基于ARM10和Windows CE.net的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與方法

1．引言

目前,在高層建筑和橋梁等大型建筑的基礎工程中，用大體積混凝土的整體鋼筋混凝土箱型基礎已成為較普通的結構形式。這種大體積混凝土硬化期間水泥水化熱所產(chǎn)生的溫度應力和收縮應力,便成為導致鋼筋混凝土結構出現(xiàn)裂縫的主要因素。只有很好的監(jiān)測出混凝土內(nèi)外各點處的溫度，才能為施工人員提供依據(jù)，及時采取相應措施。由于該系統(tǒng)測量點較多，傳統(tǒng)的測溫方法包括使用玻璃泡溫度計、電子測溫儀等設備及基于單片機的現(xiàn)場采集系統(tǒng)已逐漸不能滿足應用的需要。隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，32位的高性能微處理器逐漸代替了傳統(tǒng)的8位單任務單片機，并且采用多線程多任務的嵌入式操作系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢，遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化管理也越來越多的應用到當中。本文采用高性能的32位ARM處理器PXA255和實時性嵌入式操作系統(tǒng)，開發(fā)一種集數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場監(jiān)控及基于 GPRS遠程無線網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)處理的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅可以降低費用，避免鋪設線路的麻煩，而且可以實現(xiàn)24小時全天候無人實時監(jiān)控，在遠離施工現(xiàn)場，環(huán)境較好的實驗室即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，分析處理和共享，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控管理；同時，將該數(shù)據(jù)庫服務器通過Internet接入網(wǎng)絡，則局域網(wǎng)內(nèi)任何一個客戶端都可以通過TCP/IP訪問數(shù)據(jù)庫，方便歷史數(shù)據(jù)查詢與分析。

2．系統(tǒng)原理框圖

整個系統(tǒng)原理框圖如圖1：

3．嵌入式數(shù)據(jù)采集硬件設計

3.1 工作原理

應用時該系統(tǒng)置于監(jiān)控的設備處，傳感器信號通過模擬開關，先經(jīng)過預處理，獲取符合A/D轉(zhuǎn)換芯片要求的信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，進入FIFO，然后由嵌入式微處理器讀取和處理數(shù)據(jù)，通過串口上的GPRS模塊，進行無線通信，將采集到的數(shù)據(jù)送到遠程上位機。在A/D轉(zhuǎn)換模塊中，采用多路模擬開關，可完成大數(shù)量點的數(shù)據(jù)采集。FPGA是整個系統(tǒng)的控制中心，控制采集通道的切換，A/D轉(zhuǎn)換芯片的啟停，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在FIFO中的存放以及向主處理器 PXA255產(chǎn)生中斷請求讀取FIFO中的數(shù)據(jù)。 整個嵌入式系統(tǒng)原理框圖如圖2：

3.2 硬件介紹

本系統(tǒng)核心板采用深圳億道公司的XSBase255開發(fā)板，采用Intel 的32位微處理器XScale PXA255，采用32MB的Flash，64MB的SDRAM，LCD采用了LG TFT LCD 640*480。XSBase255是一款理想的PDA、手機等消費電子、信息家電、通訊和工業(yè)控制等應用的開發(fā)系統(tǒng)。成功開發(fā)的案例有車載系統(tǒng)、工業(yè)控制、電力信息網(wǎng)關、嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)、消費電子、多媒體等方面的應用。系統(tǒng)擴展了基于串口的GPRS無線通信模塊。

XScale PXA255是ARM10系列的一員，采用Intel XScale 微結構體系框架，與ARM V.5TE兼容,其主要特點有：

1.高性能的32位核，主頻200-400MHz。

2.豐富的外設接口，集成SDRAM控制器，支持多至6 個靜態(tài)存儲器器件（SRAM，F(xiàn)lash, ROM 或VLIO），集成LCD控制器，支持各種通信接口包括3個UART等。

3.工作電壓是1．3V，而PXA250工作電壓是1．5V，PXA255功耗更小，節(jié)約了電能。采用0．18μm制造工藝，是一塊面積僅為17mm×l7mm、256腳的芯片。

4.支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。

5.強大的MMU，支持各種嵌入式操作系統(tǒng)包括Windows CE.net操作系統(tǒng)。

基于PXA255以上特點，將其應用于實時的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)是符合目前的發(fā)展要求的。