嵌入式系统的远程参数测量的设计

嵌入式系统由于性价比高开发周期短等优点目前得到了迅猛发展，各类基于 ARM 处理器的应用开发更是如火如荼。这里介绍基于 ARM9 嵌入式芯片 S3C2410 构建的测量监控系统，该系统设计方案先进，集成度较高，在实践中得到了广泛的应用。

　　2. 嵌入式 ARM9 S3C2410X 简介

　　S3C2410X 是三星公司提供的基于 ARM920T 内核的 32 位 RISC 处理器，它的低功耗、低价格、高性能设计特别适合于手持设备和通用嵌入式应用场合，为降低整个系统的成本，它提供了丰富的内部设备，包括分开的 16KB 指令 Cache 和 16KB 数据 Cache，MMU 虚拟存储器管理，24bbp 模式下最大 16M 色 TFT LCD 控制器，支持 NAND Flash 系统引导，片选逻辑和dram 控制器的系统管理器，3 通道 UART，4 通道 DMA，4 通道 PWM 定时器，117个通用 IO 端口和 24 通道外部中断源，具有日历功能的 RTC，8 通道 10 位 ADC 和触摸屏接口，IIC、IIS 接口，USB 主从设备，SDMMC 卡接口，2 通道的 SPI 以及 PLL 时钟倍频器。S3C2410X 具有丰富的接口和内嵌硬件控制器，使用其最简系统即可实现大部分应用系统的功能。

　　3. 嵌入式测量监控系统设计

　　本系统需对被测设备如电力设备或太阳能的电压、电流或温度、光照度等进行测量、参数采集、存储，并实现远程监控。数据存储格式为 SNMP 的 MIB 数据库方式，数据库能够通过系统的NMP 代理被远方操作员的 SNMP 控制平台所访问存取。传输协议为以太网的 IP 协议。信息同时能够被本地操作显示，因此本地附有串行接口，基于以上应用需求，实现系统框图如下图 1 所示。

　　图 1 系统原理框图(Fig1 System Diagram)

　　本系统需采集远端、本地两个温度检测，一个光照度检测，三个直流 DC 8-130V 电压检测，三个直流 DC 0-20A@12VDC 电流检测，一个交流 AC 105-280V 电压检测，一个交流AC 0-20A@120VAC 电流检测。测量使用原理及所用传感器件下节叙述。测量时通过 ARM9 的 IO 端口测量温度和光照度， 通过片内ADC将交直流电压电流通过传感器转变后的输出电压进行采样，然后通过 CPU 计算后存入数据库。

　　4. 参数测量实现

　　各参数测量是本系统的前端电路，也是最终目的。由于 ARM 系统 3.3V 供电，具有通用IO 接口和内置 ADC 电路，因此只要将各测量参数通过相应的传感设备转换为 IO 数据或0-3.3V 的模拟电压量，就可通过 ARM 处理器采集，从而转换为数字信号进而数字存储或通过网络传输。各参数的测量采集电路见图 2 所示。

　　直流电压的采集可以直接通过电阻分压取得，因为已知需要采集的直流电压的范围，将最大电压值映射为 3.3V，即可获得图 2 中的两个分压电阻的值。设分压电阻分别是12KΩ和470KΩ， 则Uo = 12/(12+470)×Ui = Ui/40，按照 ARM 10 位 ADC 采样结果，如 ADC 采样值为 Uadc，则采集到的输入电压值为：Ui = [ Uadc/1024] ×3.3×40(V)。