嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程參數(shù)測(cè)量的設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)由于性?xún)r(jià)比高開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)目前得到了迅猛發(fā)展，各類(lèi)基于 ARM 處理器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)更是如火如荼。這里介紹基于 ARM9 嵌入式芯片 S3C2410 構(gòu)建的測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案先進(jìn)，集成度較高，在實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　2. 嵌入式 ARM9 S3C2410X 簡(jiǎn)介

　　S3C2410X 是三星公司提供的基于 ARM920T 內(nèi)核的 32 位 RISC 處理器，它的低功耗、低價(jià)格、高性能設(shè)計(jì)特別適合于手持設(shè)備和通用嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合，為降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，它提供了豐富的內(nèi)部設(shè)備，包括分開(kāi)的 16KB 指令 Cache 和 16KB 數(shù)據(jù) Cache，MMU 虛擬存儲(chǔ)器管理，24bbp 模式下最大 16M 色 TFT LCD 控制器，支持 NAND Flash 系統(tǒng)引導(dǎo)，片選邏輯和dram 控制器的系統(tǒng)管理器，3 通道 UART，4 通道 DMA，4 通道 PWM 定時(shí)器，117個(gè)通用 IO 端口和 24 通道外部中斷源，具有日歷功能的 RTC，8 通道 10 位 ADC 和觸摸屏接口，IIC、IIS 接口，USB 主從設(shè)備，SDMMC 卡接口，2 通道的 SPI 以及 PLL 時(shí)鐘倍頻器。S3C2410X 具有豐富的接口和內(nèi)嵌硬件控制器，使用其最簡(jiǎn)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)大部分應(yīng)用系統(tǒng)的功能。

　　3. 嵌入式測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)需對(duì)被測(cè)設(shè)備如電力設(shè)備或太陽(yáng)能的電壓、電流或溫度、光照度等進(jìn)行測(cè)量、參數(shù)采集、存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為 SNMP 的 MIB 數(shù)據(jù)庫(kù)方式，數(shù)據(jù)庫(kù)能夠通過(guò)系統(tǒng)的NMP 代理被遠(yuǎn)方操作員的 SNMP 控制平臺(tái)所訪(fǎng)問(wèn)存取。傳輸協(xié)議為以太網(wǎng)的 IP 協(xié)議。信息同時(shí)能夠被本地操作顯示，因此本地附有串行接口，基于以上應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)框圖如下圖 1 所示。

　　圖 1 系統(tǒng)原理框圖(Fig1 System Diagram)

　　本系統(tǒng)需采集遠(yuǎn)端、本地兩個(gè)溫度檢測(cè)，一個(gè)光照度檢測(cè)，三個(gè)直流 DC 8-130V 電壓檢測(cè)，三個(gè)直流 DC 0-20A@12VDC 電流檢測(cè)，一個(gè)交流 AC 105-280V 電壓檢測(cè)，一個(gè)交流AC 0-20A@120VAC 電流檢測(cè)。測(cè)量使用原理及所用傳感器件下節(jié)敘述。測(cè)量時(shí)通過(guò) ARM9 的 IO 端口測(cè)量溫度和光照度， 通過(guò)片內(nèi)ADC將交直流電壓電流通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變后的輸出電壓進(jìn)行采樣，然后通過(guò) CPU 計(jì)算后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　4. 參數(shù)測(cè)量實(shí)現(xiàn)

　　各參數(shù)測(cè)量是本系統(tǒng)的前端電路，也是最終目的。由于 ARM 系統(tǒng) 3.3V 供電，具有通用IO 接口和內(nèi)置 ADC 電路，因此只要將各測(cè)量參數(shù)通過(guò)相應(yīng)的傳感設(shè)備轉(zhuǎn)換為 IO 數(shù)據(jù)或0-3.3V 的模擬電壓量，就可通過(guò) ARM 處理器采集，從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)而數(shù)字存儲(chǔ)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸。各參數(shù)的測(cè)量采集電路見(jiàn)圖 2 所示。

　　直流電壓的采集可以直接通過(guò)電阻分壓取得，因?yàn)橐阎枰杉闹绷麟妷旱姆秶?，將最大電壓值映射?3.3V，即可獲得圖 2 中的兩個(gè)分壓電阻的值。設(shè)分壓電阻分別是12KΩ和470KΩ， 則Uo = 12/(12+470)×Ui = Ui/40，按照 ARM 10 位 ADC 采樣結(jié)果，如 ADC 采樣值為 Uadc，則采集到的輸入電壓值為：Ui = [ Uadc/1024] ×3.3×40(V)。