基于ARM+zbob综合体育官方入口igBee的通用网络测控

2022-05-13 07:19 胡八一

0简介

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/149714.htm

随着物联网概念的提出和相关技术的发展,网络化测控已经成为测控系统发展的必然趋势。而在国内外工业控制领域应用广泛、技术成熟的PLC(可编程逻辑控制器)基本不支持网络,也不能简单升级为具有网络功能,模式也比较单一。为此,设计并实现了一个网络化通用测控系统平台,以满足网络化测控的需求,并具备通用平台的一般性能。主要介绍了一种结合ARM嵌入式系统和ZigBee无线技术的通用网络测控平台的硬件设计。

1系统硬件总体设计

基于ARM的通用网络测控系统的硬件架构如图1所示。该系统的测控端采用基于ARM的CPU,通过网络接口连接到互联网,外围扩展有数字输入输出模块、模拟输入输出模块和无线ZigBee组网数据传输模块。硬件设计的主要研究内容:基于ARM的嵌入式主控硬件平台、ZigBee无线网络数据传输模块、测控I/o模块硬件,并对硬件系统的通用性指标和组网性能进行了分析和测试。

系统硬件架构

图1系统硬件架构

2 ARM主控制模块硬件

系统的核心芯片是三星公司生产的基于ARM920T内核的16/32位RSIC微处理器S3C2440A。该芯片资源丰富,运算速度快,功能强大,价格相对合理。核心系统的框图如图2所示。

 核心板系统框图

图2核心板系统框图

2.1存储电路

闪存为三星半导体生产的64M×。b的K9F1208U0M Nand闪存芯片。这个系统使用的是64MB的FLASH芯片,系统的引导代码Bootloader文件、内核镜像文件、文件系统都存储在这里。SDRAM采用Hynix生产的4 Banks & times4M & times16 b HY57V561620 CSD-RAM芯片,为了保证系统的运行速度,本系统采用两个芯片并行构成一个32位数据存储器。

2.2 JTAG调试界面

JTAG(Joint Test Action Group)是一种国际标准测试协议(兼容IEEE 1149.1),主要用于芯片的内部测试。它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP(测试接入端口),用专门的JTAG测试工具测试内部节点,可用于在线编程。标准的JTAG接口是四条线:TMS、TCK、TDI和TDO,分别是模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。系统采用20针标准接口,用于系统Bootloader的在线调试和下载。

2.3电源和系统时钟电路

电源设计的可靠性关系到系统运行的稳定性。该系统的输入电源为5 V,由LM1117芯片调节为3.3 V。大电容用于抑制低频干扰,小电容用于抑制高频干扰,用于芯片接口的电源。同时采用专用电源芯片MIC5219BMM为核心提供低噪声的1.3 V电压,保证系统供电的稳定性。

系统时钟主要分为主频时钟FCLK、AHB总线设备时钟HCLK和APH总线设备时钟PCLK。本系统采用外接12 MHz晶振,S3C2440的时钟源是通过S3C2440的设置模式选择引脚OM [2: 3]与低电平的组合作为外接晶振XTIPLL。同时,内核时钟和USB时钟可以通过芯片上的两个锁相环MPLL和UPLL获得。

2.4串行接口电路

目前基本上各种处理器都有串口,本系统中的串口主要用于前期调试和与主无线模块的通信。由于CPU串口的引线脚的电平不是标准的RS 232电平,所以在与PC机连接调试时需要进行电平转换,而与无线模块的通信可以直接连接。基于Linux内核的串口驱动,可以修改为ZigBee数据收发驱动,其电路如图3所示。

 串行接口电路

图3串行接口电路

2.5网络接口电路

接口电路是系统的重要硬件部分。为了保证网络数据传输的稳定和流畅,本系统采用10/100 MB/s自适应以太网MAC控制器芯片DM9000A,该芯片具有10/100 MB/s自适应PHY和4K DWORD SRAM。物理协议层接口完全符合IEEE 802.3u规范,支持IEEE802.3x全双工流量控制。在主控模块板上,nGCS3接DM9000A的片选CS#,地址配置为0x18000002,LData [15: 0]接DM9000A数据位SD [15: 0],形成16位数据总线模式。另外用HS9016做I/o隔离改造,然后接RJ45接口。隔离电路如图4所示。

网络接口隔离变压电路

图4网络接口隔离变压器电路

测控I/O模块硬件

3.1数字输入/输出模块

该系统实现了8路数字输入和8路数字输出。CH573用于锁存数字输出,CH245用于选通输入。为了节省端口资源,数字输入输出的8条数据线多路复用,通过控制CH573的锁存信号和CH245的片选信号实现输出和输入的多路复用。同时采用光耦进行端口光电隔离。

3.2模拟输入/输出模块

系统A/D实现4路12位模拟或2路12位差分信号模拟采样输入,系统D/A实现2路12位模拟输出。a/d模块采用Microchip公司生产的12位模数转换器MCP3204,最高采样率为100 KSPS,价格低廉。该模块的D/A采用TI公司的12位数模转换器TLV5638。该芯片具有内部基准,其建立时间为1 ~ 3.5μs;s,具有双通道模拟输出能力。只需增加一个信号调理电路。由于以上两个芯片都是SPI接口,可以直接连接到处理器的SPI总线接口,数据传输的切换可以通过片选CS0和CS1来控制。结构图如图5所示。

模拟量I/O模块结构图

图5模拟输入输出模块结构图

4 ZigBee无线模块硬件

ZigBee技术是一种发展迅速、日益成熟的无线通信技术。采用国际自由频段2.4 GHz,具有低功耗、低成本、低复杂度的优点。ZigBee技术易于实现自动组网,网络容量大,最多可容纳65 000个节点。网络中的任何节点都可以相互通信。该网络具有星形、树形和网状拓扑。

本系统采用TI公司生产的SOC芯片CC2430,内置增强型8051内核,接口丰富,8 KB SDRAM,128 KB flash存储器。只需增加电源电路、晶振电路和天线,无需其他外部扩展,即可配置为FFD(全功能器件)或RFD(简化功能器件),因此硬件设计简单,成本相对较低。该模块通过串口与ARM系统通信。实物如图6所示。

 实物图

图6物理图

5系统分析和测试

在这个系统中,网络化主要体现在两个方面。一种是ZigBee组成的无线网络,用于无线数据采集。另一个是Internet网络,用于嵌入式系统与主控终端之间的数据交互。此外,本系统的测控I/O模块符合标准的测控电压和电流规范定义,采用ZigBee无线技术,可以实现简单的二次开发。通过软件测试,该系统可以完成不同物理量的网络测量控制,本地或远程,无线或有线,并具有一定的准确性和实时性,具有通用平台的性能。

6结论

它是网络测控技术发展的一个重要方向。随着网络技术的发展,需要一个通用平台来统一分散的测控点。基于以上考虑,本文提出了通用网络测控系统的基本设计思想,并阐述了详细的硬件设计方案。该系统通用性好,网络设计合理,成本低,易于商业化。经过简单设置或二次开发,该系统可应用于广泛的行业和领域,如工业车间、智能家居、油田油井遥测等。