基于ARM 的液壓系統(tǒng)智能數(shù)據(jù)采集終端硬件設計

　　液壓系統(tǒng)具有功率大、響應快及精度高等特點，已經(jīng)廣泛應用于冶金和制造領(lǐng)域。但其故障又具有隱蔽性、多樣性、不確定性及因果關(guān)系復雜等特點，故障出現(xiàn)后不易查找原因，而且故障發(fā)生會帶來巨大的經(jīng)濟損失。通常，液壓系統(tǒng)只能靠定期檢查和維護來排除故障，這種方法有一定的滯后性。因此需要實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)并及時分析以減少故障率，確保工程機械正常、連續(xù)運行。傳統(tǒng)單片機已廣泛應用于數(shù)據(jù)采集和處理中，雖然其價格便宜、易于開發(fā)，但是在存儲空間和網(wǎng)絡傳輸方面往往難以滿足工程上的要求。因此，筆者針對液壓系統(tǒng)采用了基于ARM 的數(shù)據(jù)智能采集終端。

　　采集終端通過分布在液壓系統(tǒng)各處的傳感器對油壓、流量和溫度3 類信號進行采集，并將采集到的信號進行濾波、放大，然后模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析后進行統(tǒng)一的編排與壓縮，最后通過通信模塊進行傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜乇O(jiān)控中心做進一步故障診斷。

　　1 硬件總體結(jié)構(gòu)

　　智能數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)采用三星的ARMS3C2440 為主控芯片、GTM900-C GPRS 為通信模塊。整個硬件系統(tǒng)分為3 部分： 主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和通信模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　終端的主控模塊包括控制芯片電路、存儲電路、電源電路以及串口和JTAG 接口電路； 數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器電路、信號調(diào)理電路以及8 路A/D轉(zhuǎn)換電路； 通信模塊包括GPRS 芯片以及外圍電路。其中ARM 與GPRS 之間的通信是通過RS-232 總線完成。

　　2 主控模塊設計

　　2. 1 ARM 芯片介紹與工作狀態(tài)設置

　　終端系統(tǒng)主要采用以ARM920T 為核心的三星S3C2440 芯片。該芯片雖然功耗低、體積小，但是集成了豐富的片上資源。其特點主要有增強型ARM 架構(gòu)MMU,支持WinCE、EPOC32 和LINUX;內(nèi)部先進微控器總線架構(gòu)； 哈佛高速緩沖體系結(jié)構(gòu)； 10 位8 通道多路復用ADC,可以實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)換率為2. 5MHz A/D 轉(zhuǎn)換器時鐘下的500kS /s等。主控模塊的供電分為3. 3V 系統(tǒng)外圍電路供電和1. 25V 核心板供電。3. 3V 系統(tǒng)外圍電路供電通過AMS1117-3. 3V 穩(wěn)壓模塊完成轉(zhuǎn)換，電路如圖2 所示； 1. 25V 核心板供電則采用低壓差、低噪聲的MAX8860EUA 穩(wěn)壓芯片提供，電路如圖3所示。S3C2440 使用12MHz 有源晶振，通過片內(nèi)PLL 電路倍頻后，最高可達到400MHz.片內(nèi)的PLL 電路兼有頻率放大和信號提純功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率，避免了高頻噪聲的產(chǎn)生。復位電路采用MAX811S 芯片，當系統(tǒng)電源低于系統(tǒng)復位閾值（ 2. 93V） ,芯片將會對系統(tǒng)進行復位。

　　2. 2 串行接口電路

　　RS-232C 標準常用的接口是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 標準所定義的高低電平信號與S3C2440系統(tǒng)的定義不同，所以兩者之間的通信需要電平轉(zhuǎn)換，在單片機中常用的是5V 的MAX232,而這里使用3. 3V 的MAX3232,典型的應用電路如圖4所示。