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(多图) 基于ARM核微处理器的便携式管道泄漏检测

中国电子科技集团第38研究所 张宏财 安徽工商职业学院 张春芳?? 2008年12月22日 ?? 收藏0

  ARM检测仪的构成

  本文所研制的检漏仪是基于ARM核嵌入式微处理器的新一代嵌入式系统。ARM微处理器功耗低、成本低、性能强;支持ARM/THUMB双指令集;配有丰富的标准软件开发工具和调试环境。而且ARM核也以其高性能、小体积、低功耗、紧凑代码密度和多供应源的出色结合而著名,是目前公认的最领先的32位嵌入式RISC微处理器核。系统结构如图2所示。

ARM嵌入式系统框图

  图2 ARM嵌入式系统框图

  系统设计分析如下:

  ①数据采集由一片CPLD(复杂可编程逻辑器件)来产生控制时序,控制逻辑主要包括:多路选择地址C0~C2、采样保持S/H、启动A/D、双端口写入允许WR、写入地址以及一帧数据满后的中断请求IRQ等信号,主要时序关系如图3所示。

数据采集时序图

  图3 数据采集时序图

  ②采用Philips公司的LPC2214的微处理器,用它来对采集到的数据进行处理、显示操作。LPC2214是基于ARM7 TDMI核的RISC微处理器,ARM7TDMI为低功耗、高性能的16/32位核,最适合对价格及功耗敏感的场合。LPC2214在ARM7TDMI核的基础上扩展了一系列通用外围器件:112个通用I/O口,4个串行口,2个32位定时器,9个外部中断,通过片内PLL可实现高达60MHz的操作频率。

  ③采集电路与ARMCPU用8KB双端口RAM和中断方式交换采集数据,RAM内可设两个缓冲区交替工作,双端口RAM可直接与ARM嵌入式系统的扩展总线连接。

  ④设计中选择TI公司的TLC5540高速模数转换芯片,其具有8位分辨率,内置采样和保持电路,该芯片采用一种改进的半闪结构、CMOS工艺制造,因而大大减少了器件中比较器的数量,而且在高速转换的同时,能够保持低功耗,转换速率可达40MB/s。

  ⑤由于要移植嵌入式操作系统,所以要扩展2M的Flash(SST39VF160)和8M的RAM(IS61LV25616AL),嵌入式操作系统、应用程序的代码和文件系统均存储在Flash中。

  ⑥采用普通I/O口来扩展外部键盘,形成4×4的矩阵键盘。分别对应“0,1,2,3,4,5,6,7,8,9”、“.”、左移、右移、前翻页、后翻页和确认键。实现对各测控模块组态信息的设置以及显示画面的切换。

  ⑦选用控制器为SED1335的单色STN图形液晶,其点阵为320×240,考虑到LCD控制器的工作电压为5V,而主CPU的工作电压为3.3V,因此采用74HCT164245对数据总线进行电平转换。

  软件设计

  1 操作系统选择

  支持32位ARM CPU的嵌入式操作系统有很多,现在市场上几个著名的商业嵌入式操作系统主要有Vxwork、QNX、Windows CE等。Linux则以其免费的、源代码公开的特殊魅力,在嵌入式系统中得到广泛的应用,嵌入式Linux具有以下特点:

  ①Linux开放的源码,丰富的软件资源。

  ②功能强大的内核,性能高效、稳定,多任务易于裁减。

  ③完善的网络通信、图形、文件管理机制。

  ④支持大量的周边硬件设备。

  ⑤良好的开发环境,不断发展的开发工具集。

  ⑥价格低廉有效降低产品成本。

  μClinux是一套非常优秀的嵌入式自由软件,是Linux 2.0/Linux 2.4版本的一个分支,它被设计用来应用微处理器领域。由于μClinux操作系统是源代码公开的,其硬件相关部分可以通过定义一些函数移植到不同的硬件平台,具有Linux的宿主机开发环境,有GNU的交叉编译器的支持,有操作系统的源代码,因此开发基于嵌入式系统的应用程序将非常方便。

  2 软件功能设计

  软件主要包括系统软件和应用软件两部分,如图4所示。

系统软件结构及组成图

  图4 系统软件结构及组成图

  ARM Bootloader完成ARM的初始化、存储器的设置以及嵌入式??????? μcLinux的加载,最后控制权交给?? μcLinux操作系统,此后系统在μcLinux的管理下运行应用程序;应用程序包括中断处理、数值计算、键盘处理、泄漏点位置及参数显示,显示软件完成320×240点阵LCD模块的驱动、汉字及图表曲线的显示等功能。由于μcLinux是多任务系统,上面几个处理任务可以设计成独立进程,程序设计变得简单。

  结束语

  该仪表设计主要采用了ARM微处理器、μcLinux操作系统以及数值信号处理方法,在嵌入式系统中实现了高精度的信号采集和快速的数值分析算法。该便携式泄漏检测定位仪在实际应用中取得了良好效果,可以用于煤气、城市自来水、天然气等管道的泄漏检测定位。


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ARM? 放大器?

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