A/D轉換芯片要求的信號，經(jīng)過(guò)A/D轉換，進(jìn)入FIFO，然后由嵌入式微處理器讀取和處理數據，通過(guò)串口上的GPRS模塊，進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，將采集到的數據送到遠程上位機。在A(yíng)/D轉換模塊中，采用多路模擬開(kāi)關(guān)，可完成大數量點(diǎn)的數據采集。FPGA是整個(gè)系統的控制中心，控制采集通道的切換，A/D轉換芯片的啟停，轉換后的數據在FIFO中的存放以及向主處理器 PXA255產(chǎn)生中斷請求讀取FIFO中的數據。 整個(gè)嵌入式系統原理框圖如圖2：

3.2 硬件介紹

本系統核心板采用深圳億道公司的XSBase255開(kāi)發(fā)板，采用Intel 的32位微處理器XScale PXA255，采用32MB的Flash，64MB的SDRAM，LCD采用了LG TFT LCD 640*480。XSBase255是一款理想的PDA、手機等消費電子、信息家電、通訊和工業(yè)控制等應用的開(kāi)發(fā)系統。成功開(kāi)發(fā)的案例有車(chē)載系統、工業(yè)控制、電力信息網(wǎng)關(guān)、嵌入式監控系統、消費電子、多媒體等方面的應用。系統擴展了基于串口的GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊。

XScale PXA255是ARM10系列的一員，采用Intel XScale 微結構體系框架，與ARM V.5TE兼容,其主要特點(diǎn)有：

1.高性能的32位核，主頻200-400MHz。

2.豐富的外設接口，集成SDRAM控制器，支持多至6 個(gè)靜態(tài)存儲器器件（SRAM，Flash, ROM 或VLIO），集成LCD控制器，支持各種通信接口包括3個(gè)UART等。

3.工作電壓是1．3V，而PXA250工作電壓是1．5V，PXA255功耗更小，節約了電能。采用0．18μm制造工藝，是一塊面積僅為17mm×l7mm、256腳的芯片。

4.支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。

5.強大的MMU，支持各種嵌入式操作系統包括Windows CE.net操作系統。

基于PXA255以上特點(diǎn)，將其應用于實(shí)時(shí)的數據采集與監控系統是符合目前的發(fā)展要求的。