【正文】 系統(tǒng)，努力爭(zhēng)取自己的市場(chǎng)份額。在國(guó)外，嵌入式 CUP 的處理能力提升較快，由 8 位、16 位升級(jí)到 32 位，掌上電腦、 PAD、智能手機(jī)等新產(chǎn)品層出不窮，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益壯大。 信息采集的發(fā)展概況 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB766587 對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢、系統(tǒng)資源有限、實(shí)時(shí)性能較差。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 指導(dǎo)教學(xué)，還可使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，使知識(shí)更加系統(tǒng)化、實(shí)用化，并提高其綜合知識(shí)水平和技能。 課題研究的意義 本課題的目的是運(yùn)用 ARM 實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井供電系統(tǒng)的信息采集。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。ARM9。ARM9。本論文最終能夠?qū)崿F(xiàn)下面幾個(gè)功能 :8 路模擬量的采集， 2 路數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出控制， 8路開(kāi)關(guān)量的輸入輸出， RS232 的串口通訊，以及以嵌入式板卡為服務(wù)器的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和 U 盤在無(wú) CP機(jī)板卡上的數(shù)據(jù)傳輸。 本論文研究的主要目的是利用基于 AMR9的 32位高端嵌入式微處理器 AT91MR9200 和嵌入式 Linux 內(nèi)核設(shè)計(jì)新型數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)平臺(tái)，突破傳統(tǒng)的測(cè)控模式，使其具有更強(qiáng)大的處理能力，更優(yōu)越的通信方式。本論文設(shè)計(jì)的具有數(shù)據(jù)采集與控制等多種功能的測(cè)控平臺(tái)包括以下幾個(gè)部分 :基于 SPI 串行接口設(shè)計(jì)的 8路 A/D 模擬量采集硬件電路，基于 EBI 并行接口設(shè)計(jì)的 2路 D/A 模擬量輸出硬件電路，以及采用 POI 接口設(shè)計(jì)的 8 路開(kāi)關(guān)量輸入輸出硬件電路，通過(guò) USATR異步串行口設(shè)計(jì)的 RS232 串口通訊硬件電路。本論文 所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，也可作為一個(gè)嵌入式控制器應(yīng)用于對(duì)各種工業(yè)設(shè)備的控制。傳感器 。DataAequisition 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 目錄 目錄 1 緒論 ........................................... 1 .................................................. 1 .........................................................................................1 ..................................................................................2 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 ................................ 4 方案的選擇 ................................................................................................4 ......................................................................................5 .................................................................................... 12 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 ........................... 166 .................................................................. 16 .............................................................................................. 17 4 數(shù)據(jù)采集 與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .................... 31 4. 2 D/A通道模塊的硬件設(shè)計(jì) ........................................................................ 39 第 5 章數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................. 42 ................................................................................ 42 A/D通道模塊的軟件設(shè)計(jì) ......................................................................... 46 ............................................................................. 50 6 總結(jié) .......................................... 55 參考文獻(xiàn) ........................................ 57 致謝 ............................................ 59 附錄 ............................................ 60 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 1 1 緒論 課題研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)是利用 基于 ARM9 的 16/32 位 RISC 處理器 S3C2410A 和嵌入式 Linux 內(nèi)核設(shè)計(jì)的新型數(shù)據(jù)采集裝置。嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等幾大部分組成。ARM（ Advanced RISC Machines）是處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的 RISC 處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。 目前，傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)由于其處理速度、系統(tǒng)資源有限，已經(jīng)不能適應(yīng)日益復(fù)雜的應(yīng)用需求； 16/32 位的嵌入式微處理器逐漸取代了 8 位的 MCU成為工業(yè)控制設(shè)備的核心。 本設(shè)計(jì)借助 基于 ARM9的 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)和微處理器技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 供電系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集裝置 。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 等要求。在國(guó)內(nèi)，嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵硬件主要靠國(guó)外引進(jìn)，技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱。進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)的國(guó)外嵌入式操作系統(tǒng)有 windowCsE、 vxworks、 QNX 等，我國(guó)自 主開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品有 Deltasystem、 Hopen 等。因?yàn)楣た噩F(xiàn)場(chǎng)的模擬量數(shù)據(jù)非常多，而且各種模擬量所需要的放大倍數(shù)是不一樣的，這就需要可變?cè)鲆娴姆糯笃鳌? 系 統(tǒng)工作原理 地面主控計(jì)算機(jī)通過(guò)通信接口控制井下各采區(qū)供電系統(tǒng)控制器，控制方式為計(jì)算機(jī)通過(guò)地址呼叫、分站應(yīng)答、計(jì)算機(jī)發(fā)控制命令、分站判斷命令類型后給出相應(yīng)的反應(yīng)等交互通信。智能采集器采集的參數(shù)主要有電壓、電流、溫度、真空斷路器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)（分閘、合閘） 。根據(jù)電氣工程師協(xié)會(huì) (IEE)的定義，嵌入式系統(tǒng)是用來(lái)控制或監(jiān)視機(jī)器、裝置或工廠大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備。從家用的洗衣機(jī)、電冰箱、汽車，到辦公室里的遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)等，都屬于可以使用入式技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和改造的產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)與 CP 的最大不同就是嵌入式 CUP 大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，能夠把 CP 中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化 。 ● 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要專門的開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)環(huán)境。它通常把通用計(jì)算機(jī)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨小型化，并具有高效率、高可 靠性等特征。嵌入式處理器目前主要有 mA8l6/88P0werCP、 68000、 MIPS 和 AMR 系列等。 S 可以分為通用和專用兩類，通用系列包括 TriCore、MCore、某些 AMR 系列件等，專用 Soc 一般用于某個(gè)或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。 ● 人機(jī)交互 :LDC、鍵盤和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。有些應(yīng)用軟件需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持，但在簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合下不需要專門 應(yīng)用程序 操作系統(tǒng) 處理器 存儲(chǔ)器 輸入 輸出 軟件結(jié)構(gòu) 硬件結(jié)構(gòu) 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 10 的操作系統(tǒng)。 (2)為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存儲(chǔ)于磁盤等 載體中。隨著計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)的不斷成熟，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度上改變著人們的生活和工作方式，其應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛和普遍；借助于 Inter 創(chuàng)造的無(wú)限機(jī)會(huì)，嵌入式系統(tǒng)將不斷重新塑造未來(lái)的世界。在未來(lái)的幾年里，這種發(fā)展 和競(jìng)爭(zhēng)將達(dá)到一個(gè)白熱化的程度。在國(guó)外，嵌入式 CUP 的處理能力提升較快，由 8 位、 16位升級(jí)到 32 位，掌上電腦、 PAD、智能手機(jī)等新產(chǎn)品層出不窮，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益壯大。目前國(guó)內(nèi)外推出了很多商業(yè)化嵌入式操作系統(tǒng)，努力爭(zhēng)取自己的市場(chǎng)份額。信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn) 品獲得巨大的發(fā)展機(jī)遇，從中可以看出未來(lái)嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢(shì) : ● 嵌入式開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包支持。利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ埽米罴训木幊棠Ｐ秃筒粩喔倪M(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。 的概述 作為本論文的核心部件的 AT9lMR9200 是 ATMEL針對(duì)系統(tǒng)控制以及基于 AMR92T0 內(nèi)核的新型微控制器，它與 AT91X4O8xx 等基于AR 的微控制器向上兼容。 ● 存儲(chǔ)器管理單元 MUC。 ● 很低的時(shí)鐘操作模式和軟件優(yōu)化系統(tǒng)功耗 。 ● 8 優(yōu)先級(jí)、可單獨(dú)屏蔽的向量中斷控制器 。 (5)10/100BASE 以太網(wǎng) MAC 接口 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 14 ● 簡(jiǎn)化的媒體獨(dú)立接口 RMMI。 (7) 全速 (12Mbps)設(shè)備端口 ● 片內(nèi)收發(fā)器 。 ● 支持 125 模擬接口和時(shí)分多任務(wù) 。 ● 支持 RS485， IrAD 通信速率可達(dá) 115kbps。 (12)2 個(gè) 3 通道的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器模塊 (13)TWI 兩線端口 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 15 ● 支持主模式 。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要是精度和速度；在保證精度的前提下，應(yīng)有一定的采樣速率，以滿足實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制的要求。 數(shù)字信號(hào)處理：數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)后，通常需要進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換、濾波、譜分析等處理。 ● 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：按一定 的時(shí)間間隔，定期將某些重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器上。預(yù)處理通常是剔除數(shù)據(jù)奇異項(xiàng)、去除數(shù) 據(jù)趨勢(shì)項(xiàng)、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等；二次處理通常包括各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，如微分、積分和傅立葉變換等。 轉(zhuǎn)換元件： 敏感元件的輸出就是轉(zhuǎn)換元件的輸入 ,它把輸入轉(zhuǎn)換成電量參量 。大多數(shù)傳感器是開(kāi)環(huán)系統(tǒng) ,也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 按傳感器的構(gòu)成原理，分為結(jié)構(gòu)型和物理型兩種。 有時(shí)也把傳感器分為機(jī)械式傳感器等 傳感器的選擇 原則 ● 根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行 — 個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因此，對(duì)傳感器往往要求有較大的信噪比。因此，過(guò)高的靈敏度會(huì)影響其適用的測(cè)量范圍。感器的精確度表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。例如，變極距型電容、電感傳感器，均采用在 初始間隙附近的近似線性區(qū)內(nèi)工作。 一般光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)時(shí)間小，可工作頻率范圍寬。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。因?yàn)閷?duì)部件的接觸式測(cè)量不僅造成對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響，且有許多實(shí)際困難，如測(cè)量頭的磨損、接觸狀態(tài)的變動(dòng)，信號(hào)采集等都不易妥善解決，也易于造成測(cè)量誤差。因此必須在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件下才能達(dá)到檢測(cè)要求，因而對(duì)傳感器及測(cè)試系統(tǒng)都有一定特殊要求。 傳感器主要是電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器 、瓦斯?jié)?度傳感器、一氧化碳濃度傳感器等 。 21 人類社會(huì)已進(jìn)入信息時(shí)代，人們的社會(huì)活動(dòng)主要依靠對(duì)信息取、傳輸與處理。傳感器的輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信路將其放大或變換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求與可能，保證主要性能指標(biāo)，放寬對(duì)次要性能指標(biāo)的要求，以提高性能價(jià)格比，恰如其分地選用能滿足使用要求的產(chǎn)