基于S3C2410的无线数据采集系统

摘要：主要讨论基于S3C2410的无线数据采集系统。介绍数据采集模块、传输／接收模块和数据处理模块。硬件平台基于S3C2410，MAXl32，IA4421芯片，并介绍它们的特点以及电路设计。采用Linux操作系统作为系统软件平台，应用程序Adopts采用Qt／Embedded系统，实现了人机交互界面，可以直观地观察数据分析结果。
关键词：S3C2410；MAX132；IA4421；人机交互界面

    目前，手持终端的功能越来越强大，数据处理能力也越来越强，人们对其无线通信功能的要求也越来越高。为此，各种无线设备进入人们的生活，在此基础之上，大量的无线设备业已进入工业生产领域。在工业或者工厂底层环境中，使用无线技术具有很多优势；利用无线技术可以解决工业生产中线路布局烦琐的困境，也可以避免恶劣环境对线路腐蚀等问题。

1 系统设计
    在此，把嵌入式技术与无线电台通信技术相结合，设计一种无线数据采集系统。该系统分为数据采集模块、数据传输／接收模块、数据处理模块，如图1所示。数据采集模块通过将传感器得到的模拟信号转换成数字信号，再用无线芯片发送出去。A／D转换芯片采用MAX132；数据传输芯片采用无线传输／接收芯片IA4421。用单片机配置MAXl32和IA4421实现信号采集和发送。数据处理模块采用S3C2410芯片，并且配置无线芯片IA4421为无线接收模式。这样就实现了数据采集、传输与处理。

2 数据采集
    数据采集模块使用A／D转换芯片，通过把接收到的模拟信号转换成数字信号，再通过数据传输模块将数字信号传输到数据处理模块。

    MAX132是18位外加1个符号位，具有高精度分辨率，以串行方式工作的A／D转换芯片。它可在-512～+512 mV全范围内提供2μV的分辨率，精度可达±0．006％满量程。芯片较一般的积分型ADC具有更高的转换速度，可达每秒100次，简单的4线串行接口使其容易与其他所有的微处理器连接。MAX132在普通工作方式下，典型供电电流为60 mA，在休眠模式下仅为1μA。MAX132还具有用于外部多路开关或可编程增益放大器的4个可编程的数字输出；芯片内部还有可选50 Hz工频的干扰抑制电路；芯片输入电流很小，仅为10 pA。MAX132具有分辨率高，功耗低，价格低，体积小等特点，可广泛应用于远程数据采集、电池供电仪器仪表和传感器信号测量及工业过程控制等。电路设计如图2所示。

    图2为MAX132的典型应用电路图。其中，元件值是针对每秒转换16次，60 Hz工频干扰抑制选择的。通过2．5 V的高精度基准源，MAX872分压后产生545 mV的基准电压。待测电压信号从INH1和INL0端口差分输入；片选信号，串行数据输入／输出端DIN，DOUT，时钟信号Sclk与单片机连接实现。

    如图3所示，当IA4421芯片的脚作为启动转换时，为高电平；若将置低电平，则10 ms之内又变为高电平，就执行一次转换，然后回到空闲模式。如果一直处于低电平，就连续进行转换，直到再次变为高电平。

3 数据传输模块
3．1 数据传输模块硬件设计
    数据传输模块采用IA4421芯片。IA4421支持天线直接驱动，设计相当简单方便，并且通信距离长。IA4421是全集成的单晶片低功耗、多频道的FSK收发器，在无需申请注册的433 MHz，868 MHz，915 MHz频段，设计完全符合FCC的ETSI认证相关规定，内部集成有高频功率放大器、低噪声放大器、I／Q转换混频器，基带滤波器、放大器、I／Q解调器等，所需的RF都已集成，只需要一个晶振和几颗去耦电容。
3．2 数据传输模块软件设计
3．2．1 发射器的功能
    (1)发送采集数据指令，打开采集系统，为发送数据做好准备。
    (2)与发射器实现自动对码。发射器控制软件程序流程图如图4所示，单片机上电初始化后，完成对IA4421的配制。此时，芯片被配置为发射模式，然后打开中断，等待数据输入，接收到采集的信号，最后将信息发送出去。

3．2．2 接收器的功能
    接收器主程序流程与发送器程序流程很相似，在此不再画流程图，仅将接收器的功能介绍为：配置IA4421芯片为接受模式，发送准备好的信号；接收数据，然后再传输给处理单元，处理单元为S3C2410主芯片。

4 数据处理模块
    数据处理模块采用S3C2410芯片。S3C22410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核。它采用O．18μm制造工艺的32位微控制。该处理器拥有独立的16 KB指令Cache和16 KB数据Caehe，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，I2C-BUS接口，IIS-BUS接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203 MHz。
    采用嵌入式Linux操作系统，Linux内核稳定且代码尺寸小巧，易于裁减。应用程序窗口系统采用Qt／Embedded系统技术，Qt／Embedded是基于Qt的嵌入式GUI和应用程序开发的工具包，可运行在多种嵌入式设备上，主要运行在嵌入式Linux系统上，为嵌入式应用程序提供Qt的标准API。Qt／E作为嵌入式GUI的实现工具，支持帧缓冲驱动，可以在没有X2Server或X2LIB支持的条件下直接写帧缓冲，节省了内存使用，提高了程序的运行效率。
    (1)配置无线接收芯片为接收模式，发送接收数据命令，通知IA4421准备好接收收据，且发送准备好的信号，通知发送模块发送数据。
    (2)将接收到的数据进行运算分析，然后将结果反映到LCD上；应用程序具有分析功能，对信号的性能进行分析，且在信号出错情况下做出报警处理。

5 结 语
    该系统采用了MAX132芯片。实现了模拟信号到数据信号的转变，又用IA4421实现了数据的无线传输。考虑了系统的实用性与灵活性，可以灵活的布线，不受物理环境影响，且采用S3C2410作为数据处理模块的主芯片。