CN102147966A

CN102147966A - 一种多接口的环境数据采集仪器

Info

Publication number: CN102147966A
Application number: CN 201110065821
Authority: CN
Inventors: 李波; 付德坤; 耿青凯; 廖珂
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明公开了一种多接口的环境数据采集仪器。包括三星S3C6410芯片作为中央处理器，核心板为4层电路承载多种接口。接口包括RS232和RS485，I2C，SPI，网口，TV接口，MIC接口，USB接口，WIFI通信接口，红外传感器接口，接线端子。通过多接口设计将模拟、数字传感器信号和音频和视频信号的采集、处理、传输集为一体，并可将采集到的传感器信号存储在NAND Flash或SD卡中进行长时间保存，通过以太网和最新的802.11n高速无线WIFI协议与上位机进行通信。

Description

一种多接口的环境数据采集仪器

技术领域

本发明设计了一种多接口的环境数据仪器。发明了硬件基于ARM芯片，软件基于WINCE系统，同时控制多个接口的数据采集系统，实现通过多接口连接多种传感器，控制多接口接收信号进行数据采集运算和处理，达到环境监测的效果。

背景技术

安全生产监控主要是对安全生产范围内的工作环境和各种机电设备运行状态的监测和控制。因为高危场所需要监控的项目多，单一危险源的情况几乎不存在，例如煤矿领域涉及到的安全隐患除爆炸，坍塌外还有有害气体，矿井温度等因素，因此对整体环境进行全方位监测越来越成为监测行为有效进行的重点。

目前绝大多数生产环境监控系统都采用有线方式传输信号，即采用光缆、电力线缆和信号线缆等。但是这些传统的有线布设方式在复杂的高危环境下布线繁琐，安装维护成本大。如地下矿井等较为恶劣环境中存在着大量难以布线的区域。并且有线网络的自我修复性能较差，局部线路遭到破坏很可能造成整个监控系统的瘫痪，特别线缆往往会在重大安全事故中受到致命的破坏，不能为搜救工作及事态检测提供信息。

现代化的安全的生产监控系统除了在恶劣环境下实现对环境的监控之外，还应包括对设备、危险品和人员的监控，提高生产效率和安全性。

以上这些条件在恶劣环境下现有的有线监控系统难以实现。因此，使用无线通信技术，建立同时承载多种传感器可处理多种条件下环境监测的一体化数据采集监控系统已经成为工业安全生产和现代化管理的迫切需求。

发明内容

本发明根据无线监控系统的实际需求，对设备及危险品在线监测进行开发研究。通过多接口连接各种传感器实时采集需要环境参数的场所(如矿井等)的环境信息，把无线传感器网络应用到煤矿、石化等高危行业安全监控系统中，由基于ARM硬件的嵌入式系统对其进行处理，通过自组织无线网络以多跳中继方式将信息传输到井外的终端监控，能够弥补有线设备的缺陷，具有价廉、便携、可靠性高等优点。

本发明的技术方案是设计核心电路，使得该电路板上的中央处理器与多种接口连接，从而实现各种传感器模块都可以与电路板连接，之后，中央处理器可以无障碍的对其信息进行读取，免去重新搭建电路或者更换设备。

整个系统主要由传感器、运算放大器、多路开关、采样/保持器、AD转换器、按键、存储、时钟、电源、液晶显示、USB、无线收发、I/O扩展、ARM处理器，外接WIFI等部分组成。其中采样/保持器、AD转换器及中央处理是使用一个芯片三星S3C6410来实现的。系统主要完成的功能有：对微弱信号的放大、滤波、隔离、对信号进行处理使之转换成AD转换器所要求的信号范围、多路选择、信号采样/保持、AD转换、数据存储、数据收发等。无线通信部分主要有无线传输模块和上位机组成，主要完成数据实时传输。计算机主要是对数据进行显示、分析和处理，进而发送数据采集的参数和控制命令。

系统集成了MAS3587音频编解码芯片，S3C6410，供电模块和WIFI通信。RS485接口通过MAX485芯片与S3C6410通信，电路入图示，MAX485芯片在第1和第4脚分别与S3C6410的D19和A21引脚连接收发数据，MAX485的第2、3引脚相连后接到S3C6410的T25脚控制数据的收发。

附图说明

图1示出了检测仪器的硬件结构图；

图2示出了6410芯片的工作原理图；

图3示出了各接口在核心板上的分布图；

图4示出了该监测系统工作流程图

图5示出了音频解码芯片的连接方式

图6示出了RS485接口的连接方式

具体实施方式

通过多接口设计将模拟、数字传感器信号和音频和视频信号的采集、处理、传输集为一体，并可将采集到的传感器信号存储在NAND Flash或SD卡中进行长时间保存，通过以太网和最新的802.11n高速无线WIFI协议与上位机进行通信。模拟信号采集是通过100欧和150欧串联的匹配电阻进行分压然后接入S3C6410的ADCIN引脚；通过RS485、CAN、RS232、I2C、SPI等多种接口采集数字信号。通过摄像头采集视频信号并通过CPU内置的MFC硬件编解码器进行H.264编码，通过Micronas半导体设计及制造公司生产的MAS3587芯片采集音频信号并进行MP3格式的硬件编码。并配备显示屏。

同时该仪器设计了UPS电路并在安装完成后可以接入内置充电电池，保证在发生突发事故外部供电电源断电时采集器仍可以不掉电工作，为监控和搜救人员提供宝贵的现场信息。

Claims

1.一种多接口的环境数据采集仪器的特征包括：采用三星公司型号为S3C6410的ARM芯片作为中央处理器，内置WINCE系统，核心包括自行设计的多接口4层电路；多接口是指包含如下接口：数据采集接口1包含如下接口：红外传感器接口，CAN接口，I2C接口、SPI接口，模拟信号输入接口(接线端子)；视频输入接口2：TV接口；音频输入接口3：MIC接口；设备控制输出接口4：RS232；外部通信接口5：RS485，网口，WIFI通信接口；供电接口6：UPS充电电源接口以及电源；存储设备接口7：SD卡卡槽，NANDFLASH卡槽，USB接口。

2.根据权利要求2所述，数据采集接口1以以下方式实现数据采集：S3C6410的G14与A20脚分别为I2C数据信号与时钟信号引脚，信号线接入10K上拉电阻后连接接线端子，采集数字信号；S3C6410的C20、H14、A19、B20分别为SPI的片选、时钟、数据输入、出引脚，通过10K上拉电阻后连接接线端子，采集数字信号；模拟信号输入接口实际由部分接线端子组成，由接线端子处接受由大至小的连续电流信号，经整流滤波后变成电信号由ARM处理器处理得出数据，通过接线端子进行外部输入的8路模拟信号分别通过100欧姆与150欧姆精密电阻分压后送入S3C6410的8路模数转换输入端口。

3.根据权利要求2所述，音频输入接口3以MAS3587音频编解码芯片实现音频采集：MAS3587的I2C时钟信号(24引脚)及数据信号(25引脚)引脚分别接S3C6410的XI2CSCL(A20引脚)及XI2CSDA(G14引脚)，MAS3587的26、28、29、30、31、32、33、49、50脚连接S3C6410的C4、T1、U1、L4、J2、V3、T3、A18、G13脚相连，MAS3587并行数据线(41-34脚)通过74FCT16245(U8)双向收发器的第1B1-1B8脚与S3C6410的并行数据线XM0DATA0-XM0DATA7相连。

4.根据权利要求2所述，外部通信接口5中的WIFI通信接口采用雷凌RALINK RT3070L芯片实现，芯片的36、37引脚分别连接S3C6410的P22、N22引脚完成数据通信。

5.根据权利要求1所述电源接口以以下方式实现：采集器外接12V电源输入，内置BQ2057T芯片组成的电池充电电路，两者构成UPS电源来保证突发掉电的情况下采集器可正常工作；另外采集器内置AP3012电压转换芯片，可把外部电源输入的12V电压转换为24V电压来为变送器供电。