基于A(yíng)RM的液壓系統智能數據采集終端硬件設計

針對液壓系統的特點(diǎn)，設計了基于ARM的智能數據采集終端系統。該系統通過(guò)傳感器對油壓、流量和溫度3類(lèi)信號進(jìn)行采集，調理后的數據經(jīng)過(guò)ARM處理器S3C2440進(jìn)行處理和壓縮，壓縮后的數據利用GTM900C無(wú)線(xiàn)傳輸模塊遠程傳輸。整個(gè)系統硬件電路分為主控電路部分、數據采集部分和無(wú)線(xiàn)傳輸部分。

液壓系統具有功率大、響應快及精度高等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應用于冶金和制造領(lǐng)域。但其故障又具有隱蔽性、多樣性、不確定性及因果關(guān)系復雜等特點(diǎn)，故障出現后不易查找原因，而且故障發(fā)生會(huì )帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失。通常，液壓系統只能靠定期檢查和維護來(lái)排除故障，這種方法有一定的滯后性。因此需要實(shí)時(shí)監測液壓系統的狀態(tài)數據并及時(shí)分析以減少故障率，確保工程機械正常、連續運行。傳統單片機已廣泛應用于數據采集和處理中，雖然其價(jià)格便宜、易于開(kāi)發(fā)，但是在存儲空間和網(wǎng)絡(luò )傳輸方面往往難以滿(mǎn)足工程上的要求。因此，筆者針對液壓系統采用了基于ARM的數據智能采集終端。

采集終端通過(guò)分布在液壓系統各處的傳感器對油壓、流量和溫度3類(lèi)信號進(jìn)行采集，并將采集到的信號進(jìn)行濾波、放大，然后模數轉換，數據經(jīng)過(guò)分析后進(jìn)行統一的編排與壓縮，最后通過(guò)通信模塊進(jìn)行傳輸，將數據傳輸到本地監控中心做進(jìn)一步故障診斷。

1硬件總體結構

智能數據采集終端系統采用三星的ARMS3C2440為主控芯片、GTM900-C GPRS為通信模塊。整個(gè)硬件系統分為3部分：主控模塊、數據采集模塊和通信模塊，具體結構如圖1所示。

終端的主控模塊包括控制芯片電路、存儲電路、電源電路以及串口和JTAG接口電路；數據采集模塊包括傳感器電路、信號調理電路以及8路A/D轉換電路；通信模塊包括GPRS芯片以及外圍電路。其中ARM與GPRS之間的通信是通過(guò)RS-232總線(xiàn)完成。

2主控模塊設計

2. 1 ARM芯片介紹與工作狀態(tài)設置

終端系統主要采用以ARM920T為核心的三星S3C2440芯片。該芯片雖然功耗低、體積小，但是集成了豐富的片上資源。其特點(diǎn)主要有增強型ARM架構MMU，支持WinCE、EPOC32和LINUX；內部先進(jìn)微控器總線(xiàn)架構；哈佛高速緩沖體系結構；10位8通道多路復用ADC，可以實(shí)現最大轉換率為2. 5MHz A/D轉換器時(shí)鐘下的500kS /s等。主控模塊的供電分為3. 3V系統外圍電路供電和1. 25V核心板供電。3. 3V系統外圍電路供電通過(guò)AMS1117-3. 3V穩壓模塊完成轉換，電路如圖2所示；1. 25V核心板供電則采用低壓差、低噪聲的MAX8860EUA穩壓芯片提供，電路如圖3所示。S3C2440使用12MHz有源晶振，通過(guò)片內PLL電路倍頻后，最高可達到400MHz.片內的PLL電路兼有頻率放大和信號提純功能，因此，系統可以以較低的外部時(shí)鐘信號獲得較高的工作頻率，避免了高頻噪聲的產(chǎn)生。復位電路采用MAX811S芯片，當系統電源低于系統復位閾值（2. 93V），芯片將會(huì )對系統進(jìn)行復位。

2. 2串行接口電路

RS-232C標準常用的接口是9芯D型，然而最基本的通信只需要RXD、TXD即可，但是由于RS-232C標準所定義的高低電平信號與S3C2440系統的定義不同，所以?xún)烧咧g的通信需要電平轉換，在單片機中常用的是5V的MAX232，而這里使用3. 3V的MAX3232，典型的應用電路如圖4所示。

2. 3 NOR FLASH接口電路

終端系統中NOR FLASH使用的存儲芯片是HY29LV160，存儲容量為2MB，工作電壓為2. 7 ~3. 6V，工作方式選用16位數據寬度模式。需要注意的是管腳NC接高電平時(shí)，即為16位數據位，當NC為低電平時(shí)即為8位數據位。選擇16位數據寬度時(shí)，即為半字模式，此時(shí)16位數據總線(xiàn)D0 ~ 15分別接S3C2440的數據總線(xiàn)DATA0 ~15，地址總線(xiàn)則是A0 ~ 19分別與S3C2440的ADDR0~ 19連接，半字模式下的尋址范圍為1MB，對于32位的S3C2440尋址范圍則為1×2 = 2MB.

2. 4 SDRAM接口電路

SDRAM選用的是K4S561632，其存儲容量為32MB，工作電壓為3. 3V，其數據寬度為16位。

根據系統要求，需要有相對較復雜的算法運行，所以選用兩片組成存儲系統，存儲空間為64MB.

具體連接方法是第一片的D0 ~ 15接DATA0 ~15，第二片的D0 ~ 15接DATA16 ~ 31，這樣將16位擴展成為了與S3C2440對應的32位數據總線(xiàn)。

對于地址線(xiàn)來(lái)說(shuō)，SDRAM采用的是存儲陣列，即每片分為4個(gè)邏輯Bank，每個(gè)Bank由13個(gè)行地址線(xiàn)和9個(gè)列地址線(xiàn)共同尋址，能訪(fǎng)問(wèn)的空間為4×213×29×2 = 225MB.地址線(xiàn)的接法是分別將兩片的A0 ~ 12與ADDR2 ~ 14相連，通過(guò)RAS和CAS選擇行列信號，通過(guò)BA0、BA1選擇Bank，最終通過(guò)CS通用片選實(shí)現64MB的尋址。