專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多接口的環(huán)境數(shù)據(jù)采集儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種多接口的環(huán)境數(shù)據(jù)儀器。發(fā)明了硬件基于ARM芯片，軟件基于 WINCE系統(tǒng)，同時(shí)控制多個(gè)接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)多接口連接多種傳感器，控制多 接口接收信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集運(yùn)算和處理，達(dá)到環(huán)境監(jiān)測(cè)的效果。
背景技術(shù)：
安全生產(chǎn)監(jiān)控主要是對(duì)安全生產(chǎn)范圍內(nèi)的工作環(huán)境和各種機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的 監(jiān)測(cè)和控制。因?yàn)楦呶?chǎng)所需要監(jiān)控的項(xiàng)目多，單一危險(xiǎn)源的情況幾乎不存在，例如煤礦領(lǐng) 域涉及到的安全隱患除爆炸，坍塌外還有有害氣體，礦井溫度等因素，因此對(duì)整體環(huán)境進(jìn)行 全方位監(jiān)測(cè)越來(lái)越成為監(jiān)測(cè)行為有效進(jìn)行的重點(diǎn)。目前絕大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)都采用有線方式傳輸信號(hào)，即采用光纜、電力線 纜和信號(hào)線纜等。但是這些傳統(tǒng)的有線布設(shè)方式在復(fù)雜的高危環(huán)境下布線繁瑣，安裝維護(hù) 成本大。如地下礦井等較為惡劣環(huán)境中存在著大量難以布線的區(qū)域。并且有線網(wǎng)絡(luò)的自我 修復(fù)性能較差，局部線路遭到破壞很可能造成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓，特別線纜往往會(huì)在重 大安全事故中受到致命的破壞，不能為搜救工作及事態(tài)檢測(cè)提供信息?，F(xiàn)代化的安全的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)除了在惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的監(jiān)控之外，還應(yīng)包 括對(duì)設(shè)備、危險(xiǎn)品和人員的監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率和安全性。以上這些條件在惡劣環(huán)境下現(xiàn)有的有線監(jiān)控系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)。因此，使用無(wú)線通信 技術(shù)，建立同時(shí)承載多種傳感器可處理多種條件下環(huán)境監(jiān)測(cè)的一體化數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)已 經(jīng)成為工業(yè)安全生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理的迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，對(duì)設(shè)備及危險(xiǎn)品在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。 通過(guò)多接口連接各種傳感器實(shí)時(shí)采集需要環(huán)境參數(shù)的場(chǎng)所(如礦井等)的環(huán)境信息，把無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到煤礦、石化等高危行業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)中，由基于ARM硬件的嵌入式系 統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理，通過(guò)自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將信息傳輸?shù)骄獾慕K端監(jiān)控，能 夠彌補(bǔ)有線設(shè)備的缺陷，具有價(jià)廉、便攜、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)核心電路，使得該電路板上的中央處理器與多種接口連 接，從而實(shí)現(xiàn)各種傳感器模塊都可以與電路板連接，之后，中央處理器可以無(wú)障礙的對(duì)其信 息進(jìn)行讀取，免去重新搭建電路或者更換設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)主要由傳感器、運(yùn)算放大器、多路開(kāi)關(guān)、采樣/保持器、AD轉(zhuǎn)換器、按鍵、 存儲(chǔ)、時(shí)鐘、電源、液晶顯示、USB、無(wú)線收發(fā)、I/O擴(kuò)展、ARM處理器，外接WIFI等部分組成。 其中采樣/保持器、AD轉(zhuǎn)換器及中央處理是使用一個(gè)芯片三星S3C6410來(lái)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)主 要完成的功能有對(duì)微弱信號(hào)的放大、濾波、隔離、對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理使之轉(zhuǎn)換成AD轉(zhuǎn)換器所 要求的信號(hào)范圍、多路選擇、信號(hào)采樣/保持、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)收發(fā)等。無(wú)線通信部 分主要有無(wú)線傳輸模塊和上位機(jī)組成，主要完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。計(jì)算機(jī)主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析和處理，進(jìn)而發(fā)送數(shù)據(jù)采集的參數(shù)和控制命令。系統(tǒng)集成了 MAS3587音頻編解碼芯片，S3C6410，供電模塊和WIFI通信。RS485接口 通過(guò)MAX485芯片與S3C6410通信，電路入圖示，MAX485芯片在第1和第4腳分別與S3C6410 的D19和A21引腳連接收發(fā)數(shù)據(jù)，MAX485的第2、3 引腳相連后接到S3C6410的T25腳控制 數(shù)據(jù)的收發(fā)。


圖1示出了檢測(cè)儀器的硬件結(jié)構(gòu)圖；圖2示出了 6410芯片的工作原理圖；圖3示出了各接口在核心板上的分布圖；圖4示出了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程5示出了音頻解碼芯片的連接方式圖6示出了 RS485接口的連接方式
具體實(shí)施例方式通過(guò)多接口設(shè)計(jì)將模擬、數(shù)字傳感器信號(hào)和音頻和視頻信號(hào)的采集、處理、傳輸集 為一體，并可將采集到的傳感器信號(hào)存儲(chǔ)在NAND Flash或SD卡中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保存，通過(guò)以 太網(wǎng)和最新的802. Iln高速無(wú)線WIFI協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信。模擬信號(hào)采集是通過(guò)100 歐和150歐串聯(lián)的匹配電阻進(jìn)行分壓然后接入S3C6410的ADCIN引腳；通過(guò)RS485、CAN、 RS232、I2C、SPI等多種接口采集數(shù)字信號(hào)。通過(guò)攝像頭采集視頻信號(hào)并通過(guò)CPU內(nèi)置的 MFC硬件編解碼器進(jìn)行H. 264編碼，通過(guò)Micronas半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造公司生產(chǎn)的MAS3587 芯片采集音頻信號(hào)并進(jìn)行MP3格式的硬件編碼。并配備顯示屏。同時(shí)該儀器設(shè)計(jì)了 UPS電路并在安裝完成后可以接入內(nèi)置充電電池，保證在發(fā)生 突發(fā)事故外部供電電源斷電時(shí)采集器仍可以不掉電工作，為監(jiān)控和搜救人員提供寶貴的現(xiàn) 場(chǎng)信息。
權(quán)利要求
1.一種多接口的環(huán)境數(shù)據(jù)采集儀器的特征包括采用三星公司型號(hào)為S3C6410的ARM 芯片作為中央處理器，內(nèi)置WINCE系統(tǒng)，核心包括自行設(shè)計(jì)的多接口 4層電路；多接口是指 包含如下接口 數(shù)據(jù)采集接口 1包含如下接口 紅外傳感器接口，CAN接口，I2C接口、SPI接 口，模擬信號(hào)輸入接口(接線端子)；視頻輸入接口 2 :TV接口 ；音頻輸入接口 3 :MIC接口 ； 設(shè)備控制輸出接口 4 :RS232 ；外部通信接口 5 :RS485，網(wǎng)口，WIFI通信接口 ；供電接口 6 :UPS 充電電源接口以及電源；存儲(chǔ)設(shè)備接口 7 :SD卡卡槽，NANDFLASH卡槽，USB接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述，數(shù)據(jù)采集接口1以以下方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集S3C6410的G14與 A20腳分別為I2C數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)引腳，信號(hào)線接入IOK上拉電阻后連接接線端子，采 集數(shù)字信號(hào)；S3C6410的C20、H14、A19、B20分別為SPI的片選、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入、出引腳，通 過(guò)IOK上拉電阻后連接接線端子，采集數(shù)字信號(hào)；模擬信號(hào)輸入接口實(shí)際由部分接線端子 組成，由接線端子處接受由大至小的連續(xù)電流信號(hào)，經(jīng)整流濾波后變成電信號(hào)由ARM處理 器處理得出數(shù)據(jù)，通過(guò)接線端子進(jìn)行外部輸入的8路模擬信號(hào)分別通過(guò)100歐姆與150歐 姆精密電阻分壓后送入S3C6410的8路模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述，音頻輸入接口3以MAS3587音頻編解碼芯片實(shí)現(xiàn)音頻采 集MAS3587的I2C時(shí)鐘信號(hào)(24引腳)及數(shù)據(jù)信號(hào)(25引腳)引腳分別接S3C6410 的 XI2CSCL(A20 弓丨腳)及 XI2CSDA(G14 弓丨腳)，MAS3587 的 26、28、29、30、31、32、33、49、 50 腳連接 S3C6410 的 C4、Tl、UU L4、J2、V3、T3、A18、G13 腳相連，MAS3587 并行數(shù)據(jù)線 (41-34腳)通過(guò)74FCT16245(U8)雙向收發(fā)器的第1B1-1B8腳與S3C6410的并行數(shù)據(jù)線 XM0DATA0-XM0DATA7 相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述，外部通信接口5中的WIFI通信接口采用雷凌RALINK RT3070L 芯片實(shí)現(xiàn)，芯片的36、37引腳分別連接S3C6410的P22、N22引腳完成數(shù)據(jù)通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源接口以以下方式實(shí)現(xiàn)采集器外接12V電源輸入，內(nèi)置 BQ2057T芯片組成的電池充電電路，兩者構(gòu)成UPS電源來(lái)保證突發(fā)掉電的情況下采集器可 正常工作；另外采集器內(nèi)置AP3012電壓轉(zhuǎn)換芯片，可把外部電源輸入的12V電壓轉(zhuǎn)換為 24V電壓來(lái)為變送器供電。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多接口的環(huán)境數(shù)據(jù)采集儀器。包括三星S3C6410芯片作為中央處理器，核心板為4層電路承載多種接口。接口包括RS232和RS485，I2C，SPI，網(wǎng)口，TV接口，MIC接口，USB接口，WIFI通信接口，紅外傳感器接口，接線端子。通過(guò)多接口設(shè)計(jì)將模擬、數(shù)字傳感器信號(hào)和音頻和視頻信號(hào)的采集、處理、傳輸集為一體，并可將采集到的傳感器信號(hào)存儲(chǔ)在NAND Flash或SD卡中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保存，通過(guò)以太網(wǎng)和最新的802.11n高速無(wú)線WIFI協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信。
文檔編號(hào)G08C17/02GK102147966SQ20111006582
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者付德坤, 廖珂, 李波, 耿青凱 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)