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

針對液壓系統(tǒng)的特點，設(shè)計了基于ARM的智能數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過傳感器對油壓、流量和溫度3類信號進行采集，調(diào)理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過ARM處理器S3C2440進行處理和壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)利用GTM900C無線傳輸模塊遠程傳輸。整個系統(tǒng)硬件電路分為主控電路部分、數(shù)據(jù)采集部分和無線傳輸部分。

液壓系統(tǒng)具有功率大、響應(yīng)快及精度高等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)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(fù)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(yīng)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(luò)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(shè)計

2. 1 ARM芯片介紹與工作狀態(tài)設(shè)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(fù)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(fù)位電路采用MAX811S芯片，當(dāng)系統(tǒng)電源低于系統(tǒng)復(fù)位閾值（2. 93V），芯片將會對系統(tǒng)進行復(fù)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(yīng)用電路如圖4所示。

2. 3 NOR FLASH接口電路

終端系統(tǒng)中NOR FLASH使用的存儲芯片是HY29LV160，存儲容量為2MB，工作電壓為2. 7 ~3. 6V，工作方式選用16位數(shù)據(jù)寬度模式。需要注意的是管腳NC接高電平時，即為16位數(shù)據(jù)位，當(dāng)NC為低電平時即為8位數(shù)據(jù)位。選擇16位數(shù)據(jù)寬度時，即為半字模式，此時16位數(shù)據(jù)總線D0 ~ 15分別接S3C2440的數(shù)據(jù)總線DATA0 ~15，地址總線則是A0 ~ 19分別與S3C2440的ADDR0~ 19連接，半字模式下的尋址范圍為1MB，對于32位的S3C2440尋址范圍則為1×2 = 2MB.

2. 4 SDRAM接口電路

SDRAM選用的是K4S561632，其存儲容量為32MB，工作電壓為3. 3V，其數(shù)據(jù)寬度為16位。

根據(jù)系統(tǒng)要求，需要有相對較復(fù)雜的算法運行，所以選用兩片組成存儲系統(tǒng)，存儲空間為64MB.

具體連接方法是第一片的D0 ~ 15接DATA0 ~15，第二片的D0 ~ 15接DATA16 ~ 31，這樣將16位擴展成為了與S3C2440對應(yīng)的32位數(shù)據(jù)總線。

對于地址線來說，SDRAM采用的是存儲陣列，即每片分為4個邏輯Bank，每個Bank由13個行地址線和9個列地址線共同尋址，能訪問的空間為4×213×29×2 = 225MB.地址線的接法是分別將兩片的A0 ~ 12與ADDR2 ~ 14相連，通過RAS和CAS選擇行列信號，通過BA0、BA1選擇Bank，最終通過CS通用片選實現(xiàn)64MB的尋址。