S3C2410設(shè)計(jì)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

手持終端的功能越來越強(qiáng)大，數(shù)據(jù)處理能力也越來越強(qiáng)，人們對其無線通信功能的要求也越來越高。為此，各種無線設(shè)備進(jìn)入人們的生活，在此基礎(chǔ)之上，大量的無線設(shè)備業(yè)已進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在工業(yè)或者工廠底層環(huán)境中，使用無線技術(shù)具有很多優(yōu)勢；利用無線技術(shù)可以解決工業(yè)生產(chǎn)中線路布局煩瑣的困境，也可以避免惡劣環(huán)境對線路腐蝕等問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在此，把嵌入式技術(shù)與無線電臺通信技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)一種無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸／接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集模塊通過將傳感器得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再用無線芯片發(fā)送出去。A／D轉(zhuǎn)換芯片采用MAX132；數(shù)據(jù)傳輸芯片采用無線傳輸／接收芯片IA4421。用單片機(jī)配置MAX132和IA4421實(shí)現(xiàn)信號采集和發(fā)送。數(shù)據(jù)處理模塊采用S3C2410芯片，并且配置無線芯片IA4421為無線接收模式。這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理。



2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集模塊使用A／D轉(zhuǎn)換芯片，通過把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)字信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊。

MAX132是18位外加1個(gè)符號位，具有高精度分辨率，以串行方式工作的A／D轉(zhuǎn)換芯片。它可在-512～+512 mV全范圍內(nèi)提供2μV的分辨率，精度可達(dá)±0.006％滿量程。芯片較一般的積分型ADC具有更高的轉(zhuǎn)換速度，可達(dá)每秒100次，簡單的4線串行接口使其容易與其他所有的微處理器連接。MAX132在普通工作方式下，典型供電電流為60 mA，在休眠模式下僅為lμA。MAX132還具有用于外部多路開關(guān)或可編程增益放大器的4個(gè)可編程的數(shù)字輸出；芯片內(nèi)部還有可選50 Hz工頻的干擾抑制電路；芯片輸入電流很小，僅為10 pA。MAXl32具有分辨率高，功耗低，價(jià)格低，體積小等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、電池供電儀器儀表和傳感器信號測量及工業(yè)過程控制等。電路設(shè)計(jì)如圖2所示。


圖2為MAX132的典型應(yīng)用電路圖。其中，元件值是針對每秒轉(zhuǎn)換16次，60 Hz工頻干擾抑制選擇的。通過2.5 V的高精度基準(zhǔn)源，MAX872分壓后產(chǎn)生545 mV的基準(zhǔn)電壓。待測電壓信號從INH1和INL0端口差分輸入；片選信號CS，串行數(shù)據(jù)輸入／輸出端DIN，DOUT，時(shí)鐘信號Sclk與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)。

如圖3所示，當(dāng)IA4421芯片的CLK／CONV腳作為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，CLK／CONV為高電平；若將CLK／CONV而置低電平，則10 ms之內(nèi)又變?yōu)楦唠娖剑蛨?zhí)行一次轉(zhuǎn)換，然后回到空閑模式。如果CLK／CONV一直處于低電平，就連續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，直到CLK／CONV再次變?yōu)楦唠娖健?br>

3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

3.1 數(shù)據(jù)傳榆模塊硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)傳輸模塊采用IA4421芯片。IA4421支持天線直接驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)相當(dāng)簡單方便，并且通信距離長。IA4421是全集成的單晶片低功耗、多頻道的FSK收發(fā)器，在無需申請注冊的433 MHz，868 MHz，915 MHz頻段，設(shè)計(jì)完全符合FCC的ETSI認(rèn)證相關(guān)規(guī)定，內(nèi)部集成有高頻功率放大器、低噪聲放大器、I／Q轉(zhuǎn)換混頻器，基帶濾波器、放大器、I／Q解調(diào)器等，所需的RF都已集成，只需要一個(gè)晶振和幾顆去耦電容。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 發(fā)射器的功能

(1)發(fā)送采集數(shù)據(jù)指令，打開采集系統(tǒng)，為發(fā)送數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。

(2)與發(fā)射器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對碼。發(fā)射器控制軟件程序流程圖如圖4所示，單片機(jī)上電初始化后，完成對IA4421的配制。此時(shí)，芯片被配置為發(fā)射模式，然后打開中斷，等待數(shù)據(jù)輸入，接收到采集的信號，最后將信息發(fā)送出去。



3.2.2 接收器的功能

接收器主程序流程與發(fā)送器程序流程很相似，在此不再畫流程圖，僅將接收器的功能介紹為：配置IA4421芯片為接受模式，發(fā)送準(zhǔn)備好的信號；接收數(shù)據(jù)，然后再傳輸給處理單元，處理單元為S3C2410主芯片。

4 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊采用S3C2410芯片。S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核。它采用0.18μm制造工藝的32位微控制。該處理器擁有獨(dú)立的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，I²C-BUS接口，IIS-BUS接口，2個(gè)USB主機(jī)，1個(gè)USB設(shè)備，SD主機(jī)和MMC接口，2路SPI。S3C2410處理器最高可運(yùn)行在203 MHz。

采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，Linux內(nèi)核穩(wěn)定且代碼尺寸小巧，易于裁減。應(yīng)用程序窗口系統(tǒng)采用Qt／Embedded系統(tǒng)技術(shù)，Qt／Embedded是基于Qt的嵌入式GUI和應(yīng)用程序開發(fā)的工具包，可運(yùn)行在多種嵌入式設(shè)備上，主要運(yùn)行在嵌入式Linux系統(tǒng)上，為嵌入式應(yīng)用程序提供Qt的標(biāo)準(zhǔn)API。Qt／E作為嵌入式GUI的實(shí)現(xiàn)工具，支持幀緩沖驅(qū)動(dòng)，可以在沒有X2Servet或X2LIB支持的條件下直接寫幀緩沖，節(jié)省了內(nèi)存使用，提高了程序的運(yùn)行效率。

(1)配置無線接收芯片為接收模式，發(fā)送接收數(shù)據(jù)命令，通知IA4421準(zhǔn)備好接收收據(jù)，且發(fā)送準(zhǔn)備好的信號，通知發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。

(2)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析，然后將結(jié)果反映到LCD上；應(yīng)用程序具有分析功能，對信號的性能進(jìn)行分析，且在信號出錯(cuò)情況下做出報(bào)警處理。

5 結(jié)語

該系統(tǒng)采用了MAX132芯片，實(shí)現(xiàn)了模擬信號到數(shù)據(jù)信號的轉(zhuǎn)變，又用了IA4421實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸。考慮了系統(tǒng)的實(shí)用性和靈活性，可以靈活的布線，不受物理環(huán)境影響，且采用S3C2410作為數(shù)據(jù)處理模塊的主芯片。