液壓系統(tǒng)智能數(shù)據(jù)采集終端硬件設(shè)計方案

針對液壓系統(tǒng)的特點，設(shè)計了基于ARM的智能數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過傳感器對油壓、流量和溫度3類信號進(jìn)行采集，調(diào)理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過ARM處理器S3C2440進(jìn)行處理和壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)利用GTM900C無線傳輸模塊遠(yuǎn)程傳輸。整個系統(tǒng)硬件電路分為主控電路部分、數(shù)據(jù)采集部分和無線傳輸部分。
　　液壓系統(tǒng)具有功率大、響應(yīng)快及精度高等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金和制造領(lǐng)域。但其故障又具有隱蔽性、多樣性、不確定性及因果關(guān)系復(fù)雜等特點，故障出現(xiàn)后不易查找原因，而且故障發(fā)生會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通常，液壓系統(tǒng)只能靠定期檢查和維護(hù)來排除故障，這種方法有一定的滯后性。因此需要實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)并及時分析以減少故障率，確保工程機械正常、連續(xù)運行。傳統(tǒng)單片機已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和處理中，雖然其價格便宜、易于開發(fā)，但是在存儲空間和網(wǎng)絡(luò)傳輸方面往往難以滿足工程上的要求。因此，筆者針對液壓系統(tǒng)采用了基于ARM的數(shù)據(jù)智能采集終端。
　　采集終端通過分布在液壓系統(tǒng)各處的傳感器對油壓、流量和溫度3類信號進(jìn)行采集，并將采集到的信號進(jìn)行濾波、放大，然后模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析后進(jìn)行統(tǒng)一的編排與壓縮，最后通過通信模塊進(jìn)行傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜乇O(jiān)控中心做進(jìn)一步故障診斷。
　　1硬件總體結(jié)構(gòu)
　　智能數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)采用三星的ARMS3C2440為主控芯片、GTM900-C GPRS為通信模塊。整個硬件系統(tǒng)分為3部分：主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和通信模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　終端的主控模塊包括控制芯片電路、存儲電路、電源電路以及串口和JTAG接口電路；數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器電路、信號調(diào)理電路以及8路A/D轉(zhuǎn)換電路；通信模塊包括GPRS芯片以及外圍電路。其中ARM與GPRS之間的通信是通過RS-232總線完成。
　　
　　2主控模塊設(shè)計
　　2. 1 ARM芯片介紹與工作狀態(tài)設(shè)置
　　終端系統(tǒng)主要采用以ARM920T為核心的三星S3C2440芯片。該芯片雖然功耗低、體積小，但是集成了豐富的片上資源。其特點主要有增強型ARM架構(gòu)MMU，支持WinCE、EPOC32和LINUX；內(nèi)部先進(jìn)微控器總線架構(gòu)；哈佛高速緩沖體系結(jié)構(gòu)；10位8通道多路復(fù)用ADC，可以實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)換率為2. 5MHz A/D轉(zhuǎn)換器時鐘下的500kS /s等。主控模塊的供電分為3. 3V系統(tǒng)外圍電路供電和1. 25V核心板供電。3. 3V系統(tǒng)外圍電路供電通過AMS1117-3. 3V穩(wěn)壓模塊完成轉(zhuǎn)換，電路如圖2所示；1. 25V核心板供電則采用低壓差、低噪聲的MAX8860EUA穩(wěn)壓芯片提供，電路如圖3所示。S3C2440使用12MHz有源晶振，通過片內(nèi)PLL電路倍頻后，最高可達(dá)到400MHz.片內(nèi)的PLL電路兼有頻率放大和信號提純功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率，避免了高頻噪聲的產(chǎn)生。復(fù)位電路采用MAX811S芯片，當(dāng)系統(tǒng)電源低于系統(tǒng)復(fù)位閾值（2. 93V），芯片將會對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。