【正文】 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 21 傳感器的響應(yīng)特性必須在所測(cè)頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。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。當(dāng)超過(guò)彈性極限時(shí)，將特產(chǎn)生非線性誤差。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。線性范圍愈寬 ，則表明傳感器的工作量程愈大。因此，過(guò)高的靈敏度會(huì)影響其適用的測(cè)量范圍。當(dāng)輸入量增大時(shí)，除非有專門的非線性校正措施，傳感器不應(yīng)在非線性區(qū)域工作，更不能在飽和區(qū)域內(nèi)工作。因此，對(duì)傳感器往往要求有較大的信噪比。 ● 傳感器的靈敏度 傳感器的靈敏度越高，可以感知越小的變化量，即被測(cè)量稍有微小山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 20 變化時(shí)，傳感器即有較大的輸出。 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。 按傳感器的物理原理分為： 電參量式傳 感器 壓電式傳感器 磁電式傳感器 光電式傳感器 氣電式傳感器 熱電式傳感器 射線式傳感器 波式傳感器 半導(dǎo)體式傳感器 其他原理傳感器 按傳感器的輸出量，可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。 按傳感器的構(gòu)成原理，分為結(jié)構(gòu)型和物理型兩種。有些傳感器轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè) ,要經(jīng)過(guò)若干次轉(zhuǎn)換。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)。 其組成如圖 所示： 圖 傳感器組成圖 實(shí)際上 ,有些傳感器很簡(jiǎn)單 , 最簡(jiǎn)單的傳感 器由一個(gè)敏感元件 (兼轉(zhuǎn)換元件 )組成 ,它感受被測(cè)量時(shí)直接輸出電量 ,如熱電偶。 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 。 圖 智能采集器電氣原理圖 傳感 器 介紹 傳感器概述 傳感器是以一定的精度和規(guī)律把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。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。 ● 人機(jī)接口：操作人員通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)與系統(tǒng)對(duì)話，完成對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、采樣頻率等參數(shù)的設(shè)置以及系統(tǒng)功能的選擇。 ● 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。 ● 二次數(shù)據(jù)計(jì)算：主要包括平均值、累計(jì)值、變化率、差值及最值的計(jì)算。 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。 ● 模 擬信號(hào)處理：模擬信號(hào)便于傳送，但易受干擾。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。 (14)所有數(shù)據(jù)引腳支持邊界掃描功能 (15)208 一 leadPQFP 或 256 一 ballBGA 封裝 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 16 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 井下供電系統(tǒng)需 要采集的參數(shù) (1)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù) 數(shù)據(jù)采集是指對(duì)溫度、壓力、流量、位移等模擬量進(jìn)行采樣、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的過(guò)程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) 。 (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 。 (11)主 /從 SPI 口 ● 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可編程 8~16 位 。 ● 支持 RS485， IrAD 通信速率可達(dá) 115kbps。 (10)4 個(gè)通用同步 /異步收發(fā)器 USART ● 支持 1507816TOT/l 智能卡 。 ● 支持 125 模擬接口和時(shí)分多任務(wù) 。 ● 兼容 MMC 和 SD 存儲(chǔ)卡，最多支持 2 個(gè) DS 存儲(chǔ)卡 。 (7) 全速 (12Mbps)設(shè)備端口 ● 片內(nèi)收發(fā)器 。 (6) 全速 (12Mbps)主端口 ● 片內(nèi)收發(fā)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。 ● 4 個(gè) 32 位并行 I/0 控制器，多達(dá) 122 個(gè) I/0 口，每個(gè)口中斷和開(kāi)漏能力 。 ● 8 優(yōu)先級(jí)、可單獨(dú)屏蔽的向量中斷控制器 。 ● 系統(tǒng)定時(shí)器包括周期中斷定時(shí)器、看門狗定時(shí)器和秒計(jì)數(shù) ● 具有鬧鐘中斷的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 。 ● 很低的時(shí)鐘操作模式和軟件優(yōu)化系統(tǒng)功耗 。 (2)16KBSRAM 和 128KBROM 的擴(kuò)展存儲(chǔ)器 (3)外部總線接口 EBI 支持 SDRAM、靜態(tài)存儲(chǔ)器、 BurstFlash、CoNANDFlash 和 SmartMedia 等多種存儲(chǔ)器 (4)增強(qiáng)的系統(tǒng)外圍性能 ● 增強(qiáng)的時(shí)鐘發(fā)生器和電源管理控制器 。 ● 存儲(chǔ)器管理單元 MUC。從圖中可以看出，它主要是由外部總以太網(wǎng) MAC 接口、 、多媒體卡接口 MCI、先進(jìn)中斷控制器 AIC、數(shù)器 TC、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 13 主 /從 SPI 接口、通用同步 /異步收發(fā)器 USART、并行 1/0 口、看門狗定時(shí)器 WD、時(shí)鐘、復(fù)位、嵌入式 ICE 和電源等部分組 ATglRM9200的主要特點(diǎn)如下 : (1)集成了 ARM920TARMThumb 核 ● 工作頻率為 180MHz 時(shí)處理速度為 200MIPS。 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。這方面 的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面、多媒體技術(shù)上下功夫。利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?，用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。未來(lái)的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口，同時(shí)也提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。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。值得注意的是， Linux 以其自身的諸多優(yōu)勢(shì)，吸引了許多開(kāi)發(fā)商的目光，成為嵌入式操作系統(tǒng)的新寵。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。然而國(guó)內(nèi)的個(gè)人數(shù)字處理 (PDA)市場(chǎng)火爆，掌上電腦、機(jī)頂盒等產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后也獲得用 戶好評(píng)，智能手機(jī)市場(chǎng)前景看好。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。而國(guó)內(nèi)發(fā)展也很快，市場(chǎng)潛力很大。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。嵌入式控制器因其體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用己經(jīng)深入到現(xiàn)代社會(huì)人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€(gè)領(lǐng)域，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造、產(chǎn)品更新?lián)Q代、加速自動(dòng)化進(jìn)程、提高生產(chǎn)率等方面起到了極其重要的推動(dòng)作用。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。 (4)嵌入式系統(tǒng)是與具體應(yīng)用緊密結(jié)合在一起的，對(duì)軟件代碼的質(zhì)量和可靠性要求很高，產(chǎn)品應(yīng)具有較長(zhǎng)的生命周期。 (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。 可以看出，嵌入式系統(tǒng)的靈活之處在于“軟硬件可裁剪”，其主要特點(diǎn)是： (1)嵌入式系統(tǒng)功耗低、體積小、集成度高并且專用性強(qiáng)。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)。目前常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)有 :Linux、 Wind， sCE、Vxworks、 OSE、 Nucleus、 UC/OSII 等嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對(duì)特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺(tái)，能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件。 ● 人機(jī)交互 :LDC、鍵盤和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。根據(jù)外圍部件的功能可以分為三類 : ● 存儲(chǔ)器 :靜態(tài)易失性存儲(chǔ)器 (RAM/SRAM)、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 D(RAM)和非易失性儲(chǔ)器 (Flash)。 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。嵌入式 DSP 處理器比較代表性的產(chǎn)品是 TMS320 系列和 DSP560o0 系列。嵌入式處理器目前主要有 mA8l6/88P0werCP、 68000、 MIPS 和 AMR 系列等。比較有代表性的通用系列包括 805 P51 和眾多的 AMR 芯片等。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。 (1)嵌入式系統(tǒng)的硬件 典型嵌入式系統(tǒng)的硬件基本組成如圖 所示，其中嵌入式處理器是嵌入系統(tǒng)的核心部件，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。 ● 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。 ● 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效設(shè)計(jì)，精簡(jiǎn)系統(tǒng)。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)的特點(diǎn) 由于嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下，面對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，所以與通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多樣化和適用性不同。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。 經(jīng)進(jìn)入 32 位時(shí)代，在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后 CP 時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)己經(jīng)廣泛地滲透 到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)品和商業(yè)文化藝術(shù)、娛樂(lè)業(yè)以及人們的日常生活等方面中。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。在有些系統(tǒng)里也有計(jì)算 機(jī)，但是計(jì)算機(jī)作為某個(gè)專用系統(tǒng)中的一個(gè)部件而存在的。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） 。各智能采集器實(shí)時(shí)不斷的山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 5 采集、分析、預(yù)處理各種原始參數(shù)數(shù)據(jù)，當(dāng)分站巡測(cè)到本智能采集器時(shí)，采集器單片機(jī)會(huì)將預(yù)處理的最新數(shù)據(jù)送給分站，分站將各個(gè)智能采集器送來(lái)的數(shù)據(jù)分類、分區(qū)存放，待地面主控計(jì)算機(jī)巡測(cè)到該分站時(shí)，將把最新一輪數(shù)據(jù)傳給地 面計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理后，報(bào)警、存盤和由大屏幕顯示。 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?；诂F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，需要控制平臺(tái)在正常工作的情況下，能夠?qū)⒉糠謹(jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)存儲(chǔ)器提取出來(lái)，以便在其它設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。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? 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 4 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 方案的選擇 作為一個(gè)通用的工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，其基本目的是獲取外界信號(hào)，例如模擬量 、開(kāi)關(guān)量，并且能夠?qū)?shù)字量的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)化成模擬量進(jìn)行輸出，以達(dá)到對(duì)外部設(shè)備的控制。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。軟件方面，作為嵌入式系統(tǒng)核心的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用的關(guān)鍵一環(huán)。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。近年來(lái)微電子技術(shù)迅猛發(fā)展，處理器增長(zhǎng)速度也隨之加快，嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。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