基于ARM的嵌入式监测系统设计.docx

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1、基于ARM的嵌入式监测系统设计yangliu导语：设计了一种利用ARM微处理器进展设备状态监测的方案，并对方案的设计实现方法作了详细的阐述，利用图形界面开发环境Qt/Embedded2.3.7编写了图形控制界面，并通过网络进展实时数据传输。摘要：设计了一种利用ARM微处理器进展设备状态监测的方案，并对方案的设计实现方法作了详细的阐述，利用图形界面开发环境Qt/Embedded2.3.7编写了图形控制界面，并通过网络进展实时数据传输。关键词：ARM，状态监测，图形界面，数据传输中图分类号：TP216文献标识码：BTheDesignofembeddedmonitoringsystemBasedon

2、ARMLIUSheng-yuZHANGZhi-xin(TheResearchInstituteofVibrationEngineeringDalianUniversityofTechnologyDalianLiaoning116024)Abstract：AprojectofstatemonitoringbasedontheARMmicroprocessorispresented.Thedesignoftheprojectandtherealizationoftheprojectisdetailed.HascompiledthegraphcontrolinterfaceusingGUIenvir

3、onmentQt/Embedded2.3.7Carriesontherealtimedatatransmissionthroughinternet.Keywords：ARM,statemonitoring,GUI,datatransmissionARM具备体积小、接口丰富、高度集成性和扩展性强等优点，加之随着Linux在效劳器领域和桌面系统获得的成功，Linux以其良好的移植性能、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持、具有软件代码小、高度自动化、响应速度快、十分合适于要务实时和多任务的体系等特点1在嵌入式系统中获得了越来越广泛的应用。这使得基于ARM的嵌入式监测系统具有本钱低、功耗低、实时

4、性能好及智能程度高等优点，在工业监测与控制领域具有较为广阔的应用前景2。本文设计了基于ARM的嵌入式监测系统。1系统总体设计一个嵌入式监测系统，其根本目的控制硬件设备收集信号，并对信号进展一定的分析，其经过是获取设备的运行状态的模拟量信号，并且可以将这些模拟量转化为数字量输出。在此根底上，设计了基于ARM嵌入式监测系统。ARM微处理器的上选择基于ARM920T内核的S3C2410A芯片。图1系统构造框图整个系统监测方案如图1所示，整个收集经过是由ARM微处理器控制的，ARM监测系统主要由以下三局部组成：1信号收集：传感器收集反映设备运行状态的现场信号。被收集的模拟信号通过传感器拾取，再经过滤波

5、、放大信号调理，然后模拟信号那么经过A/D(模/数)转换器转换成计算机可识别数字量，通过ARM微处理器控制放大器的增益和滤波器的截止频率。2人机界面：采用图形界面控制数据收集，并在界面上进展数据分析，将数据处理结果在显示屏上以良好直观的界面动态显示，便于现场工作人员判断故障。3数据传输：数据传输是将数据上传至上位机计算机，以进展进一步的分析处理。2系统硬件构造振动传感器传来的振动信号在进入后端处理系统之前也需要对信号进展一定的调理，以知足后端信号处理的要求，为了简化设计，节省设计时间，信号的前端信号调理模块使用设计好的模块，包括恒流源、传感检测、信号放大、低通滤波，程控放大器放大倍数的设定通过

6、S3C2410A设定。图2显示了系统硬件框图。图2系统硬件框图2.1程控抗混叠低通滤波器设计传感器收集的的模拟信号中往往混有一些其它信号如噪声信号，因此在A/D转换之前对信号进展滤波是很有必要的，同时选择适宜的滤波器还可以起到抗混叠的功能。本系统设计采用MAX263低通滤波器，MAX263是有源开关电容滤波器，其中心频率，Q值和工作形式可通过引脚编程设置，其硬件连接电路如图3.图3低通滤波电路选择滤波器工作形式1，将M0，M1设置低电平，Q值设置为1，查表得NQ=64，那么Q6Q0引脚值为100000。MAX263的引脚与S3C2410芯片直接相连以实现程控滤波器，F0F4分别连接GPB5GP

7、B9。在ARM上即可控制对应引脚实现对MAX263截止频率的设定。2.2A/D转换电路A/D转换器作用是把一个模拟信号转换为数字信号。风电机组的状态信号是一个连续的值。利用传感器可以检测到一个连续的电压值，但在ARM和计算机上不可以直接处理模拟信号数据。A/D转换器就是把传感器检测到的电压模拟信号转换为系统可识别的数字信号的器件。根据系统的条件及精度的要求下，采用12位的A/D转换器已经可以知足本系统的要求。在经过A/D的转换后。就把连续的模拟信号转变成了不连续的离散的数值，以便于数据分析。A/D转换芯片采用TI公司的TLC2543。TLC2543是12位开关电容逐次逼近模数转换器，其电路连接

8、如图4。图4TLC2543与S3C2410的连接图数据收集时，首先向AD转换器发送要收集的通道号，AD转换器读取对应通道的数据，并将数据传递给S3C2410A，实现数据的收集，其流程如图5。图5A/D收集流程图嵌入式监测系统的ARM端应用程序软件的核心是人机交互用户图形界面，它是用户和系统交互的窗口。本文将Qt/Embedded应用于以ARM+Linux为平台的嵌入式监测系统人机界面的开发。构建Qt/Embedded穿插编译环境需要构建3个QT开发环境3。其中一个QT/X11是环境;一个是QT/Embedded(x86)环境；最后一个才是QT/Embedded(ARM)穿插编译环境,在QT/E

9、mbedded(x86)环境下调试通过的程序需要在此环境下重新编译后才能移植到目的机上运行。QtDesigner是Qt/Embedded下的集成开发工具，它支持信号和槽机制，使部件间可以进展有效的通信，省略了许多重复性的工作，可以大大缩减程序的开发周期4。在命令行下，根据设计器保存的界面文件(.ui文件)使用uic命令生成.h头文件和.cpp源文件。uic-omainfile.hmainfile.uiuicomainfile.cppimplmainfile.hmainfile.ui根据实际需要修改头文件和源文件，使其实现详细功能，各种初始数值和配置都在相应类的构造函数中初始化，如实现界面类之间

10、的调用关系等。下列图6为使用QtDesigner设计的风电机组监测系统主界面图。图6监测系统主界面4数据传输ARM与上位机的数据的实时传输采用基于TCP/IP的socket网络传输5。本文设计的通讯系统的软件在构造上采用客户端/效劳器形式，它具有编程简单、容易控制、使用方便灵敏等特点。效劳器端与客户端程序设计流程如图7图7Socket网络传输数据流程图1翻开Socket描绘符、建立绑定sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/建立Socketbind(sockfd,(structsockaddr*)my_addr,sizeof(structsockaddr);

11、/绑定端口2建立连接connect(sockfd,(structsockaddr*)remote_addr,sizeof(structsockaddr);/提议连接在效劳器程序中,当Socket与某一端口绑定以后,就需要监听该端口listen(sockfd,8);/监听连接当客户恳求与效劳器监听的端口连接时,该连接恳求等待效劳器接收它。随后效劳器程序调用accept()函数为该恳求建立一个连接。3数据的发送和接收send(sockfd,buff,1024,0);/向效劳器发送数据recv(client_fd,buff,1024,0);/接收效劳器发送的数据4关闭Socket完毕语本文介绍了一种

12、采用ARM的设计实现适用于振动信号收集及分析的设备监测系统，使用S3C2410作为主控芯片，设计了低通滤波电路和A/D电路，并采用人机控制界面，采用Socket网络编程实时将收集信号传输到计算机，传输数据不易丧失，不失真，起到了良好的设备状态监测作用。参考文献：1赵玉章,郭文强,韩莉英.小型嵌入式监测系统的研制J.计算机工程与应用2007,43(4)：109-1122李赟,贺富强.基于ARM微处理器的设备状态监测方案J.机械与电子,2006(3):51-533倪继利编著.Qt及Linux操作系统窗口设计M.北京:电子工业出版社.2006:212-2144孙天泽,袁文菊编著.嵌入式设计及Linux驱动开发指南基于ARM9处理器M.第二版.北京:电子工业出版社.2005:368-3735张思民编著.嵌入式系统设计与应用M.北京:清华大学出版社.2020:128-133作者简介：刘胜玉(1983-)男硕士研究生研究方向为嵌入式系统，故障诊断。Email:liushy1984qq张志新(1967-)男讲师硕士生导师主要研究方向为嵌入式系统设计，故障诊断，信号处理作者联络方式：刘胜玉Email:liushy1984qq15940904974大连理工大学机械学院振开工程研究所0