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基于ARM 的傳感器數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)
北京飛旭科技有限公司
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傳感器數(shù)據(jù)采集、傳輸因微處理器的不同而方式各異,微處理器之間可采用串口、總線、無線等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸.但微處理器與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸方式單一,大部分采用串口與上位機(jī)通信,無法實(shí)現(xiàn)多遠(yuǎn)程主機(jī)對(duì)同一檢測(cè)對(duì)象的訪問.本文設(shè)計(jì)了基于ARM 的數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng),以便多個(gè)主機(jī)訪問同一檢測(cè)對(duì)象,并實(shí)現(xiàn)多機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控某鋼件的受力.

1 采集平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)
    基于ARM920T的ARM 處理器將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果網(wǎng)絡(luò)打包后通過CS8900傳遞到網(wǎng)絡(luò)上,網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)可接收傳感器結(jié)果.并在此系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控某鋼件所受力(圖1).

 

 1.1 微處理器
    基于ARM920T內(nèi)核的微處理器因微型化、多樣的外圍設(shè)備接El(如觸摸屏接口、LCD接口、IICISP、IIS、A/D、USB),適合多傳感器檢測(cè)平臺(tái)架構(gòu),并可移植Linux、uclinux等操作系統(tǒng)和miniGUI、QT 應(yīng)用程序.基于ARM9體系的S3C2440、S3C2410是兩款16/32位RISC嵌入式微處理器,芯片上集成了MPLL,使得微處理器工作頻率最高達(dá)到203 MHz.這兩款微處理器有兩個(gè)8位的SPI串行接口,可工作在查詢、中斷、DMA 3種工作方式,通過設(shè)置適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳輸頻率和主從工作方式,可直接與外圍SPI器件通信,需要注意的是每次讀取外部設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)必須向8位傳輸寄存器寫1.

1.2 傳感器電路
    圖2所示為測(cè)重傳感器變換電路Ll .利用金屬應(yīng)變片單臂電橋檢測(cè)直徑為1 cm的鋼件所受壓力.應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K為2,電橋的阻值為120 Q.為提高傳感器的靈敏度,電橋由LM358構(gòu)成的恒流源提供5 mA 電流,壓力信號(hào)經(jīng)過電路處理后可放大2 178倍.可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RP 實(shí)現(xiàn)調(diào)零操作.壓力檢測(cè)所用的A/D芯片為MAX147,它是具有SPI接口的12位串行8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,可以與ARM 的SPI接口相接.通過軟件選擇所需通道.為保證A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作精度,由LM385為MAX147提供2.5 V的參考電壓.可以與ARM 的SPI接口相接.通過軟件選擇所需通道.為保證A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作精度,由LM385為MAX147提供2.5 V的參考電壓.

 

2 采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    采集系統(tǒng)的軟件部分包括A/D驅(qū)動(dòng)部分和TCP程序部分.ARM 平臺(tái)中位于用戶空間的TCP程序可調(diào)用A/D驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集.
2.1 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
    Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可分為字符流設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序.MAX147的采集結(jié)果為12位的字符流設(shè)備,為實(shí)現(xiàn)在Linux環(huán)境下訪問MAX147,需要編寫字符流驅(qū)動(dòng)函數(shù).以下是A/D驅(qū)動(dòng)的讀寫函數(shù)部分代碼.

A/D芯片MAX147的寫參數(shù)函數(shù)為:

 static ssize— t write(struct file *filp,const char_
user*buffer,size—
t
count,loff_t*offset)
{⋯
If(readb(rSPSTA)& C241o— SPSTA_READY)
{copy_from_user(~buff,buffer,1);
writeb(buff,rSPTDAT);
return count;)
⋯ )
讀函數(shù)為:
static ssize—
t read(struct file * flip,char— user * buffer, size—
t
count。lof_ t*offset)
{⋯ ;
if(readb(rSPSTA)&$3C2410一 SPSTA_ READY)
{writeb(OxO0,rSPTDAT); .
if(readb(rSPSTA)&$3C2410一
SPSTA
_
READY)
{from_buff=readb(rSPRDAT);
copy_to_user(buffer,&from— buff,count);return count;}
}.··;

 

    在嵌入Linux系統(tǒng)的ARM 處理器中,用戶空間訪問的只能是虛擬地址,所以為訪問SPI控制器,需要通過ioremap()函數(shù)將宏rSPTDAT映射為發(fā)送寄存器的虛擬地址,rSPTDAT — iorema(0x59000010,1),參數(shù)0x59000010為發(fā)送寄存器的實(shí)際物理地址.為實(shí)現(xiàn)軟件查詢的工作方式,需要利用函數(shù)write(readb(rSPCON)&~S3C2410—SPCON— TAGD & S3C2410一SPCON — CPH A 一FMTA & S3C2410一SPCON — SM OD — POLL&S3C2410一 SPCON— CPOL_HIGH,rSPCON)向SPI控制器寫入S3C2410一SPC0N—SM0D—P0LL參數(shù),讀寫函數(shù)中利用if(readb(rSPST A)&S3C2410一SPSTA— READY)讀SPI狀態(tài)寄存器,判斷SPI模塊的工作狀態(tài).驅(qū)動(dòng)模塊的讀寫函數(shù)分別使用函數(shù)copy—tO—user(buffer,&from— buff,count),copy—from— user( buff,buffer,1)與用戶空間中應(yīng)用程序的讀寫函數(shù)傳遞數(shù)據(jù).

2.2 TCP程序設(shè)計(jì)
    為實(shí)現(xiàn)多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享傳感器數(shù)據(jù),本文提出采用TCP方式 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.圖3是服務(wù)器端的程序流程圖,服務(wù)器通過Listen()函數(shù)監(jiān)聽客戶端的連接請(qǐng)求.客戶端無需監(jiān)聽(1isten())和接受連接(accept())步驟,只需申請(qǐng)連接(connect()函數(shù)實(shí)現(xiàn))即可獲得傳感器數(shù)據(jù).客戶端程序和服務(wù)器端程序可通過read()、write()函數(shù)實(shí)現(xiàn)通信.此系統(tǒng)中ARM 平臺(tái)作為服務(wù)器為網(wǎng)絡(luò)上的多客戶端提供檢測(cè)數(shù)據(jù).

 

3 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)壓力檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定 ,得測(cè)力檢測(cè)系統(tǒng)的非線性校正方程如下:

F一16.95+24032.61U一3.15U .

    將非線性校正方程的3個(gè)系數(shù)存入系統(tǒng)中,可根據(jù)檢測(cè)到的電壓值得到壓力值.ARM 平臺(tái)的IP地址為192.168.1.230.對(duì)鋼件施加壓力,IP地址為192.168.1.x的上位機(jī)通過connect()函數(shù)申請(qǐng)鏈接,得到壓力傳感器電壓值.表1是本采集系統(tǒng)對(duì)鋼件施加不同的力時(shí)采集到的三組電壓值及鋼件對(duì)應(yīng)的受力值.


 

狀 態(tài): 離線

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