嵌入式系統(tǒng)的遠程參數(shù)測量的設計

嵌入式系統(tǒng)由于性價比高開發(fā)周期短等優(yōu)點目前得到了迅猛發(fā)展，各類基于 ARM 處理器的應用開發(fā)更是如火如荼。這里介紹基于 ARM9 嵌入式芯片 S3C2410 構(gòu)建的測量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)設計方案先進，集成度較高，在實踐中得到了廣泛的應用。

　　2. 嵌入式 ARM9 S3C2410X 簡介

　　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、低價格、高性能設計特別適合于手持設備和通用嵌入式應用場合，為降低整個系統(tǒng)的成本，它提供了豐富的內(nèi)部設備，包括分開的 16KB 指令 Cache 和 16KB 數(shù)據(jù) Cache，MMU 虛擬存儲器管理，24bbp 模式下最大 16M 色 TFT LCD 控制器，支持 NAND Flash 系統(tǒng)引導，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 定時器，117個通用 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 主從設備，SDMMC 卡接口，2 通道的 SPI 以及 PLL 時鐘倍頻器。S3C2410X 具有豐富的接口和內(nèi)嵌硬件控制器，使用其最簡系統(tǒng)即可實現(xiàn)大部分應用系統(tǒng)的功能。

　　3. 嵌入式測量監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　本系統(tǒng)需對被測設備如電力設備或太陽能的電壓、電流或溫度、光照度等進行測量、參數(shù)采集、存儲，并實現(xiàn)遠程監(jiān)控。數(shù)據(jù)存儲格式為 SNMP 的 MIB 數(shù)據(jù)庫方式，數(shù)據(jù)庫能夠通過系統(tǒng)的NMP 代理被遠方操作員的 SNMP 控制平臺所訪問存取。傳輸協(xié)議為以太網(wǎng)的 IP 協(xié)議。信息同時能夠被本地操作顯示，因此本地附有串行接口，基于以上應用需求，實現(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)需采集遠端、本地兩個溫度檢測，一個光照度檢測，三個直流 DC 8-130V 電壓檢測，三個直流 DC 0-20A@12VDC 電流檢測，一個交流 AC 105-280V 電壓檢測，一個交流AC 0-20A@120VAC 電流檢測。測量使用原理及所用傳感器件下節(jié)敘述。測量時通過 ARM9 的 IO 端口測量溫度和光照度， 通過片內(nèi)ADC將交直流電壓電流通過傳感器轉(zhuǎn)變后的輸出電壓進行采樣，然后通過 CPU 計算后存入數(shù)據(jù)庫。

　　4. 參數(shù)測量實現(xiàn)

　　各參數(shù)測量是本系統(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，因此只要將各測量參數(shù)通過相應的傳感設備轉(zhuǎn)換為 IO 數(shù)據(jù)或0-3.3V 的模擬電壓量，就可通過 ARM 處理器采集，從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進而數(shù)字存儲或通過網(wǎng)絡傳輸。各參數(shù)的測量采集電路見圖 2 所示。

　　直流電壓的采集可以直接通過電阻分壓取得，因為已知需要采集的直流電壓的范圍，將最大電壓值映射為 3.3V，即可獲得圖 2 中的兩個分壓電阻的值。設分壓電阻分別是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)。