基于網絡的高速同步24位數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)

　　1 系統(tǒng)設計思想

　　為實現(xiàn)對遠程、野外無人看守設備的遠程監(jiān)控，以32位RISC嵌入式為平臺的網絡化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經廣泛應用到各個領域。我們采用ARM+FPGA架構設計、開發(fā)了低功耗（1.5w）、高速（最快高達500K的采樣率）、高精度（最高達到24位）、多通道同步或異步的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠將采集的數(shù)據(jù)實時保存、網絡發(fā)送或監(jiān)控。應用地震、氣象等觀測技術領域。

　　系統(tǒng)結構示意如圖所示：

圖1 系統(tǒng)結構示意圖

　　基于ARM+FPGA的多通道大容量同步數(shù)據(jù)采集方案特點如下：

　?、?采用ARM+FPGA高集成度的緊湊架構設計，板載：ARM控制器、FPGA邏輯編程電路、存儲電路、A/D轉換電路、電源電路等，同時系統(tǒng)具有豐富的外圍控制接口和通信接口，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、顯示，支持RS232或高速以太網絡的實時數(shù)據(jù)傳輸。

　?、?系統(tǒng)具備3路24位同步數(shù)據(jù)采集通道，采用3個獨立的24位A/D模數(shù)轉換器件，配合FPGA邏輯編程控制來實現(xiàn)高精度、高速同步數(shù)據(jù)采集；16路24位異步串行數(shù)據(jù)采集通道，采用單個A/D模數(shù)轉換器件，通過FPGA邏輯編程控制實現(xiàn)多通道輪循采集；

　?、?系統(tǒng)采用GPS授時技術實現(xiàn)同步技術方案，以GPS的PPS信號為基準來校準本地時鐘。

　　④ 系統(tǒng)采用大規(guī)模低功耗的集成電路，工作電壓為1.8V和3.3V，工作在正常條件下（GPS空閑，3路同步采集），系統(tǒng)功耗1.5W。

　　2 系統(tǒng)功能

　　2.1 系統(tǒng)硬件功能

　　◎ CPU：Atmel AT91SAM9263，內嵌一個基于200MIPS的ARM926EJ-Sarm 內核，
具有DSP擴展指令，JAVA硬件加速，外設資源豐富。

　　◎ FPGA：板載FPGA邏輯編程器件，實現(xiàn)對A/D的數(shù)據(jù)采集、控制。

　　◎ 64MB SDRAM，用于程序運行、數(shù)據(jù)空間和緩存。

　　◎ 8M Data Flash，內部存放系統(tǒng)啟動代碼；64M Nand Flash，存放用戶數(shù)據(jù)。

　　◎ 板載RTC實時時鐘，后備鋰電池，帶掉電保存功能；

　　◎ 系統(tǒng)復位與看門狗定時器。

　　◎ 10M/100M自適應以太網接口。

　　◎ 1個DEBUG調試接口，可實現(xiàn)與PC機的通訊，2個RS232串行接口。

　　◎ 3路24位A/D同步采樣通道，輸入信號為-5-+5V，2K bps。

　　◎ 16路12位A/D串行采樣通道，輸入模擬電壓范圍0-5V/4-20mA。

　　◎ 一個標準的CF卡接口，最大擴展32G，支持熱插拔。

　　◎ 2個USB2.0主接口。

　　◎ 支持128*64點陣屏。

　　◎ 支持GPS模塊，以GPS的PPS信號為基準來校準本地時鐘。

　　◎ 外接DC 12V/2A電源，正常狀態(tài)下功耗1.5W。

　　2.2 系統(tǒng)軟件功能

　　◎ 移植操作系統(tǒng)：Linux Kernel 2.6；

　　◎ 驅動及其測試程序：開發(fā)LCD、CF、串口、RTC、網絡接口以及FPGA與CPU的讀寫驅動程序、驅動程序測試程序；

　　◎ 多種協(xié)議支持：TCP/IP，UDP，Telnet，F(xiàn)TP，HTTP，DHCP，SMTP，SNMP，ICMP，IGMP，NTP，ARP，PPP，PPPoE，CHAP/PAP，SSL，NFS，…

　　◎ 遠程監(jiān)控：FTP網絡獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，設置系統(tǒng)工作參數(shù)；

　　◎ 數(shù)據(jù)采集：3通道24位A/D信號同步采集，自動實現(xiàn)對各種環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控；

　　◎ CF卡存儲：系統(tǒng)支持連續(xù)的數(shù)據(jù)存儲，容量可擴展；

　　◎ 校時方式：GPS實時對鐘。

　　3 系統(tǒng)架構

　　觀測數(shù)據(jù)的可靠性取決于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和傳感器、檢波器等探測終端。

　　恒頤同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可全天候記錄、存儲探測傳感器或檢波器采集數(shù)據(jù)并進行A/D轉換，保證各種參數(shù)狀態(tài)實時被監(jiān)測。

　　系統(tǒng)支持基于Internet/CDMA/GPRS的網絡通訊和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)遠程管理功能，包括數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸、參數(shù)設置、參數(shù)查詢、狀態(tài)查詢、數(shù)據(jù)管理、實時波形監(jiān)視等。

　　系統(tǒng)架構如圖所示：

系統(tǒng)架構圖

　　4 應用場合

　　◎ 天然氣、石油、煤田、地熱等地質勘探領域

　　◎ 觀測技術領域（地震波、頻譜分析）