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芯片模块信号基于S3C2410的无线数据采集系统

摘要:主要讨论基于S3C2410的无线数据采集系统。介绍数据采集模块、传输/接收模块和数据处理模块。硬件平台基于S3C2410,MAXl32,IA4421芯片,并介绍它们的特点以及电路设计。采用Linux操作系统作为系统软件平台,应用程序Adopts采用Qt/Embedded系统,实现了人机交互界面,可以直观地观察数据分析结果。
关键词:S3C2410;MAX132;IA4421;人机交互界面

目前,手持终端的功能越来越强大,数据处理能力也越来越强,人们对其无线通信功能的要求也越来越高。为此,各种无线设备进入人们的生活,在此基础之上,大量的无线设备业已进入工业生产领域。在工业或者工厂底层环境中,使用无线技术具有很多优势;利用无线技术可以解决工业生产中线路布局烦琐的困境,也可以避免恶劣环境对线路腐蚀等问题。

1 系统设计
在此,把嵌入式技术与无线电台通信技术相结合,设计一种无线数据采集系统。该系统分为数据采集模块、数据传输/接收模块、数据处理模块,如图1所示。数据采集模块通过将传感器得到的模拟信号转换成数字信号,再用无线芯片发送出去。A/D转换芯片采用MAX132;数据传输芯片采用无线传输/接收芯片IA4421。用单片机配置MAXl32和IA4421实现信号采集和发送。数据处理模块采用S3C2410芯片,并且配置无线芯片IA4421为无线接收模式。这样就实现了数据采集、传输与处理。

2 数据采集
数据采集模块使用A/D转换芯片,通过把接收到的模拟信号转换成数字信号,再通过数据传输模块将数字信号传输到数据处理模块。


MAX132是18位外加1个符号位,具有高精度分辨率,以串行方式工作的A/D转换芯片。它可在-512~+512 mV全范围内提供2μV的分辨率,精度可达±0.006%满量程。芯片较一般的积分型ADC具有更高的转换速度,可达每秒100次,简单的4线串行接口使其容易与其他所有的微处理器连接。MAX132在普通工作方式下,典型供电电流为60 mA,在休眠模式下仅为1μA。MAX132还具有用于外部多路开关或可编程增益放大器的4个可编程的数字输出;芯片内部还有可选50 Hz工频的干扰抑制电路;芯片输入电流很小,仅为10 pA。MAX132具有分辨率高,功耗低,价格低,体积小等特点,可广泛应用于远程数据采集、电池供电仪器仪表和传感器信号测量及工业过程控制等。电路设计如图2所示。


图2为MAX132的典型应用电路图。其中,元件值是针对每秒转换16次,60 Hz工频干扰抑制选择的。通过2.5 V的高精度基准源,MAX872分压后产生545 mV的基准电压。待测电压信号从INH1和INL0端口差分输入;片选信号,串行数据输入/输出端DIN,DOUT,时钟信号Sclk与单片机连接实现。

如图3所示,当IA4421芯片的脚作为启动转换时,为高电平;若将置低电平,则10 ms之内又变为高电平,就执行一次转换,然后回到空闲模式。如果一直处于低电平,就连续进行转换,直到再次变为高电平。

3 数据传输模块
3.1 数据传输模块硬件设计
数据传输模块采用IA4421芯片。IA4421支持天线直接驱动,设计相当简单方便,并且通信距离长。IA4421是全集成的单晶片低功耗、多频道的FSK收发器,在无需申请注册的433 MHz,868 MHz,915 MHz频段,设计完全符合FCC的ETSI认证相关规定,内部集成有高频功率放大器、低噪声放大器、I/Q转换混频器,基带滤波器、放大器、I/Q解调器等,所需的RF都已集成,只需要一个晶振和几颗去耦电容。


3.2 数据传输模块软件设计
3.2.1 发射器的功能
(1)发送采集数据指令,打开采集系统,为发送数据做好准备。
(2)与发射器实现自动对码。发射器控制软件程序流程图如图4所示,单片机上电初始化后,完成对IA4421的配制。此时,芯片被配置为发射模式,然后打开中断,等待数据输入,接收到采集的信号,最后将信息发送出去。


3.2.2 接收器的功能
接收器主程序流程与发送器程序流程很相似,在此不再画流程图,仅将接收器的功能介绍为:配置IA4421芯片为接受模式,发送准备好的信号;接收数据,然后再传输给处理单元,处理单元为S3C2410主芯片。

4 数据处理模块
数据处理模块采用S3C2410芯片。S3C22410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核。它采用O.18μm制造工艺的32位微控制。该处理器拥有独立的16 KB指令Cache和16 KB数据Caehe,MMU,支持TFT的LCD控制器,NAND闪存控制器,3路UART,4路DMA,4路带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个USB主机,1个USB设备,SD主机和MMC接口,2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203 MHz。
采用嵌入式Linux操作系统,Linux内核稳定且代码尺寸小巧,易于裁减。应用程序窗口系统采用Qt/Embedded系统技术,Qt/Embedded是基于Qt的嵌入式GUI和应用程序开发的工具包,可运行在多种嵌入式设备上,主要运行在嵌入式Linux系统上,为嵌入式应用程序提供Qt的标准API。Qt/E作为嵌入式GUI的实现工具,支持帧缓冲驱动,可以在没有X2Server或X2LIB支持的条件下直接写帧缓冲,节省了内存使用,提高了程序的运行效率。
(1)配置无线接收芯片为接收模式,发送接收数据命令,通知IA4421准备好接收收据,且发送准备好的信号,通知发送模块发送数据。
(2)将接收到的数据进行运算分析,然后将结果反映到LCD上;应用程序具有分析功能,对信号的性能进行分析,且在信号出错情况下做出报警处理。

5 结 语
该系统采用了MAX132芯片。实现了模拟信号到数据信号的转变,又用IA4421实现了数据的无线传输。考虑了系统的实用性与灵活性,可以灵活的布线,不受物理环境影响,且采用S3C2410作为数据处理模块的主芯片。

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