A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) - 一體化無線數(shù)據(jù)采集儀設(shè)計(jì)方案

　　在數(shù)據(jù)采集中經(jīng)常需要把模擬信號轉(zhuǎn)換成處理器可以識別的數(shù)字信號，以便采集儀可以對信號進(jìn)行處理和傳輸，這就要用到A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換器從變換原理來看，主要有并行比較型、逐次逼近型和雙積分型等。并行比較型轉(zhuǎn)換速度快，可達(dá)數(shù)十納秒，但是價(jià)格昂貴，非必要時(shí)一般不會采用;雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間較長一般要達(dá)到40ms~50ms;逐次逼近型具有較高轉(zhuǎn)換速度，可達(dá)幾微秒，價(jià)格適中。本設(shè)計(jì)采用ADI公司生產(chǎn)的AD7689芯片來對濾波后的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。AD7689是一款采用單電源供電的8通道、16位分辨率、無失碼、電荷再分配逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。AD7689使用簡單的SPI接口實(shí)現(xiàn)配置寄存器的寫入和轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出。

　　音頻采集設(shè)計(jì)

　　嵌入式產(chǎn)品一大特點(diǎn)是CPU資源有限，為了減輕CPU在數(shù)據(jù)處理中的負(fù)擔(dān)及減少數(shù)據(jù)傳輸所需的帶寬，本設(shè)計(jì)對采集到的音頻和視頻數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了硬件壓縮編碼。音頻采集處理中采用Micronas半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造公司生產(chǎn)的MAS3587芯片。該芯片集成了前放以及A/D轉(zhuǎn)換模塊，支持模擬和數(shù)字串并行兩種方式輸入輸出，具有MPEG1/2 layer3格式編碼和MPEG1/2 layer2 and layer3格式解碼功能。芯片內(nèi)部包含耳機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，模擬輸出信號可以不經(jīng)過放大直接驅(qū)動(dòng)耳機(jī)。音頻采集電路如圖4所示，MAS3587接收到模擬信號輸入后，先通過芯片的A/D部分將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將A/D轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字信號送入芯片內(nèi)置的MP3壓縮編碼模塊完成MP3格式的編碼。圖4中，S3C6410通過I2C總線對MAS3587芯片進(jìn)行初始化，通過握手信號線與并行數(shù)據(jù)線讀出經(jīng)過MP3格式編碼后的音頻數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲及傳輸。

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　　圖3 A/D轉(zhuǎn)換電路

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　　圖4 音頻采集示意圖

　　其它模塊設(shè)計(jì)

　　視頻采集

　　在視頻采集上，因?yàn)镾3C6410處理器內(nèi)部集成了多媒體編解碼器(MFC)，支持MPEG4/H.263/H.264編解碼和VC1的解碼，能夠提供實(shí)時(shí)的視頻會議以及NTSC和PAL制式的TV輸出。另外，S3C6410集成了CameraIF接口，支持ITU RBT-601/656YCBCr 8位標(biāo)準(zhǔn)，最大輸入尺寸為4096×4096像素。本設(shè)計(jì)充分利用S3C6410的片上資源即可完成視頻的采集及硬件壓縮編碼。視頻采集直接通過S3C6410的CameraIF接口與OV9650攝像頭相連采集現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)，再通過芯片內(nèi)置的MFC模塊對采集到的視頻信號進(jìn)行H.264格式的硬件壓縮編碼。

　　WIFI通信

　　采用無線的方式與上位機(jī)進(jìn)行通信，采集數(shù)據(jù)時(shí)大大減少了環(huán)境上的限制，無線數(shù)據(jù)采集具有安裝便捷、使用靈活、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，可以隨時(shí)改變數(shù)據(jù)采集位置，上傳數(shù)據(jù)時(shí)也非常方便。為了滿足大量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性傳輸?shù)囊?，采集儀采用了802.11n協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信。802.11n協(xié)議是Wi-Fi聯(lián)盟在802.11a/b/g后面的一個(gè)無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它比802.11a/b/g具有更快的數(shù)據(jù)傳輸速度和更強(qiáng)的信號穩(wěn)定性。協(xié)議目的是為實(shí)現(xiàn)高帶寬、高質(zhì)量的WLAN服務(wù)，使無線局域網(wǎng)達(dá)到以太網(wǎng)的性能水平。在此，我們采用雷凌RALINK RT3070高速無線網(wǎng)卡，此網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)支持Windows CE、Linux等嵌入式操作系統(tǒng)，兼容IEEE802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，具有體積小、信號穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸速度快(最高可達(dá)150Mbps)等優(yōu)點(diǎn)。

　　結(jié)語

　　本文以工業(yè)現(xiàn)場傳感器及音視頻信號的一體化采集為研究內(nèi)容，把數(shù)據(jù)量巨大的音頻及視頻信號分別進(jìn)行了硬件壓縮編碼，節(jié)省了CPU數(shù)據(jù)處理過程中的資源占用及數(shù)據(jù)傳輸帶寬。利用S3C6410處理器集成度高、數(shù)據(jù)處理速度快的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了集多種物理量采集、處理、傳輸為一體的數(shù)據(jù)采集儀硬件平臺。該采集儀具有體積小、集成度高、信號穩(wěn)定、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，可用于井下、電站、工廠等場所的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控，具有廣闊的應(yīng)用前景。