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液压系统智能数据采集终端硬件设计方案
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2017-10-17
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针对液压系统的特点，设计了基于ARM的智能数据采集终端系统。该系统通过传感器对油压、流量和温度3类信号进行采集，调理后的数据经过ARM处理器S3C2440进行处理和压缩，压缩后的数据利用GTM900C无线传输模块远程传输。整个系统硬件电路分为主控电路部分、数据采集部分和无线传输部分。
液压系统具有功率大、响应快及精度高等特点，已经广泛应用于冶金和制造领域。但其故障又具有隐蔽性、多样性、不确定性及因果关系复杂等特点，故障出现后不易查找原因，而且故障发生会带来巨大的经济损失。通常，液压系统只能靠定期检查和维护来排除故障，这种方法有一定的滞后性。因此需要实时监测液压系统的状态数据并及时分析以减少故障率，确保工程机械正常、连续运行。传统单片机已广泛应用于数据采集和处理中，虽然其价格便宜、易于开发，但是在存储空间和网络传输方面往往难以满足工程上的要求。因此，笔者针对液压系统采用了基于ARM的数据智能采集终端。
采集终端通过分布在液压系统各处的传感器对油压、流量和温度3类信号进行采集，并将采集到的信号进行滤波、放大，然后模数转换，数据经过分析后进行统一的编排与压缩，最后通过通信模块进行传输，将数据传输到本地监控中心做进一步故障诊断。
1硬件总体结构
智能数据采集终端系统采用三星的ARMS3C2440为主控芯片、GTM900-C GPRS为通信模块。整个硬件系统分为3部分：主控模块、数据采集模块和通信模块，具体结构如图1所示。
终端的主控模块包括控制芯片电路、存储电路、电源电路以及串口和JTAG接口电路；数据采集模块包括传感器电路、信号调理电路以及8路A/D转换电路；通信模块包括GPRS芯片以及外围电路。其中ARM与GPRS之间的通信是通过RS-232总线完成。
2主控模块设计
2. 1 ARM芯片介绍与工作状态设置
终端系统主要采用以ARM920T为核心的三星S3C2440芯片。该芯片虽然功耗低、体积小，但是集成了丰富的片上资源。其特点主要有增强型ARM架构MMU，支持WinCE、EPOC32和LINUX；内部先进微控器总线架构；哈佛高速缓冲体系结构；10位8通道多路复用ADC，可以实现最大转换率为2. 5MHz A/D转换器时钟下的500kS /s等。主控模块的供电分为3. 3V系统外围电路供电和1. 25V核心板供电。3. 3V系统外围电路供电通过AMS1117-3. 3V稳压模块完成转换，电路如图2所示；1. 25V核心板供电则采用低压差、低噪声的MAX8860EUA稳压芯片提供，电路如图3所示。S3C2440使用12MHz有源晶振，通过片内PLL电路倍频后，最高可达到400MHz.片内的PLL电路兼有频率放大和信号提纯功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，避免了高频噪声的产生。复位电路采用MAX811S芯片，当系统电源低于系统复位阈值（2. 93V），芯片将会对系统进行复位。
液压系统具有功率大、响应快及精度高等特点，已经广泛应用于冶金和制造领域。但其故障又具有隐蔽性、多样性、不确定性及因果关系复杂等特点，故障出现后不易查找原因，而且故障发生会带来巨大的经济损失。通常，液压系统只能靠定期检查和维护来排除故障，这种方法有一定的滞后性。因此需要实时监测液压系统的状态数据并及时分析以减少故障率，确保工程机械正常、连续运行。传统单片机已广泛应用于数据采集和处理中，虽然其价格便宜、易于开发，但是在存储空间和网络传输方面往往难以满足工程上的要求。因此，笔者针对液压系统采用了基于ARM的数据智能采集终端。
采集终端通过分布在液压系统各处的传感器对油压、流量和温度3类信号进行采集，并将采集到的信号进行滤波、放大，然后模数转换，数据经过分析后进行统一的编排与压缩，最后通过通信模块进行传输，将数据传输到本地监控中心做进一步故障诊断。
1硬件总体结构
智能数据采集终端系统采用三星的ARMS3C2440为主控芯片、GTM900-C GPRS为通信模块。整个硬件系统分为3部分：主控模块、数据采集模块和通信模块，具体结构如图1所示。
终端的主控模块包括控制芯片电路、存储电路、电源电路以及串口和JTAG接口电路；数据采集模块包括传感器电路、信号调理电路以及8路A/D转换电路；通信模块包括GPRS芯片以及外围电路。其中ARM与GPRS之间的通信是通过RS-232总线完成。
2主控模块设计
2. 1 ARM芯片介绍与工作状态设置
终端系统主要采用以ARM920T为核心的三星S3C2440芯片。该芯片虽然功耗低、体积小，但是集成了丰富的片上资源。其特点主要有增强型ARM架构MMU，支持WinCE、EPOC32和LINUX；内部先进微控器总线架构；哈佛高速缓冲体系结构；10位8通道多路复用ADC，可以实现最大转换率为2. 5MHz A/D转换器时钟下的500kS /s等。主控模块的供电分为3. 3V系统外围电路供电和1. 25V核心板供电。3. 3V系统外围电路供电通过AMS1117-3. 3V稳压模块完成转换，电路如图2所示；1. 25V核心板供电则采用低压差、低噪声的MAX8860EUA稳压芯片提供，电路如图3所示。S3C2440使用12MHz有源晶振，通过片内PLL电路倍频后，最高可达到400MHz.片内的PLL电路兼有频率放大和信号提纯功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，避免了高频噪声的产生。复位电路采用MAX811S芯片，当系统电源低于系统复位阈值（2. 93V），芯片将会对系统进行复位。
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