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基于ARM的液压系统智能数据采集终端硬件设计

时间:04-16 来源:电子爱好者博客 点击:

  针对液压系统的特点,设计了基于ARM 的智能数据采集终端系统。该系统通过传感器对油压、流量和温度3 类信号进行采集,调理后的数据经过ARM 处理器S3C2440 进行处理和压缩,压缩后的数据利用GTM900C 无线传输模块远程传输。整个系统硬件电路分为主控电路部分、数据采集部分和无线传输部分。

  液压系统具有功率大、响应快及精度高等特点,已经广泛应用于冶金和制造领域。但其故障又具有隐蔽性、多样性、不确定性及因果关系复杂等特点,故障出现后不易查找原因,而且故障发生会带来巨大的经济损失。通常,液压系统只能靠定期检查和维护来排除故障,这种方法有一定的滞后性。因此需要实时监测液压系统的状态数据并及时分析以减少故障率,确保工程机械正常、连续运行。传统单片机已广泛应用于数据采集和处理中,虽然其价格便宜、易于开发,但是在存储空间和网络传输方面往往难以满足工程上的要求。因此,笔者针对液压系统采用了基于ARM 的数据智能采集终端。

  采集终端通过分布在液压系统各处的传感器对油压、流量和温度3 类信号进行采集,并将采集到的信号进行滤波、放大,然后模数转换,数据经过分析后进行统一的编排与压缩,最后通过通信模块进行传输,将数据传输到本地监控中心做进一步故障诊断。

  1 硬件总体结构

  智能数据采集终端系统采用三星的ARMS3C2440 为主控芯片、GTM900-C GPRS 为通信模块。整个硬件系统分为3 部分: 主控模块、数据采集模块和通信模块,具体结构如图1 所示。

  终端的主控模块包括控制芯片电路、存储电路、电源电路以及串口和JTAG 接口电路; 数据采集模块包括传感器电路、信号调理电路以及8 路A/D转换电路; 通信模块包括GPRS 芯片以及外围电路。其中ARM 与GPRS 之间的通信是通过RS-232 总线完成。

  

  2 主控模块设计

  2. 1 ARM 芯片介绍与工作状态设置

  终端系统主要采用以ARM920T 为核心的三星S3C2440 芯片。该芯片虽然功耗低、体积小,但是集成了丰富的片上资源。其特点主要有增强型ARM 架构MMU,支持WinCE、EPOC32 和LINUX;内部先进微控器总线架构; 哈佛高速缓冲体系结构; 10 位8 通道多路复用ADC,可以实现最大转换率为2. 5MHz A/D 转换器时钟下的500kS /s等。主控模块的供电分为3. 3V 系统外围电路供电和1. 25V 核心板供电。3. 3V 系统外围电路供电通过AMS1117-3. 3V 稳压模块完成转换,电路如图2 所示; 1. 25V 核心板供电则采用低压差、低噪声的MAX8860EUA 稳压芯片提供,电路如图3所示。S3C2440 使用12MHz 有源晶振,通过片内PLL 电路倍频后,最高可达到400MHz.片内的PLL 电路兼有频率放大和信号提纯功能,因此,系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率,避免了高频噪声的产生。复位电路采用MAX811S 芯片,当系统电源低于系统复位阈值( 2. 93V) ,芯片将会对系统进行复位。

  

  2. 2 串行接口电路

  RS-232C 标准常用的接口是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 标准所定义的高低电平信号与S3C2440系统的定义不同,所以两者之间的通信需要电平转换,在单片机中常用的是5V 的MAX232,而这里使用3. 3V 的MAX3232,典型的应用电路如图4所示。

  

  2. 3 NOR FLASH 接口电路

  终端系统中NOR FLASH 使用的存储芯片是HY29LV160,存储容量为2MB,工作电压为2. 7 ~3. 6V,工作方式选用16 位数据宽度模式。需要注意的是管脚NC 接高电平时,即为16 位数据位,当NC 为低电平时即为8 位数据位。选择16位数据宽度时,即为半字模式,此时16 位数据总线D0 ~ 15 分别接S3C2440 的数据总线DATA0 ~15,地址总线则是A0 ~ 19 分别与S3C2440 的ADDR0~ 19 连接,半字模式下的寻址范围为1MB,对于32 位的S3C2440 寻址范围则为1 × 2 = 2MB.

  2. 4 SDRAM 接口电路

  SDRAM 选用的是K4S561632,其存储容量为32MB,工作电压为3. 3V,其数据宽度为16 位。

  根据系统要求,需要有相对较复杂的算法运行,所以选用两片组成存储系统,存储空间为64MB.

  具体连接方法是第一片的D0 ~ 15 接DATA0 ~15,第二片的D0 ~ 15 接DATA16 ~ 31,这样将16位扩展成为了与S3C2440 对应的32 位数据总线。

对于地址线来说,SDRAM 采用的是存储阵列,即每片分为4 个逻辑Bank,每个Bank 由13 个行地址线和9 个列地址线共同寻址,能访问的空间为4 × 213 × 29 × 2 = 225MB.地址线的接法是分别将两片的A0 ~ 12 与ADDR2 ~ 14 相连,通过RAS 和CAS 选择行列信号,通过BA0、

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