針對(duì)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于ARM 的智能數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)傳感器對(duì)油壓、流量和溫度3 類(lèi)信號(hào)進(jìn)行采集，調(diào)理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)ARM 處理器S3C2440 進(jìn)行處理和壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)利用GTM900C 無(wú)線傳輸模塊遠(yuǎn)程傳輸。整個(gè)系統(tǒng)硬件電路分為主控電路部分、數(shù)據(jù)采集部分和無(wú)線傳輸部分。

　　液壓系統(tǒng)具有功率大、響應(yīng)快及精度高等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金和制造領(lǐng)域。但其故障又具有隱蔽性、多樣性、不確定性及因果關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，故障出現(xiàn)后不易查找原因，而且故障發(fā)生會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通常，液壓系統(tǒng)只能靠定期檢查和維護(hù)來(lái)排除故障，這種方法有一定的滯后性。因此需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)并及時(shí)分析以減少故障率，確保工程機(jī)械正常、連續(xù)運(yùn)行。傳統(tǒng)單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和處理中，雖然其價(jià)格便宜、易于開(kāi)發(fā)，但是在存儲(chǔ)空間和網(wǎng)絡(luò)傳輸方面往往難以滿足工程上的要求。因此，筆者針對(duì)液壓系統(tǒng)采用了基于ARM 的數(shù)據(jù)智能采集終端。

　　采集終端通過(guò)分布在液壓系統(tǒng)各處的傳感器對(duì)油壓、流量和溫度3 類(lèi)信號(hào)進(jìn)行采集，并將采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大，然后模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析后進(jìn)行統(tǒng)一的編排與壓縮，最后通過(guò)通信模塊進(jìn)行傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜乇O(jiān)控中心做進(jìn)一步故障診斷。

　　1 硬件總體結(jié)構(gòu)

　　智能數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)采用三星的ARMS3C2440 為主控芯片、GTM900-C GPRS 為通信模塊。整個(gè)硬件系統(tǒng)分為3 部分： 主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和通信模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　終端的主控模塊包括控制芯片電路、存儲(chǔ)電路、電源電路以及串口和JTAG 接口電路； 數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器電路、信號(hào)調(diào)理電路以及8 路A/D轉(zhuǎn)換電路； 通信模塊包括GPRS 芯片以及外圍電路。其中ARM 與GPRS 之間的通信是通過(guò)RS-232 總線完成。

　　2 主控模塊設(shè)計(jì)

　　2. 1 ARM 芯片介紹與工作狀態(tài)設(shè)置

　　終端系統(tǒng)主要采用以ARM920T 為核心的三星S3C2440 芯片。該芯片雖然功耗低、體積小，但是集成了豐富的片上資源。其特點(diǎn)主要有增強(qiáng)型ARM 架構(gòu)MMU，支持WinCE、EPOC32 和LINUX;內(nèi)部先進(jìn)微控器總線架構(gòu)； 哈佛高速緩沖體系結(jié)構(gòu)； 10 位8 通道多路復(fù)用ADC，可以實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)換率為2. 5MHz A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘下的500kS /s等。主控模塊的供電分為3. 3V 系統(tǒng)外圍電路供電和1. 25V 核心板供電。3. 3V 系統(tǒng)外圍電路供電通過(guò)AMS1117-3. 3V 穩(wěn)壓模塊完成轉(zhuǎn)換，電路如圖2 所示； 1. 25V 核心板供電則采用低壓差、低噪聲的MAX8860EUA 穩(wěn)壓芯片提供，電路如圖3所示。S3C2440 使用12MHz 有源晶振，通過(guò)片內(nèi)PLL 電路倍頻后，最高可達(dá)到400MHz.片內(nèi)的PLL 電路兼有頻率放大和信號(hào)提純功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號(hào)獲得較高的工作頻率，避免了高頻噪聲的產(chǎn)生。復(fù)位電路采用MAX811S 芯片，當(dāng)系統(tǒng)電源低于系統(tǒng)復(fù)位閾值（ 2. 93V） ，芯片將會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

　　2. 2 串行接口電路

　　RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)常用的接口是9 芯D 型，然而最基本的通信只需要RXD、TXD 即可，但是由于RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)所定義的高低電平信號(hào)與S3C2440系統(tǒng)的定義不同，所以兩者之間的通信需要電平轉(zhuǎn)換，在單片機(jī)中常用的是5V 的MAX232，而這里使用3. 3V 的MAX3232，典型的應(yīng)用電路如圖4所示。

　　2. 3 NOR FLASH 接口電路

　　終端系統(tǒng)中NOR FLASH 使用的存儲(chǔ)芯片是HY29LV160，存儲(chǔ)容量為2MB，工作電壓為2. 7 ~3. 6V，工作方式選用16 位數(shù)據(jù)寬度模式。需要注意的是管腳NC 接高電平時(shí)，即為16 位數(shù)據(jù)位，當(dāng)NC 為低電平時(shí)即為8 位數(shù)據(jù)位。選擇16位數(shù)據(jù)寬度時(shí)，即為半字模式，此時(shí)16 位數(shù)據(jù)總線D0 ~ 15 分別接S3C2440 的數(shù)據(jù)總線DATA0 ~15，地址總線則是A0 ~ 19 分別與S3C2440 的ADDR0~ 19 連接，半字模式下的尋址范圍為1MB，對(duì)于32 位的S3C2440 尋址范圍則為1 × 2 = 2MB.

　　2. 4 SDRAM 接口電路

　　SDRAM 選用的是K4S561632，其存儲(chǔ)容量為32MB，工作電壓為3. 3V，其數(shù)據(jù)寬度為16 位。

　　根據(jù)系統(tǒng)要求，需要有相對(duì)較復(fù)雜的算法運(yùn)行，所以選用兩片組成存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)空間為64MB.

　　具體連接方法是第一片的D0 ~ 15 接DATA0 ~15，第二片的D0 ~ 15 接DATA16 ~ 31，這樣將16位擴(kuò)展成為了與S3C2440 對(duì)應(yīng)的32 位數(shù)據(jù)總線。

　　對(duì)于地址線來(lái)說(shuō)，SDRAM 采用的是存儲(chǔ)陣列，即每片分為4 個(gè)邏輯Bank，每個(gè)Bank 由13 個(gè)行地址線和9 個(gè)列地址線共同尋址，能訪問(wèn)的空間為4 × 213 × 29 × 2 = 225MB.地址線的接法是分別將兩片的A0 ~ 12 與ADDR2 ~ 14 相連，通過(guò)RAS 和CAS 選擇行列信號(hào)，通過(guò)BA0、BA1 選擇Bank，最終通過(guò)CS 通用片選實(shí)現(xiàn)64MB 的尋址。

　　3 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

　　液壓系統(tǒng)的組成主要包括液壓泵、液壓油缸或液壓馬達(dá)、各類(lèi)控制閥和輔助裝置。根據(jù)故障類(lèi)型的歸納和總結(jié)，監(jiān)控對(duì)象和監(jiān)控點(diǎn)包括液壓泵的油壓和流量，油溫，以及各類(lèi)控制閥處的油壓和流量。選擇監(jiān)測(cè)的參數(shù)主要包括：

　　a. 油壓測(cè)量?？紤]到傳感器的精度，工作電壓與系統(tǒng)電壓的匹配，供電電流以及能適用較惡劣的介質(zhì)環(huán)境等，選用MSP340 系列不銹鋼傳感器，其電氣性能為： 供電電源為5VDC; 供電電流小于10mA; 輸出信號(hào)為0. 5 ~ 4. 5VDC /4 ~ 20mA;量程偏差為± 2%FS; 精度小于1%FS.

　　b. 流量測(cè)量。選擇渦輪流量計(jì)，電氣性能為： 供電電源為12 ~ 36VDC，可采用車(chē)載蓄電池直接供電； 輸出信號(hào)為4 ~ 20mA; 精度為± 1%R.

　　c. 溫度測(cè)量。選擇溫度傳感器AD592，由于液壓油溫只作為輔助檢測(cè)量，不需要精度太高，所以直接用隔熱材料將AD592 固定于測(cè)溫點(diǎn)做適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償，從而測(cè)量管內(nèi)的油溫。

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換采用的是S3C2440 的10 位8 通道ADC，其轉(zhuǎn)換率為2. 5MHz 轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘下的500kS /s，基準(zhǔn)電壓采用3. 3V，前端傳感器調(diào)理電路需要相應(yīng)的調(diào)整電壓范圍，管腳對(duì)應(yīng)S3C2440上的AIN0 ~ 7.

　　4 通信模塊設(shè)計(jì)

　　通信模塊選用華為的GPRS 模塊GTM900-C，該模塊具有標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令接口，內(nèi)部集成了TCP /IP 協(xié)議棧，使用時(shí)不必編寫(xiě)相關(guān)的IP 協(xié)議程序，直接可以通過(guò)其內(nèi)嵌協(xié)議進(jìn)行GPRS 上網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)。

　　GPRS 模塊與ARM 之間的連接是通過(guò)RS232串行接口連接的，電路如圖5 所示。其中芯片供電采用3. 8V，由穩(wěn)壓器AMS1117-adj 轉(zhuǎn)換。RST為芯片復(fù)位、PWON 為開(kāi)關(guān)機(jī)控制信號(hào)，均為低電平有效； UART_RXD0 和UART_TXD0 分別為AT命令串口發(fā)送、接收信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸只需分別與串口的接收和發(fā)送端相連即可。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　筆者以三星公司的S3C2440 開(kāi)發(fā)板為平臺(tái)，研究設(shè)計(jì)了一種基于ARM 的液壓系統(tǒng)智能數(shù)據(jù)采集終端的硬件電路，該終端已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　而且整個(gè)終端成本低廉、功能齊全，有較好的應(yīng)用價(jià)值。此外，本設(shè)計(jì)稍作改動(dòng)也可應(yīng)用于其他需要數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)沫h(huán)境，有一定的通用性。