基于ARM和移动通信网的远程监控系统.docx
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基于ARM和移动通信网的远程监控系统
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文章编号:
1008-0570（200810-2-0133-03
ＡＲＭ开发与应用
基于ARM和移动通信网的远程监控系统
AHighPerformanceRemoteSuperviseSystemBasedonARM
（１．上海大学；）胡２．南方医科大学
琴
1
马文丽
1,2
姚文娟
1
郑文岭
1,2
梁斌
1
ＨＵＱｉｎＭＡＷｅｎ－ｌｉＹＡＯＷｅｎ－ｊｕａｎＺＨＥＮＧＷｅｎ－ｌｉｎｇＬＩＡＮＧＢｉｎ
摘要:
阐述了一种基于ARM处理器的高性能远程监控系统的组成、工作原理及实现方法。
该系统利用高性能处理器和移动
通信网络构建具有实时数据处理能力和提供远端信息查询和告警服务的平台。
关键词:
ARM;嵌入式;监控;移动通信网中图分类号:
TP302文献标识码:
A
Abstract:
Presentthestructure、principleandmethodofahighperformanceremotesupervisesystembasedonARM.Thesystemconstructsaplatformthatprovidesreal-timedataprocessingandremoteinformationsearchingandalarmingwithhighperformanceprocessorandmobilecommunicationnetwork.
Keywords:
ARM;Embedded;sSupervise;Mobilecommunicationnetwork
1引言
随着微电子技术的不断发展、芯片制造成本的降低、芯片
无功能的不断完善，16位和32位的嵌入式处理器在工业控制、
安防等诸多领域得到了广泛的应用。
本系统是嵌入式线通讯、
处理器在数据采集方面的一个具体应用。
其具体实现的功能是
处理并通过移动通信网络为用户提供特各种测量数据的采集、
定的信息查询和告警。
本系统在运动物体姿态控制领域有着广泛的应用前景。
ARM技术是嵌入式系统方面的主流技术。
目前市场上ARM芯片速度可以达到几百兆，以此为主控芯片可以在硬件上实现高速、高精度且具有一定处理能力的数据采集处理通信系统。
本系统采用三星公司的S3C2410处理器结合WindowsCE操作系统来实现其功能。
S3C2410处理器是一款16/32-bit、低价、低功耗、高性能的系统微处理器。
在嵌入式运用领域有着
能够满足本系统良好的表现。
S3C2410带有丰富的接口资源，
的设计需求。
WindowsCE操作系统是专门设计给掌上型电脑使用的电脑环境。
它将便携式技术和现有的Windows技术相结
系统在设计中采用了CMDA模块合并提供了丰富的驱动资源。
和USB接口。
原始数据可通过USB接口取出进行进一步的事后处理。
系统处理完毕的数据通过CDMA模块连接无线网络实时的送到客户端实现特定信息查询和告警功能。
系统共有两个部分组成：
一部分是检测算法及软件实现。
它是基于WindowsCE，采用EmbeddedVisualC++语言编写的顶层应用程序。
另一部分是数据采集、系统硬件实现和底层软件编写。
本文主要介绍系统的硬件实现原理、思路以及相关的底层软件工作流程。
块、传感器模块、外部通讯模块六个部分。
基本结构如图1所示。
ARM处理器和现场可编程门阵列（FPGA共同组成监控系统
传感器模块采集的模拟信号经A/D模块量化的核心处理单元。
后存入FPGA生成的FIFO中。
ARM处理器通过FPGA产生的中断信号来读取FIFO中的数据。
数据处理完毕后ARM处理器通过FGPA控制CDMA模块建立TCP/IP连接，连接一旦建立则通过无线网络将数据传回客户端。
2.1协处理器FPGA模块
系统的协处理器采用Xilinx公司的FPGA，型号为SPAR－
该芯片共有2700个逻辑单元，10万个逻TAN-IIEXC2S100E。
辑门，片内RAM为40KB。
具体实现以下功能：
①A/D模块读写时序控制；②生成三个FIFO。
FIFO主要的功能是存储经A/D编
2。
技
术创新
2硬件设计
系统分为ARM处理器模块、协处理器FPGA模块、A/D模
胡琴:
硕士研究生ＰＬＣ技术应用２００例》
图2协处理器内部结构
：
／年-133-
ＡＲＭ开发与应用
中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００８年第２４卷第１０－２期
技术创新
FPGA芯片分四个部分来实现以上功能：
（1内部控制信号产生器
FPGA对50MHz时钟分频产生A/D控制器的采样时钟Sampleclk和ARM控制器的外部时钟Sysclk。
Sysclk经锁相环电路（PLL后产生ARM处理器工作所需的时钟信号。
（2ARM控制器
提供ARM处理器正常工作所必须的各种控制信号。
实现
数据总线和外部中断信号接入。
ARM处理器地址总线、
（3A/D控制器
控制A/D模块的数据转换。
产生A/D转换起始信号/HOLD,检测数据转换完成信号/EOC，产生FIFO写入信号，实现数据转换通道选择。
（4FIFO存储器生成三个16-bit，数据深度为511的FIFO，完成A/D转换数据的存储。
2.2ARM控制器模块
ARM处理器模块由FLASH、SDRAM与S3C2410共同构建。
ARM处理器对各模块的控制则是通过底层驱动控制协处理器FPGA产生各种控制信号来实现。
2.2.1FLASH接口电路设计
在系统中选配了三星公司的K9F1208U0A构建8位的FLASH存储器系统。
其存储容量为64MB。
FLASH用于存放程序代码，系统上电或是复位后会从此获取指令并开始执行。
ARM对FLASH的控制由以下部分组成:
系统中采用了NandFLASHOM[1:
0]:
BootROM控制模式选择。
自动启动模式。
即OM[1:
0]=00b。
D[7:
0]:
数据/命令/地址输入输出端口。
CLE:
指令控制使能。
用于选择D[7:
0]端口是命令输入输出端口状态，与FLASH的CLE引脚连接。
用于选择D[7:
0]端口是地址端口输入ALE:
地址控制使能。
状态，与FLASH的ALE引脚连接如图3
A/D转换芯片采用的是TI公司的ADS8364芯片，其具有以下性能：
①6个独立数据输出通道；②模拟信号差分输入；③6个独立16-bitADC；④采样频率最高为250MHz；⑤采样精度到最后两位且抗噪性能好。
对A/D模块的控制是通过FPGA产生相应控制信号来实现（见图4：
（1A[2:
0]:
A/D数据通道选择。
高电平为数据通道选通。
低电平数据通道关闭。
（2HOLD_A，HOLD_B，HOLD_C:
数据通道模数转换选择，通过一个低电平脉冲触发模数转换。
（3D[0:
15]:
数据通道。
图3引脚连接图
2.2.2SDRAM接口电路设计
系统选用两片单片容量为32MB，数据宽度为16位的HY57V561620CT并联构建32位的SDRAM存储器系统。
共64MB的SDRAM可以满足嵌入式操作系统和各种复杂算法的运行要求。
两片HY57V561620CT构建的SDRAM系统其中一片为高16位，另一片为低16位。
将两块芯片配置到
BANK6。
ARM对两片SDRAM的控制由以下部分实现:
（1两片HY57V561620CT的nSCS端接S3C2410的nGCS6引脚。
（2高16位片的DQ15～DQ0接S3C2410的DATA31～DA－TA16,低16位片的DQ15～DQ0接S3C2410的DATA15～DATA0。
（3两片HY57V561620CT的相应引脚与S3C2410相应的引脚连接即可。
2.3A/D模块
--年邮局订阅号图4A/D模块连接图
将以上引脚与协处理器FPGA的引脚相连。
通过FPGA内产生的采样时钟信号控制A/D模块的采样频率。
FPGA输出宽度为一个时钟周期的低电平脉冲到/HOLD_X引脚,A/D转换开始，经16.5个时钟周期后A/D转换完成。
A/D模块根据FPGA内产生的读信号和通道选择信号选择相应的FIFO存储数据。
2.4传感器模块
传感器模块可以根据所需要采集的数据来选择。
本系统主要是运用于履带式机器人震动测量，所以采用三个由使用ADXL105高精度单轴加速度传感器芯片制作的加速度测量模
测量模块分别安置于车体底部的垂直方向，水平方向分别测块。
量车体在X，测量数据以差分信号的形式Y，Z方向上的加速度。
输入到精密放大器中，经比较放大后直接送到A/D模块中。
2.5外部通讯模块
外部通讯模块由两个部分组成：
485通讯模块和CDMA模块。
485通讯接口采用的是MAXIM公司的MAX1490芯片。
这是一款完全隔离的485数据接口芯片、单工工作方式、传输波
其输出管脚直接与ARM处理器的串口特率最大可为2.5Mbps。
2（UART2相连。
ARM处理器通过串口2读取时间和坐标等相关数据的广播信息。
ARM处理器串口0（UART0与AnyDataDTGS-800CDMA模块相连。
监测数据经预处理后通过CDMA模块发送到地面服务器。
3软件设计
软件设计主要使用的是EmbeddedVisualC++语言和VHDL语言。
VHDL语言用于编写FPGA的程序。
ARM处理器的调试则使用的是C语言。
系统开始工作后ARM处理器和
经A/D转换后的数据存FPGA协处理器中的FIFO开始初始化。
入三个数据输出通道对应的FIFO中。
FIFO中的数据容量达到一定的限度即会产生中断。
ARM处理器中的主程序产生中断等待线程。
一旦中断产生则进入中断服务程序，读取数据。
数据经检测程序进行预处理后通过CDMA模块发送出去。
3.1系统的同步处理
因为A/D模块与FPGA协处理器上电即开始工作，而ARM处理器完成系统加载，端口初始化大概需要10秒左右的时间。
现场总线技术应用２００例》
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ＡＲＭ开发与应用
（上接第115页
3.4步进电机调节子程序
步进电机调节程序主要功能是根据数字PID增量控制器的输出量来调节步进电机。
可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
以此来控制烘干箱内的温度和湿度。
89C51通过扩展8255，利用8255的A口和C口来控制三路步进电机。
3.5键盘显示子程序
温度/湿此子程序主要的功能是录入各个烘干阶段的时间、
度的阀值等参数，可在烘干过程中修改各个参数及查询烘干过程中的温度、湿度和烘干时间并可实现控制功能。
在这个过程中FIFO中存储的数据已经被写满。
如果ARM处理
器在程序加载完成后直接使用这部分数据则会产生检测结果与广播信息不匹配的问题。
为防止系统因各模块工作时序混乱
在ARM完成WindowsCE系统而出现的数据检测错误的情况。
加载并进入检测主程序后产生一个清零信号清除三个FIFO中的数据。
4结束语
图5系统工作流程图
3.2中断的产生及处理
在本系统中对A/D转换数据采用实时读取的方式必然导致ARM处理器工作效率偏低。
所以在电路设计时笔者采用了中断方式。
A/D模块输出数据以循环方式分别写入三个FIFO中，一旦FIFO中可使用数据容量减少到一定限度则产生中断，ARM处理器进入中断服务程序并读取FIFO中的数据。
4结束语
系统在设计时充分考虑了电路的灵活性和通用性。
根据不同的功能要求编写相应的VHDL语言程序即可以实现电路板的功能转换。
系统所使用的WindowsCE操作系统可以任意的裁减，这对于功能的转换是很有帮助的。
本文作者创新点：
将高性能处理器与移动通信网相结合，构建出了有实时数据处理能力和远程查询和告警能服务的平台。
参考文献
[1]TexasInstruments,ADS8364EVMUser'sGuide.
[2]胥静,嵌入式系统设计与开发实例详解.北京:
北京航空航天大学出版社,2005
[3]SamsungElectronics.S3C44B0XUserManualhttp:
//www.sam－.2000
[4]刘恒洋,王森.基于ARM的视频监控系统的设计与实现.微计算机信息,2007,7-2:
21-23.作者简介:
胡琴（1982.04-，男，汉，湖北黄冈人，硕士研究生，计算机应用专业，主要研究方向为数据挖掘、人工智能；Biography:
HUQin（1982.04-,mail,Hubeiprovince,Shang-haiuniversity,master,majorincomputerscience,researchondataminingandartificialintelligence.
（20007上海上海市上海大学电子生物技术研究中心胡琴
马文丽姚文娟郑文岭梁斌
本文介绍的单片机烘干智能控制系统具有构简单、成本低、使用维护方便等特点。
该烘干智能控制系统采用单片机控制整个烘干过程，单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质
提高其干制品的量，改善劳动环境。
适用经济农副产品的烘干，
品质，具有广阔的应用前景和实用价值。
本文作者的创新点是：
将温度传感器PT100、湿度传感器SH1100、TLC2543、8279、DS12887、步进电机等和AT89C51有机的结合起来，组成物美价廉的小型烘干智能控制系统，适用于农民作坊式的经济类农副产品的烘干，提高其干制品的品质。
参考文献
[1]刘圣勇,张百良,等.采用太阳能集热器干燥玉米的研究[J].农业工程学报,2001,17（6:
93-96.
[2]黄晓因,徐丽芳.基于单片机的人工气候箱控制系统[J].云南农业大学学报,2003,18（3:
225-227.
[3]张建海.基于单片机AT89S8252与A/D1674的数据采集[J].微计算机信息,2005,21（2:
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[4]张建民,杨旭.利用单片机实现温度监测系统[J].微计算机信息,2007,23（2:
98-100.
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北京航空航天大学出版社,2000
[6]付立思,孙国凯,等.热能辅助型太阳能箱式干燥器的设计与试验.[J].农业机械学报,2005,36（8:
157-158.作者简介：
刘永福（1977-），男（汉族），河北农业大学助教，硕士，从事计算机应用研究。
Biography:
LIUYong-fu（1977-,Male,Master,AgricultureUniversityofHebeiassistant.Researchfieldisonapplicationofcomputer.
（1071001保定河北农业大学信息科学与技术学院）刘永福
王福顺张文静
技术创新
（510515广州南方医科大学分子生物学研究所马文丽郑文岭（ShanghaiUniversity,BioelectronicsResearchCenter,Shang-hai200072,China;HUQinMAWen-liYAOWen-juanZHENGWen-lingLIANGBin
（SouthMedicalUniversity,SouthGenomicsResearchCenter,Guangzhou510515,ChinaMAWen-liZHENGWen-ling通讯地址：
（200072上海市延长路149号上海大学科技楼五楼西电子生物中心胡琴
（收稿日期:
2008.08.23（修稿日期:
2008.10.05
（1071001保定河北农业大学机电工程学院李东明张曙光（CollegeofInformationScienceandTechnology,AgricultureUniversityofHebei,Baoding,071001,China）LIUYong-fuWANGFu-shunZHANGWen-jing
（CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071001,ChinaLIDong-mingZHANGShu-guang
通讯地址：
（071001河北河北农业大学信息科学与技术学院
刘永福
（收稿日期:
2008.08.23（修稿日期:
2008.10.05
ＰＬＣ技术应用２００例》
：
／年-135-
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