基于ARM920T的嵌入式静力测量系统设计

0 引言 静力测量可用于许多不同的测量系统中。目前大多数工业控制系统、地质勘测系统以及建筑测量中所使用的计量设备(衡器)的测量模型大多建立于杠杆原理或弹性原理，其平衡方程均建立在静力平衡的基础之上。随着微电子技术的进一步发展、嵌入式芯片的大量引入、控制功能的完善、速度及组态软件以及图像处理技术的发展，目前已出现了很多新型静力测量系统。当今的静力测量系统正沿着微型化、智能化和网络化的主流方向发展。在以前主从式单片机实现的静力测量系统中，主单片机负责管理整个系统，从单片机负责实现具体的功能，然后通过增加外设来实现显示和打印功能。整个系统只有一个主程序，其中包括系统控制模块、驱动和用户界面程序。这样，系统的硬件软件功能的可扩展性以及通信方式、数据存储能力就受到了很大的限制。针对这些问题并结合实际的项目需要，本文提出并研制了一种基于arm920t内核的嵌入式静力测量系统。1 静力测量原理及系统要求静力测量一般是采用半导体应变电阻的特性来实现的。这可在宏观上用金属丝应变电阻方程来描述：对于半导体材料，其电阻的变化率△r／r主要由△ρ／ρ引起，这种变化取决于它的电阻应变，所以，可得到下列公式：式中，π为压阻系数，σ为应力，e为弹性模量，ε为应变，μ为泊松比。半导体应变片的灵敏度为：静力测量一般通过单桥或双桥桥式电路来实现，在图1所示的电桥中，在初始状态，桥是平衡的，也就是b、d两点的电压为0。而在力的作用之下，由于压力电阻的特殊属性，应力变化导致r1电阻阻值发生变化，从而使得桥臂不平衡，这个不平衡会反映在电阻r1的电压上。该电压再经过放大电路放大，最终作为ad转换器的输入电压信号。这里需要注意的重要一点是，电阻rl两端的电位均是以电源e的一半为参考的，因此，在电路设计时，这一点需要充分考虑。静力测量系统往往工作于较为恶劣的环境，通常是在野外进行，很多的数据和信息都不能在现场得到及时的处理，因此，要求系统具有较强的抗干扰能力、强大的系统处理功能及较多的外围支持设备，同时要具有良好而美观的用户界面、较大的数据存储空间和很好的程序模块化，此外，它还应具有良好的数据和图像处理功能，以便任务完成后能在脱离现场的空间对所获数据和信息进行处理并得出想要的结果。2 系统硬件设计基于目标系统功能的要求，本设计中整个系统的核心处理器和操作系统分别选定三星公司基于arm9内核的s3cfs2410处理器和目前比较流行的linux操作系统。同时，其硬件系统还需具备处理能力和外设比较丰富的arm处理器、适当大小的内存、存储容量匹配的闪存、显示设备和交互设备接口、串口和usb口、网络控制器和网口、模数转换模块、外部中断接口、红外线收发器、实时时钟和在线调试ice接口等。其功能方框图如图2所示。采用图2所示的结构进行设计可以最大程度地实现核心板的扩展功能。该设计在核心板上集成有arm处理器s3cfs2410；内存63 m字节的sdram由两片k4s561632组成；10 mb的以太网控制器选用cs8900q3；64 m字节的nand flash闪存选用k9f1208，而2mb的nor flash闪存则选用sst39vf1601。s3cfs2410是三星公司的一款基于arm920t内核的16、32位risc嵌入式微处理器，主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用。它的运行频率可以达到203 mhz。此外，s3cfs2410集成的资源还包含有lcd控制器、sdram控制器、3个通道的uart、4个通道的dma、4个具有pwm功能的计时器和一个内部时钟、8通道的10位adc、触摸屏接口、iis总线接口、2个usb主机接口、1个usb设备接口、2个spi接口、看门狗计数器、117个通用i／o口和24个外部中断源、8通道的10位ad控制器、一个具有日历功能的rtc和具有pll的芯片时钟发生器。由于该芯片用mpll产