劉曉　薛立勤

摘要：介紹了一種基于ARM的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的設計方法以及實現(xiàn)原理，以低功耗微處理器S3C6410為核心，并搭建嵌入式Linux系統(tǒng)平臺來實現(xiàn)，其中模塊主要包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，網(wǎng)絡通訊模塊，串口通訊模塊，通訊協(xié)議模塊，模擬量讀取模塊等。系統(tǒng)傳輸協(xié)議使用MODBUS協(xié)議。通過實驗驗證，該設計實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)實時監(jiān)控等功能。

關鍵詞：S3C6410；MODBUS；數(shù)據(jù)分析；遠程傳輸

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）08-0007-02

1 引言

隨著科學技術的不斷向前發(fā)展，我們的數(shù)字技術也隨著飛速突破一個又一個的技術難題，數(shù)字技術也發(fā)展迅速。而相應在數(shù)據(jù)采集觀測領域，數(shù)字化儀器也逐步成為主流產(chǎn)品，而數(shù)據(jù)采集技術以及數(shù)據(jù)存儲和分析也成為其領域的重要的技術環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展，對于數(shù)據(jù)采集的要求也是越來越高，而我們的數(shù)據(jù)采集技術也是發(fā)展的突飛猛進?；贏RM的s3c6410處理器的數(shù)據(jù)分析采集系統(tǒng)，具有體積小、功耗低、硬件調(diào)試方便、易維護等適合在使用場地操作的優(yōu)點，而且相對于操作系統(tǒng)的移植，32位機在這方面也比較方便，這樣的話便于系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)和升級。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 微處理器部分

S3C6410是一款低功率、高性價比、高性能的用于移動電話和通用處理RSIC處理器。采用64/32bit的內(nèi)部總線架構，融合了AHB、AXI、APB總線。為了滿足高端通訊服務所要求的高帶寬外部存儲器，為滿足要求，連接高速mobile DDR使用的是專用DRAM端口。還有很多非常強大的硬件加速器，包括2D加速、運動視頻處理、顯示處理和縮放、音頻處理。

S3C6410包括許多硬件外設，目的是為減少系統(tǒng)總成本和提高整體能，比如說Camera接口，I2C總線，USB Host，高速USB OTG，TFT 24bit真彩色LCD控制器，系統(tǒng)管理單元（電源始終等），4通道定時器，通用I/O口，I2S總線， SD Host和高速MMC卡接口以及內(nèi)部的PLL時鐘發(fā)生器，4通道的UART，32通道的DMA。

2.2網(wǎng)絡接口模塊電路

ARM處理器S3C6410與網(wǎng)絡接口芯片DM9000A之間的硬件接口設計，成功的在嵌入式Linux操作系統(tǒng)中實現(xiàn)網(wǎng)絡驅(qū)動的開發(fā)。在高速以太網(wǎng)接口芯片中DM9000A就是一款，單芯片快速以太網(wǎng)MAC控制器是符合成本效益并且是完全集成的，它的設計方向為低功耗、高處理性能，而且設計理念為操作又非常簡單，可以直接連接多種處理器，具有通用的處理器接口，數(shù)據(jù)總線寬度可設置為8 b和16 b，支持3.3 V和5 V電源模式。連接嵌入式CPU的接口可以很便捷的實施，可以實現(xiàn)擴展以太網(wǎng)口的功能。

電路圖設計如下：

采集的數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡或有線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保監(jiān)控平臺，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸和設備反控，系統(tǒng)內(nèi)置了ModbusSlave協(xié)議，支持現(xiàn)場監(jiān)控平臺與數(shù)采儀進行Modbus通訊。

2.3 485通信模塊電路

通常情況，RS-485使用的是差分信號，而差分傳輸通常是使用兩根線發(fā)送和接收信號（一共四條線），使得其擁有更遠的傳輸距離和更好的抗噪聲的能力。RS-485接口組成的半雙工網(wǎng)絡，一般是兩線制，多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓撲結(jié)構在同一總線上最多可以掛接32個結(jié)點。由于RS-485 的收與發(fā)是共用兩根線，所以不能夠同時收和發(fā)（半雙工），傳輸距離更長。在RS-485通信網(wǎng)絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。

電路圖設計如下：

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)主流程圖如圖3所示，系統(tǒng)開始進行初始化，初始化完成后，該系統(tǒng)接收傳感器和儀器儀表測的的數(shù)據(jù)，對接收到采集數(shù)據(jù)信進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理包括：對數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)有效性分析，確定數(shù)據(jù)是否為有效數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)存儲模塊對數(shù)據(jù)進行保存，防止數(shù)據(jù)意外丟失，對做出分析的數(shù)據(jù)通過通訊模塊對數(shù)據(jù)進行上傳到平臺。

數(shù)據(jù)分析部分流程如圖4所示，采集到的數(shù)據(jù)為模擬量，我們對采集到的數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換，使其成為可以被處理器識別的數(shù)字信號，然后依據(jù)其噪聲原理對數(shù)據(jù)進行去噪處理，根據(jù)系統(tǒng)設定判斷數(shù)據(jù)是否為有效數(shù)據(jù)，并決定該數(shù)據(jù)是否能夠進行傳輸。

4 結(jié)束語

本設計中，關鍵是針對ARM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行研究和設計。該系統(tǒng)核心處理器是s3c6410處理器，系統(tǒng)結(jié)構分為前端數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)遠程傳輸兩個部分，是采集和傳輸為一體的一款高性能數(shù)據(jù)采集傳輸設備，大幅度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使其應用前景十分廣泛。

設計系統(tǒng)相對比較簡單，s3c6410的很多功能沒有表現(xiàn)出來，在此前提上我們還可以為其加上其他的擴展功能。比如說，我們可以增加一個Led顯示屏，這樣可以使傳感器和使用的儀器儀表測的數(shù)據(jù)能通過在液晶屏上顯示，而且也能通過PC機顯示。使用傳感器和儀器儀表采集數(shù)據(jù)可以改為多通道循環(huán)采集，并且采集到的數(shù)據(jù)的傳輸不僅可以依靠串口，同時還可以使用USB進行數(shù)據(jù)的傳輸。

參考文獻：

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