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日志

基于网络的高速同步24位数据采集控制系统

已有 548 次阅读2015-11-2 10:31 |系统分类:嵌入式系统| 控制系统, 数据采集, 网络

基于网络的高速同步24位数据采集控制系统

 

关键词ARM+FPGA,低功耗,高速,高精度

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,32RISC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:

 

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324位同步数据采集通道,采用3个独立的24A/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;1624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GPSPPS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1.8V3.3V,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

◎ CPUAtmel  AT91SAM9263内嵌一个基于200MIPSARM926EJ-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。

◎ 1DEBUG调试接口,可实现与PC机的通讯,2RS232串行接口

◎ 324A/D同步采样通道,输入信号为-5-+5V2K bps

◎ 1612A/D串行采样通道,输模拟电压范围0-5V/4-20mA

◎ 一个标准的CF卡接口,最大扩展32G,支持热插拔。

◎ 2USB2.0主接口。

◎ 支持128*64点阵屏。

◎ 支持GPS模块,以GPSPPS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LCDCF、串口、RTC、网络接口以及FPGACPU的读写驱动程序、驱动程序测试程序;

◎ 多种协议支持:TCP/IPUDPTelnetFTPHTTPDHCPSMTPSNMPICMPIGMPNTPARPPPPPPPoECHAP/PAPSSLNFS

◎ 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24A/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、地热等地勘探领域

◎ 观测技术领域(地震波、频谱分析)

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