CN106162058A - 基于s3型处理器和cmos的嵌入式测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，该系统包括：S3C2440处理器、监控摄像头、PC上位机、电源、FLASH寄存器、SDRAM芯片、现场设备功能模块、USB接口电路、RS232电路、网络适配器、JTAG接口电路、CMOS A/D转换模块、以太网控模块；S3C2440处理器用于完成整个系统的运算和控制功能；监控摄像头用于视频采集；USB接口电路、RS232接口电路、网络适配器分别用于监控摄像头、PC上位机以及互联网同处理器之间的连接；JTAG接口电路用于实现系统调试时同外界的连接功能；CMOS A/D转换模块用于视频数据的A/D转换；以太网控模块用于同互联网之间进行信号交换。

Description

基于 S3 型处理器和 CMOS 的嵌入式测控系统

技术领域

本发明属于视频监控领域的具体应用，尤其涉及基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统。

背景技术

近年来，随着网络技术的不断发展，Internet技术已经渗透到日常生活和工业生产的各个领。基于Internet的远程测控将更多地应用到企业生产过程的管理中，专业技术人员可以通过互联网来管理和维护生产过程，提高设备的可用率，最终降低生产成本、提高效益。借助于远程测控技术可以将企业内部的信息网与控制网有效地连接起来，实现对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合，从而实现企业的综合自动化。通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，实现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的。

目前，国外的远程监测已从理论走向了生产实践，欧美等发达国家和地区已将设备故障诊断与状态检测技术广泛应用于航天、航空、军事、冶金、化工、石油以及汽车等各行各业，并取得了极大的经济效益和社会效益。据统计，国外采用远程设备状态检测与故障诊断的企业维修费用平均降低15％~20％。目前，国外油田和大型企业基本上依靠设备的远程状态检测与故障诊断来实现对设备的动态管理，其中美国对故障诊断与状态监测技术的投入占其生产成本的7.2％，日本占5.6％，德国更是高达9.4％。

传统的远程控制一般采用专线方式实现，是一个封闭的专用系统，即用户自己架设数据通信网络或向电信部门租用某条线路作为远程控制的通信线路，系统通信设备与协议都需要专门制定，这和集中、封闭的生产方式和规模是相适应的。而基于嵌入式Internet技术的远程测控系统是以Internet网络作为通信平台的测控系统，借助于TCP/IP协议和WWW规范的支持，具有简单、高效、跨平台的优点。基于以上应用背景，该发明提供了基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，与传统的设备监控系统相比，该发明具有打破时空限制实现资源和技术的共享的优点，同时利用互联网实现了真正的开放式远程测试与控制。

发明内容

针对传统的远程控制系统架构复杂、资源封闭、开放性差的特点，本发明的目的在于，提供一种简单化的、资源可共享的、相对开放的基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统。

为了实现上述系统，本发明采取的技术方案是：

基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，其特征在于，系统的功能模块及硬件设备具体包括：S3C2440处理器、监控摄像头、PC上位机、电源、FLASH寄存器、SDRAM芯片、现场设备功能模块、USB接口电路、RS232电路、网络适配器、JTAG接口电路、CMOS A/D转换模块、以太网控模块；所述的基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统通过Web方式对嵌入式设备进行远程监控，该系统通过监控摄像头采集被监控现场的实时状态画面，同时通过现场设备功能模块上的传感器采集被监控现场的物理数据，上述被采集到的状态数据经过处理器各功能模块的处理后，通过PC上位机进行显示，在嵌入式Web服务器的帮助下，客户机可通过终端设备任意设置，只要能够接入Internet并有权访问嵌入式服务器，便可查阅现场设备信息并向现场设备输出控制指令，从而实现监控以及测控功能，使远程测试与控制成为现实。

进一步的，所述监控摄像头与S3C2440处理器之间通过USB接口电路进行连接；PC上位机同S3C2440处理器之间通过RS232接口电路进行连接；所述电源通过导线接入系统的电路；所述FLASH寄存器与S3C2440处理器之间双向连接；所述SDRAM芯片与S3C2440处理器之间双向连接；所述现场设备功能模块与S3C2440处理器之间双向连接；所述USB接口电路、RS232电路以及网络适配器作为S3C2440处理器的集成模块，分别用于监控摄像头、PC上位机以及互联网同S3C2440处理器之间的连接；所述JTAG接口电路用于实现系统调试时同外界的连接功能；所述CMOS A/D转换模块和以太网控模块被嵌入在S3C2440处理器的板卡中。

在该嵌入式测控系统中，所述的S3C2440处理器采用三星公司生产的基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式处理器，其丰富的外围设备包括：16KB指令Cache、16KB数据Cache、MMU、外部存储器控制器、LCD控制器、4个DMA通道、3个UART通道、1个I2C总线控制器、1个I2S总线控制器、4个PWM定时器、1个内部定时器、通用IO口、实时时钟、8通道10位ADC和触摸屏接口、2个USB主机接口、1个USB从机接口、SD/MMC卡接口。S3C2440处理器通过USB接口电路、RS232接口电路、网络适配器、JTAG接口电路同其他模块进行连接，该处理器可以实现整个系统的运算和控制功能，是整个系统的核心。

在该嵌入式测控系统中，所述监控摄像头与S3C2440处理器之间通过USB接口电路进行连接，用于监控现场的视频采集；所述PC上位机同上位机与S3C2440处理器之间通过RS232接口电路进行连接，用于视频图像的接收以及显示功能；所述电源采用5V输入电压，经过低压差线性稳压源芯片AS2815AR-3.3IC稳压后，给存储器和外部I/O提供所需的3.3V电源；所述FLASH寄存器选用两片三星公司K9F1208U0B，该FLASH寄存器的容量为64M，所述FLASH寄存器与S3C2440处理器之间双向连接，用于存放Bootloader、Linux内核、根文件系统以及用户程序和数据；所述SDRAM芯片选用两片MT的48LC16M16A2（16Mx16bit）拼成32位数据宽度的SDRAM存储器，该芯片的单片容量为32M，所述SDRAM芯片与S3C2440处理器之间双向连接，用于系统文件缓存；所述现场设备功能模块与S3C2440处理器之间双向连接，用于实现现场信号的采集和发出控制信号；该模块包括传感器和执行器两部分；所述传感器用于采集被监控设备的各种物理量信号并以电信号的形式传送至S3C2440处理器；所述执行器可以是被监控现场的工作设备或者设备的工作部分；所述USB接口电路、RS232电路以及网络适配器作为S3C2440处理器的集成模块，分别用于监控摄像头、PC上位机以及互联网同S3C2440处理器之间的连接。

在该嵌入式测控系统中，所述JTAG接口电路选用2.0mm间距的10脚调试接口电路，作为烧写和调试代码的工具和系统在开发阶段的测试接口，开发完毕后则可以从电路中去掉，所述JTAG接口电路用于实现系统调试时同外界的连接功能；所述CMOS A/D转换模块以8路10位CMOS A/D转换器作为核心元件，其参考电压为3.3V，通过调整可调电阻PR2可以调整AIN2引脚的输入电压，所述CMOS A/D转换模块被嵌入S3C2440处理器的板卡中用于视频数据的A/D转换；所述以太网控模块选用DAVICOM公司的DM9000以太网控制器，DM9000可以在内存模式和I/O模式下工作。当配置成内存模式时，DM9000的内部寄存器和帧缓冲区映射到主机内存中容量为4KB的连续块中，主机可以通过这个块直接访问DM9000的内部寄存器和缓冲区，所述CMOS A/D转换模块被嵌入S3C2440处理器的板卡中用于同互联网之间进行信号交换。

本发明的有益效果是：

基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，其特征在于，系统的功能模块及硬件设备具体包括：S3C2440处理器、监控摄像头、PC上位机、电源、FLASH寄存器、SDRAM芯片、现场设备功能模块、USB接口电路、RS232电路、网络适配器、JTAG接口电路、CMOS A/D转换模块、以太网控模块；该系统通过Web方式对嵌入式设备进行远程监控，在嵌入式Web服务器的帮助下，客户机可通过终端设备任意设置，只要能够接入Internet并有权访问嵌入式服务器，便可查阅现场设备信息并向现场设备输出控制指令，从而实现监控以及测控功能，使远程测试与控制成为现实。所述的基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，可以实现嵌入式设备的远程访问，能够通过Web网页对远程设备进行测试与控制，打破时空限制实现资源和技术的共享，利用互联网实现了真正的开放式远程测试与控制且具有很强的通用性与可扩展性的优点。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的解释说明。

图1是基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统框架图；

图2是电源供电电路原理图；

图3是JTAG接口电路原理图；

图4是RS232接口电路原理图；

图5是DM9000以太网控制器接线电路原理图；

图6是A/D转换电路原理图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式为：基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统通过Web方式对嵌入式设备进行远程监控，该系统通过监控摄像头采集被监控现场的实时状态画面，同时通过现场设备功能模块上的传感器采集被监控现场的物理数据，上述被采集到的状态数据经过处理器各功能模块的处理后，通过PC上位机进行显示，在嵌入式Web服务器的帮助下，客户机可通过终端设备任意设置，只要能够接入Internet并有权访问嵌入式服务器，便可查阅现场设备信息并向现场设备输出控制指令，从而实现监控以及测控功能，使远程测试与控制成为现实。

图1是基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统框架图，在该嵌入式测控系统中，所述的功能模块及硬件设备具体包括：S3C2440处理器、监控摄像头、PC上位机、电源、FLASH寄存器、SDRAM芯片、现场设备功能模块、USB接口电路、RS232电路、网络适配器、JTAG接口电路、CMOS A/D转换模块、以太网控模块；所述S3C2440处理器通过USB接口电路、RS232接口电路、网络适配器、JTAG接口电路同其他模块进行连接，用于完成整个系统的运算和控制功能；所述监控摄像头与S3C2440处理器之间通过USB接口电路进行连接，用于视频采集；所述PC上位机同S3C2440处理器之间通过RS232接口电路进行连接，可实现视频接收及显示功能；所述电源通过导线接入系统的电路，用于给存储器和外部I/O提供所需的3.3V电源；所述FLASH寄存器、SDRAM芯片与S3C2440处理器之间双向连接，FLASH寄存器和SDRAM芯片用于存放Bootloader、Linux内核、根文件系统以及用户程序和数据以及系统的缓存；所述USB接口电路、RS232电路以及网络适配器作为S3C2440处理器的集成模块，分别用于监控摄像头、PC上位机以及互联网同S3C2440处理器之间的连接；所述JTAG接口电路用于实现系统调试时同外界的连接功能；所述CMOS A/D转换模块和以太网控模块被嵌入在S3C2440处理器的板卡中，分别用于视频数据的A/D转换和用于同互联网之间进行信号交换。

图2是电源供电电路原理图，在该嵌入式测控系统中，S3C2440A处理器内核供电电压为1.2V，存储器供电电压为1.8/2.5/3.3V，外部I/O供电电压为3.3V。本系统采用5V输入电压，经过低压差线性稳压源芯片AS2815AR-3.3IC稳压后，给存储器和外部I/O提供所需的3.3V电源。在核心板上，采用低压差线性稳压源芯片MAX8860EUA18进一步降压后给内核供电。

图3是JTAG接口电路原理图，在该嵌入式测控系统中，S3C2440内部集成JTAG电路模块，可以通过外部JTAG调试电缆或仿真器与目标板连接调试。JTAG(Joint Test Action Group)是1985年制定的国际标准测试协议，主要用于检测PCB和IC芯片。JTAG技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP(Test Access Port，测试访问端口)，通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。通过JTAG接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，为了减少扩展板的占用面积，该系统选用2.0mm间距的10脚调试接口电路。JTAG作为烧写和调试代码的工具和系统在开发阶段的测试接口，开发完毕后则可以从电路中去掉，所述JTAG接口电路用于实现系统调试时同外界的连接功能。

图4是RS232接口电路原理图，在该嵌入式测控系统中，RS232接口不仅可以作为一种双机通信接口，很多时候还可以作为一种调试手段。在本系统中，RS232接口连接上位主机，借助主机上的串口工具软件SecureCRT观察实时操作系统的启动和应用程序的执行情况。此外，RS232接口也是一个很通用的接口设备，通过RS232接口可以和很多其它设备进行扩充连接。考虑到嵌入式系统空间的局限性，选用9针接口，最大传输距离可达30m，最大传输速率20kb/s，适于距离较近设备之间的通信。RS-232C标准定义-15V~-3V表示逻辑“1”，+3V~+15V表示逻辑“0”。之所以选择-15V~-3V和+3V~+15V这个范围而不采用TTL逻辑（0V～5V），主要是为了提高抗干扰能力和增加传输距离。

图5是DM9000以太网控制器接线电路原理图，在该嵌入式测控系统中，S3C2440内部没有以太网控制器，需要外接以太网控制芯片以实现以太网接入功能。系统选用DAVICOM公司的DM9000以太网控制器，DM9000芯片内部集成了一个通用处理器接口，一个10/100M自适应PHY和一个容量为4KB的16位宽SRAM。DM9000还提供了介质无关接口，以连接所有家用电话线网络设备以及提供介质无关接口的其他收发器。DM9000支持8位，16位和32位接口访问内部存储器，以支持不同的处理器。DM9000物理协议层接口完全支持10Mbps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100Mbps下5类非屏蔽双绞线，这完全符合IEEE 802.3u规格。它的自动协调功能可以自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽，此外DM9000还支持IEEE 802.3x全双工流量控制协议。DM9000的网络编程非常简单，所以用户可以方便的将端口驱动程序移植到任何操作系统。DM9000可以在内存模式和I/O模式下工作。当配置成内存模式时，DM9000的内部寄存器和帧缓冲区映射到主机内存中容量为4KB的连续块中，主机可以通过这个块直接访问DM9000的内部寄存器和缓冲区。

图6是A/D转换电路原理图，S3C2440A芯片内部集成了8路10位CMOS A/D转换器，其参考电压为3.3V。为了实现基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统对模拟信号的采集实验，系统设计了一路直流电压值采集电路，通过调整可调电阻PR2可以调整AIN2引脚的输入电压。

除了上述以外本发明所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。虽然本发明是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内，还可对本发明做出多种改动和变动。

Claims (7)

1.基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，其特征在于，所述的功能模块及硬件设备具体包括：S3C2440处理器、监控摄像头、PC上位机、电源、FLASH寄存器、SDRAM芯片、现场设备功能模块、USB接口电路、RS232电路、网络适配器、JTAG接口电路、CMOS A/D转换模块、以太网控模块。

2.如权利要求1所述的基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，其特征在于，所述S3C2440处理器采用三星公司生产的基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式处理器，S3C2440处理器通过USB接口电路、RS232接口电路、网络适配器、JTAG接口电路同上述其他模块进行连接，该处理器可以实现整个系统的运算和控制功能，是整个系统的核心；所述监控摄像头与S3C2440处理器之间通过USB接口电路进行连接，用于监控现场的视频采集；所述PC上位机同S3C2440处理器之间通过RS232接口电路进行连接，用于视频图像的接收以及显示功能；所述电源采用5V输入电压，经过低压差线性稳压源芯片AS2815AR-3.3IC稳压后，给存储器和外部I/O提供所需的3.3V电源；所述FLASH寄存器选用两片三星公司K9F1208U0B，该FLASH寄存器的容量为64M，所述FLASH寄存器与S3C2440处理器之间双向连接，用于存放Bootloader、Linux内核、根文件系统以及用户程序和数据。

3.如权利要求1所述的基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，其特征在于，所述SDRAM芯片选用两片MT的48LC16M16A2（16Mx16bit）拼成32位数据宽度的SDRAM存储器，该芯片的单片容量为32M，所述SDRAM芯片与S3C2440处理器之间双向连接，用于系统文件缓存；所述现场设备功能模块与S3C2440处理器之间双向连接，用于实现现场信号的采集和发出控制信号；该模块包括传感器和执行器两部分；所述传感器用于采集被监控设备的各种物理量信号并以电信号的形式传送至S3C2440处理器；所述执行器能接收处理器的反馈信号并按要求完成规定的执行功能，所述执行器可以是被监控现场的工作设备或者设备的工作部分。

4.如权利要求1所述的基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，其特征在于，所述USB接口电路、RS232电路以及网络适配器作为S3C2440处理器的集成模块，分别用于监控摄像头、PC上位机以及互联网同S3C2440处理器之间的连接；所述JTAG接口电路选用2.0mm间距的10脚调试接口电路，作为烧写和调试代码的工具和系统在开发阶段的测试接口，开发完毕后则可以从电路中去掉，该电路用于实现系统调试时同外界的连接功能。

5.如权利要求1所述的基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，其特征在于，所述CMOS A/D转换模块以8路10位CMOS A/D转换器作为核心元件，其参考电压为3.3V，通过调整可调电阻PR2可以调整AIN2引脚的输入电压，所述CMOS A/D转换模块被嵌入S3C2440处理器的板卡中用于视频数据的A/D转换。

6.如权利要求1所述的基于S3型处理器和CMOS的嵌入式测控系统，其特征在于，所述以太网控模块选用DAVICOM公司的DM9000以太网控制器，DM9000可以在内存模式和I/O模式下工作。

7.当配置成内存模式时，DM9000的内部寄存器和帧缓冲区映射到主机内存中容量为4KB的连续块中，主机可以通过这个块直接访问DM9000的内部寄存器和缓冲区，所述CMOS A/D转换模块被嵌入S3C2440处理器的板卡中用于同互联网之间进行信号交换。