基于ARM的城市供水站分布式監(jiān)控系統(tǒng)
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當(dāng)前城市供水站監(jiān)控系統(tǒng)多以單片機(jī)為核心，將外部傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后接入單片機(jī)，其精度可達(dá)12位，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后用點(diǎn)陣顯示屏顯示。單片機(jī)為8位中央處理器，這對(duì)于要求較高的領(lǐng)域顯得稍有不足。下位機(jī)與上位機(jī)之間多采用串口進(jìn)行通信。串行485接口采用差分方式傳輸，傳輸距離最大可達(dá)1 200 m，但此距離速率只能達(dá)到100 Kb/s，且485在任何時(shí)刻只允許一個(gè)下位機(jī)向上位機(jī)傳遞數(shù)據(jù)，使得這種通信方式受到了一定限制。
嵌入式處理器和以太網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展為這些問題提供了解決的途徑。
嵌入式處理器處理速度快、精度高、擴(kuò)展接口豐富，且具有良好的人機(jī)交互性。以太網(wǎng)通信技術(shù)則以其實(shí)時(shí)性強(qiáng)、通信速度快、兼容性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)布線方便的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。本文以ARM嵌入式處理器為核心，搭載WinCE嵌入式系統(tǒng)，結(jié)合TCP/IP通信協(xié)議，設(shè)計(jì)出基于ARM和TCP/IP的城市供水站高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。并對(duì)下位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序、上位機(jī)程序以及系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的敘述[2-3]。
1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)
數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)以ARM9系列的三星S3C2440A嵌入式處理器為核心，處理器的主頻400 MHz，最高達(dá)533 MHz，處理速度快，內(nèi)置8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，最高轉(zhuǎn)換頻率為2.5 MHz，數(shù)據(jù)采集速度和精度都很高。在ARM9的基礎(chǔ)之上搭載WinCE嵌入式操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)具有與Windows XP相似的界面和操作，操作起來更加簡(jiǎn)便快捷；支持多系列的微型處理器，包括ARM系列，使下位機(jī)在硬件和軟件方面得到了完美的融合。下位機(jī)接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，然后通過TCP/IP協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信，上位機(jī)得到下位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警操作。上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控并完成對(duì)各個(gè)下位機(jī)信息的匯總和分析處理等功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
城市供水站分布式監(jiān)控系統(tǒng)要測(cè)量的物理量主要有各個(gè)供水站電機(jī)的電流、電壓、溫度等參數(shù)，以及供水站的流量、進(jìn)出口壓力、水溫等水質(zhì)的參數(shù)。要根據(jù)各種物理量以及其所處的具體工作環(huán)境選取合適的傳感器[4]。
由圖2可見，下位機(jī)硬件以ARM9為核心，其內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換接口用來接收外部傳感器的數(shù)據(jù)，搭載的TFT顯示屏作為下位機(jī)的顯示，同時(shí)其各個(gè)擴(kuò)展接口可以提供其他的資源及為以后擴(kuò)展所用。
傳感器采集的外部數(shù)據(jù)經(jīng)過放大、濾波等消除干擾的操作后接入ARM內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，在嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行處理，并在下位機(jī)顯示屏上進(jìn)行顯示和相應(yīng)地人機(jī)操作。下位機(jī)擴(kuò)展在板64 MB SDRAM內(nèi)存和在板128 MB Nand Flash存儲(chǔ)并支持32 GB的外部SD擴(kuò)展槽，滿足本機(jī)運(yùn)行以及存儲(chǔ)要求。擴(kuò)展的RJ-45接口作為與上位機(jī)進(jìn)行通信的接口。IIC總線以及其他接口作為擴(kuò)展和其他功能用。
TCP/IP協(xié)議使用客戶端/服務(wù)器(C/S)模式進(jìn)行通信，其通信是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，在網(wǎng)絡(luò)中幾乎可以實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸，可靠性較高，速度快。由于與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的路由和網(wǎng)關(guān)等技術(shù)的發(fā)展，使得多路通信的實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)單方便。
評(píng)論