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(chǔ)工程中，用大體積混凝土的整體鋼筋混凝土箱型基礎(chǔ)已成為較普通的結(jié)構(gòu)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(yīng)力和收縮應(yīng)力,便成為導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(diǎn)處的溫度，才能為施工人員提供依據(jù)，及時(shí)采取相應(yīng)措施。由于該系統(tǒng)測量點(diǎn)較多，傳統(tǒng)的測溫方法包括使用玻璃泡溫度計(jì)、電子測溫儀等設(shè)備及基于單片機(jī)的現(xiàn)場采集系統(tǒng)已逐漸不能滿足應(yīng)用的需要。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)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(wù)單片機(jī)，并且采用多線程多任務(wù)的嵌入式操作系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢，遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化管理也越來越多的應(yīng)用到當(dāng)中。本文采用高性能的32位ARM處理器PXA255和實(shí)時(shí)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(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)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(fèi)用，避免鋪設(shè)線路的麻煩，而且可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候無人實(shí)時(shí)監(jiān)控，在遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場，環(huán)境較好的實(shí)驗(yàn)室即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分析處理和共享，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控管理；同時(shí)，將該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過Internet接入網(wǎng)絡(luò)，則局域網(wǎng)內(nèi)任何一個(gè)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(gè)系統(tǒng)原理框圖如圖1：

3．嵌入式數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)

3.1 工作原理

應(yīng)用時(shí)該系統(tǒng)置于監(jiān)控的設(shè)備處，傳感器信號通過模擬開關(guān)，先經(jīng)過預(yù)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(jìn)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(jìn)行無線通信，將采集到的數(shù)據(jù)送到遠(yuǎn)程上位機(jī)。在A/D轉(zhuǎn)換模塊中，采用多路模擬開關(guān)，可完成大數(shù)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。FPGA是整個(gè)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(gè)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(jī)等消費(fèi)電子、信息家電、通訊和工業(yè)控制等應(yīng)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(guān)、嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)、消費(fèi)電子、多媒體等方面的應(yīng)用。系統(tǒng)擴(kuò)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(jié)構(gòu)體系框架，與ARM V.5TE兼容,其主要特點(diǎn)有：

1.高性能的32位核，主頻200-400MHz。

2.豐富的外設(shè)接口，集成SDRAM控制器，支持多至6 個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)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(gè)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(qiáng)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(diǎn)，將其應(yīng)用于實(shí)時(shí)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。