基于网络的高速同步24位数据采集控制系统

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  1  系统设计思想

  为实现对远程、野外无人看守设备的远程监控,以32位RISC嵌入式为平台的网络化数据采集系统已经广泛应用到各个领域。我们采用ARM+FPGA架构设计、开发了低功耗(<1.5w)、高速(最快高达500K的采样率)、高精度(最高达到24位)、多通道同步或异步的数据采集系统,该系统能够将采集的数据实时保存、网络发送或监控。应用地震、气象等观测技术领域。

  系统结构示意如图所示:


图1  系统结构示意图

  基于ARM+FPGA的多通道大容量同步数据采集方案特点如下:

  ① 采用ARM+FPGA高集成度的紧凑架构设计,板载:ARM控制器、FPGA逻辑编程电路、存储电路、A/D转换电路、电源电路等,同时系统具有丰富的外围控制接口和通信接口,可以实现数据的存储、显示,支持RS232或高速以太网络的实时数据传输。

  ② 系统具备3路24位同步数据采集通道,采用3个独立的24位A/D模数转换器件,配合FPGA逻辑编程控制来实现高精度、高速同步数据采集;16路24位异步串行数据采集通道,采用单个A/D模数转换器件,通过FPGA逻辑编程控制实现多通道轮循采集;

  ③ 系统采用GPS授时技术实现同步技术方案,以GPS的PPS信号为基准来校准本地时钟。

  ④ 系统采用大规模低功耗的集成电路,工作电压为1.8V和3.3V,工作在正常条件下(GPS空闲,3路同步采集),系统功耗<1.5W。

  2  系统功能

  2.1 系统硬件功能

  ◎ CPU:Atmel  AT91SAM9263,内嵌一个基于200MIPS的ARM926EJ-Sarm 内核,
具有DSP扩展指令,JAVA硬件加速,外设资源丰富。

  ◎ FPGA:板载FPGA逻辑编程器件,实现对A/D的数据采集、控制。

  ◎ 64MB SDRAM,用于程序运行、数据空间和缓存。

  ◎ 8M Data Flash,内部存放系统启动代码;64M Nand Flash,存放用户数据。

  ◎ 板载RTC实时时钟,后备锂电池,带掉电保存功能;

  ◎ 系统复位与看门狗定时器。

  ◎ 10M/100M自适应以太网接口。

  ◎ 1个DEBUG调试接口,可实现与PC机的通讯,2个RS232串行接口。

  ◎ 3路24位A/D同步采样通道,输入信号为-5-+5V,2K bps。

  ◎ 16路12位A/D串行采样通道,输入模拟电压范围0-5V/4-20mA。

  ◎ 一个标准的CF卡接口,最大扩展32G,支持热插拔。

  ◎ 2个USB2.0主接口。

  ◎ 支持128*64点阵屏。

  ◎ 支持GPS模块,以GPS的PPS信号为基准来校准本地时钟。

  ◎ 外接DC 12V/2A电源,正常状态下功耗<1.5W。

  2.2  系统软件功能

  ◎ 移植操作系统:Linux Kernel 2.6;

  ◎ 驱动及其测试程序:开发LCD、CF、串口、RTC、网络接口以及FPGA与CPU的读写驱动程序、驱动程序测试程序;

  ◎ 多种协议支持:TCP/IP,UDP,Telnet,FTP,HTTP,DHCP,SMTP,SNMP,ICMP,IGMP,NTP,ARP,PPP,PPPoE,CHAP/PAP,SSL,NFS,…

  ◎ 远程监控:FTP网络获取系统数据,设置系统工作参数;

  ◎ 数据采集:3通道24位A/D信号同步采集,自动实现对各种环境参数的监控;

  ◎ CF卡存储:系统支持连续的数据存储,容量可扩展;

  ◎ 校时方式:GPS实时对钟。

  3  系统架构

  观测数据的可靠性取决于数据采集系统和传感器、检波器等探测终端。

  恒颐同步数据采集系统可全天候记录、存储探测传感器或检波器采集数据并进行A/D转换,保证各种参数状态实时被监测。

  系统支持基于Internet/CDMA/GPRS的网络通讯和数据传输,实现远程管理功能,包括数据连续传输、参数设置、参数查询、状态查询、数据管理、实时波形监视等。

  系统架构如图所示:


系统架构图

  4  应用场合

  ◎ 天然气、石油、煤田、地热等地质勘探领域

  ◎ 观测技术领域(地震波、频谱分析)

©2018 Microchip Corporation
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