基于ARM的嵌入式多路信號數據采集系統

由于人們對數字形式信息的需求量越來越大，數據采集及其應用技術受到了越來越廣泛的關注和應用。隨著技術的發展，數據采集系統正向著高精度、高速度、穩定可靠和集成化的方向發展。目前，大多數的數據采集監控系統都是獨立的系統，只能進行數據的現場采集或存儲，已不能滿足應用的需要，迫切要求接入網絡實現遠程監控。現代數據采集技術的發展是建立在新型采集系統軟硬件平臺性能提高的基礎之上的。具有強大功能的32位微控制器在一些高端儀器儀表中得到了廣泛的應用，而將GPRS無線傳輸模塊嵌入其中，將采集到的數據以無線的方式接入Internet，實現遠程監控，非常適合工作人員在比較惡劣的環境下或者需要對多種參量進行采集時使用。而高性能微處理器的應用也極大提高了數據采集的精度和速度。

1　系統整體方案

整個遠程多路數據采集系統如圖1所示。當無線終端成功連接到互聯網后，采集終端將傳感器采集到的數據經放大濾波后發送到ARM微控制器，經過A/D轉換以及相關處理后，通過RS232口將數據發送到GPRS無線終端，GPRS無線終端又將這些數據打成一個個的IP包，經GPRS空中接口接入無線網絡，并由移動通信服務商轉接到Internet，最終通過各種網關和路由到達統一的遠程數據處理中心，數據中心接收數據并對數據做后續處理。

遠程數據中心也可以發送數據信息(各種命令及診斷信息)到無線數據采集模塊，通過GPRS終端上的RS232接口輸出到ARM微控制器上，采集終端在接收到遠程數據中心的信息后，進行解碼并執行相應的操作，以實現對采集現場的控制。

GPRS無線終端嵌入了TCP/IP協議和UDP協議(用戶可選)，本系統采用TCP/IP協議，實際上GPRSDTU上實現的協議棧是TCP/IPOverPPP。

圖1　GRPS無線數據采集終端

2　硬件組成

2.1　傳感器及放大器

理論上，該系統可以同時進行16路數據的采集，但在實際的調試中，只選用了2路來做模擬。

一路選用溫度傳感器，表面/液體熱電偶NR281530，獲取實時現場的溫度，另一路采用壓力傳感器，PPM241BY油井專用型壓力傳感器，此系統在油田油井中具有較好應用。

在前端信號處理單元，由于各種傳感器的輸出參數不同，輸出信號不僅電平低、內阻高，而且有共模電壓以及現場惡劣環境的影響，因此，在選用放大芯片時要綜合考慮以上因素。選取常用的MCP6S2X可編程增益放大器對原始信號進行放大，OP07CP做后續濾波芯片。

2.2　微處理器

微處理器是系統工作的核心，其性能的好壞直接決定了數據采集系統性能的優劣。基于本采集系統對數據實時性和精度的要求，以及易操作性方面的考慮，選擇32位的ARM7系列處理器，它具有以下特點：

·體積小、低功耗、低成本、高性能;

·支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令，能很好兼容8位/16位器件;

·大量使用寄存器，指令執行速度快;

·指令長度固定;

·尋址方式靈活簡單，執行效率高

本系統采用PHILIPS公司的單片32位微控制器LPC2134，它是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI2STMCPU，含有128KB的FLASH，該存儲器用作代碼和數據的存儲。

LPC2134擁有兩個異步串行口UART0和UART1，本系統中將UART0與GPRS終端相連，實現數據傳輸。它采用16字節收發FIFO，內置波特率發生器，包含使能實現軟件控制的機制。

硬件SPI接口是一個同步、全雙工串行接口，最大數據位速率為時鐘速率的1/8，可配置為主機或從機。本系統中SPI接口作為主機，根據不同的中斷，控制多個從機，包括可編程增益放大器MCP6S2X，使用SPI總線訪問SD卡，以及控制開發板上的數碼管顯示。

A/D轉換器是2個8路10位逼近式模/數轉換器，測量范圍是0～313V，10位轉換時間大于或等于2144μS，一個或多個Burst轉換模式。

2.3　GPRS終端

GPRS終端選用的是南京傲屹電子有限公司的AYG285C，它是采用GPRS模塊專為工業集成設計的，在溫度范圍、震動、電磁兼容性和接口多樣性等方面均采用特殊設計，保證了惡劣環境下的工作穩定性，基于GPRS公網的數據傳輸具有通信范圍廣，傳輸穩定可靠等特點。通過按鍵可以進行模塊參數設置或者進行網絡數據通信，串口波特率在300～115200bps可調，校驗位可選：無校驗，奇校驗，偶校驗。支持協議PPP、IP、TCP、UDP、DNS、PING的客戶端功能。另外，電源、工作狀態有LED指示，方便現場查看MODEM運行情況。

由于人們對數字形式信息的需求量越來越大，數據采集及其應用技術受到了越來越廣泛的關注和應用。隨著技術的發展，數據采集系統正向著高精度、高速度、穩定可靠和集成化的方向發展。目前，大多數的數據采集監控系統都是獨立的系統，只能進行數據的現場采集或存儲，已不能滿足應用的需要，迫切要求接入網絡實現遠程監控。現代數據采集技術的發展是建立在新型采集系統軟硬件平臺性能提高的基礎之上的。具有強大功能的32位微控制器在一些高端儀器儀表中得到了廣泛的應用，而將GPRS無線傳輸模塊嵌入其中，將采集到的數據以無線的方式接入Internet，實現遠程監控，非常適合工作人員在比較惡劣的環境下或者需要對多種參量進行采集時使用。而高性能微處理器的應用也極大提高了數據采集的精度和速度。

1　系統整體方案

整個遠程多路數據采集系統如圖1所示。當無線終端成功連接到互聯網后，采集終端將傳感器采集到的數據經放大濾波后發送到ARM微控制器，經過A/D轉換以及相關處理后，通過RS232口將數據發送到GPRS無線終端，GPRS無線終端又將這些數據打成一個個的IP包，經GPRS空中接口接入無線網絡，并由移動通信服務商轉接到Internet，最終通過各種網關和路由到達統一的遠程數據處理中心，數據中心接收數據并對數據做后續處理。

遠程數據中心也可以發送數據信息(各種命令及診斷信息)到無線數據采集模塊，通過GPRS終端上的RS232接口輸出到ARM微控制器上，采集終端在接收到遠程數據中心的信息后，進行解碼并執行相應的操作，以實現對采集現場的控制。