专利名称：一种无线嵌入式实时多任务多通道测控模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种嵌入式测控模块，特别是一种适合无线实时多任务多通道监 测系统中应用的嵌入式测控模块。
背景技术：
近年来，嵌入式系统以其体积小、成本低和功能专一等特点在工控领域得到越来 越广泛的应用。现有监测系统大多由前端传感单元、数据采集单元、处理及输出显示单元组成。随 着电子技术、微纳传感技术、网络技术等的迅速发展，传感器逐渐向智能化、微型化、网络化 等方向发展。传感器的输出不再局限于模拟信号，出现了现场总线的形式(RS-232、RS-485 等)输出的数字式智能传感器。现有测控模块多数提供模拟信号输入或逻辑I/O 口输入， 未能提供与智能传感器相连接的现场总线接口。测控系统往往须要测量多个传感量、执行多个任务、控制多种现场设备，因此，采 用传统的嵌入式8位或16位单片机作为测控系统的核心在很多场合不能满足测控系统对 多传感量测量、多任务执行及对多种现场设备控制的需要，这样会影响测控系统的实时性。 采用多个嵌入式8位或16位单片机的方案虽然能在一定程度上提高测控系统的实时性，可 随之会产生测控模块体积大、功耗高、可靠性下降等问题。
发明内容针对上述问题，本实用新型的提出一种可同时采集多路现场总线传感信号，控制 多种现场设备、实时性好、集成度高、功耗低的适合于无线实时多任务多通道监测系统中应 用的测控模块。本实用新型解决其问题所采用的技术方案是一种无线嵌入式实时多任务多通道测控模块，包括多任务主控单元、传感器输入 接口、串行口扩展单元、无线通信传输单元、输入输出控制单元、电源供给单元，所述输入输 出控制单元与主控单元的通用目的I/O 口以及外设相联接，所述串行口扩展单元与输入输 出控制单元的外设隔离信号相连接，传感器输入接口与串行口扩展单元相连，无线通信传 输单元通过接口与主控单元相连接，所述多任务主控单元的核心为嵌入式控制器，所述外 设提供至少一种总线接口，所述传感器输入接口提供至少一种接口。其中，所述多任务主控单元主要由16/32位ARM控制器、外部RAM、外部FLASH和铁 电存储器组成；测控模块的核心是ARM控制器，通过并行总线与外部RAM、外部FLASH相连 接，通过I2C总线与铁电存储器相连；所述传感器输入接口提供RS-485接口、RS-232接口 和异步串行接口、模拟信号接口等至少一种传感器输入接口，可接入采集多路现场总线传 感信号的传感器；所述外设提供SPI总线、异步串行总线、I2C总线、CAN总线和以太网总线 等至少一种现场总线接口。本实用新型的有益效果是采用嵌入式控制器，利用其16/32位架构，体积小，具有运算处理能力较强、功耗低、外设丰富、可扩展性好、性价比高等优点，提高了测控模块的 实时性；测控模块具有多种串行总线、智能传感器输入接口，可同时采集多路现场总线的传 感信号、控制多种现场设备实现数字信号的通信与传输，提高了测控模块的可靠性，能够较 好地实现多任务、多传感、多通道测控任务。另外，测量结果可以通过有线、无线等方式传输至控制端；采用太阳能、风能或地 热能供电，使模块具备有在野外进行信息采集功能，摆脱了对蓄电池或有线交流或直流电 源的依赖，更加节能环保。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型的连接示意图；图3是串行口扩展单元中一路CH432串口扩展电路原理图。
具体实施方式
参照图1，本实用新型的无线嵌入式实时多任务多通道测控模块，包括多任务主控 单元1、传感器输入接口 2、串行口扩展单元3、无线通信传输单元4、输入输出控制单元5、电 源供给单元6，所述输入输出控制单元5与主控单元1的通用目的I/O 口以及外设相联接， 所述串行口扩展单元3与输入输出控制单元5的外设隔离信号相连接，传感器输入接口 2 与串行口扩展单元3相连，无线通信传输单元5通过接口与主控单元1相连接，所述多任务 主控单元的核心为嵌入式控制器，所述外设提供至少一种现场总线接口，所述传感器输入 接口提供至少一种接口。参照图2，ARM多任务主控单元1主要由ARM控制器STR912FAW44、外部RAM(随 机存取存储器)CY62157DV30、外部FLASH (闪存)NAND04和铁电存储器FM24C256组成； STR912FAW44是测控模块的核心，通过并行数据地址总线与CY62157DV30相连，用于存储随 机数据。STR912FAW44的地址数据总线ADO: 15直接与CY62157DV30的数据线D00:15相连 接，地址数据总线ADO 15经地址锁存器MC74LCX16373与CY62157DV30的地址线AOO 15相 连接；STR912FAW44的并行口 POO 07与NAND04的输入输出并行口 1000 07相连接，并行口 P10:17 分别与 NAND04 的控制信号线 PRL、R/B、R/E、CE、CLE、ALE、WE 和 WP 相连接，NAND04 用于存储用户执行程序；STR912FAW44的P20、P21通过I2C总线SCL、SDA与FM24C256相连 接，FM24C256用于存储非易失性数据。输入输出控制单元5与ARM控制器的通用目的I/O和外设相连接并通过隔离器与 外围电路隔离，其中通用目的I/O 口隔离器采用光耦PC817，逻辑输入口有P44、P45、P46、 P47，P46和P47可配置接入ARM的外部中断触发信号端，逻辑输出口有P22、P23、P60、P61 和P63等5个信号；ARM外设信号隔离器采用4通道数字磁藕隔离器ADUM1410，外设包括 SPI总线、异步串行总线、外部中断触发信号等，SPI总线包括SSPO和SSPl的信号线SCLKx、 SDIx, SDOx (χ = 0\1)和片选信号Ρ52、Ρ62，异步串行总线包括UART0、UATR1和UART2的信 号线TXx和RXx (χ为0、1、2)，外部中断触发信号包括XINT7和XINTll两路信号，用于将外 部中断触发信号输入ARM控制器。[0018]串行口扩展单元3与输入输出控制单元5的外设隔离信号相连接，由两路SPI 接口的CH432T分别扩展2路半双工的异步串行接口和2路全双工的异步串行接口。ARM 控制器的SSPO信号线SCLKO、SDIO、SD00、片选信号线P52、外部中断信号线EXINT11等 5根信号线经过数字磁藕隔离器ADUM1410隔离后与一路CH432T相联接，该路CH432T的 HLF引脚接地使其输出TTL电平的UART为半双工工作方式。ARM控制器的SSPl信号线 SCLKU SDIU SD01、片选信号线P62、外部中断信号线EXINT7等5根信号线经过数字磁藕 隔离器ADUM1410隔离后与另一路CH432T相联接，该路CH432T的HLF引脚接逻辑高使其 输出TTL电平的UART为全双工工作方式。2路半双工的异步串行接口分别接一个电平 转换器SN65HVD1780D提供RS-485标准信号线A和B，2路全双工的异步串行接口分别接 一个电平转换器SP3220E提供RS-232标准信号线TX和RX，RS-485信号静电保护管采用 PESD5V2S2UT, RS-232 信号静电保护管采用 PESD15VL2BT。传感器输入接口 2与串行口扩展单元3相连，串行口扩展单元3和输入 输出控制 单元5相连。所述传感器输入接口提供RS-485接口、RS-232接口、3. 3V的TTL电平异步串 行接口和模拟输入接口等传感器输入接口，可接入振动传感器、拉力传感器、倾角传感器、 气象监测仪、图像采集卡等。无线通信传输单元4通过RS-232接口与ARM控制器相连接，将数据通过GPRS上 传至远程控制端。所述电源供给单元采用太阳能供电，输入电压为8-18V直流电，为ARM控制器的内 核提供1. 8V直流电压源，为其他电路提供3. 3V直流电压源，1. 8V直流电压源电压调节芯片 是 LM1117-1. 8。参照图3，为串行口扩展单元3中1路CH432串口扩展电路原理图。CH432的信 号线SCK、SDI、SDO、INT和CS经数字磁藕隔离器ADUM1410分别与ARM控制器的SSPO信号 线SCLKO、SDIO、SD00、外部中断信号线EXINT11、片选信号线P52这5根信号线相联接，该 路CH432T的HLF引脚接地或者低电平时使其输出TTL电平的UART为半双工方式。UART转 RS-485的电平转换器是SN65HVD1780D，提供RS-485标准信号线A和B，SN65HVD1780D可支 持多达320个总线设备。RS-485信号静电保护管采用PESD5V2S2UT，R60和R61为120 Ω为 RS-485总线的匹配电阻，用于降低总线上信号的反射。本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以基本相同的手段达到本实用新型 的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种无线嵌入式实时多任务多通道测控模块，其特征在于包括多任务主控单元(1)、传感器输入接口(2)、串行口扩展单元(3)、无线通信传输单元(4)、输入输出控制单元(5)、电源供给单元(6)，所述输入输出控制单元(5)与多任务主控单元(1)的通用目的I/O口以及外设相联接，所述串行口扩展单元(3)与输入输出控制单元(5)的外设隔离信号相连接，传感器输入接口(2)与串行口扩展单元(3)相连，无线通信传输单元(4)通过接口与多任务主控单元(1)相连接，所述多任务主控单元(1)的核心为16/32位嵌入式控制器，所述外设提供多种总线接口，所述传感器输入接口提供多种输入接口。
2.如权利要求1所述的无线嵌入式多任务多通道实时测控模块，其特征在于所述多 任务主控单元(1)主要由16/32位ARM控制器、外部RAM、外部FLASH和铁电存储器组成； ARM控制器通过并行总线与外部RAM、外部FLASH相连接，通过I2C总线与铁电存储器相连。
3.如权利要求1所述的无线嵌入式多任务多通道实时测控模块，其特征在于所述输 入输出控制单元(5)与ARM控制器的通用目的I/O和外设相联接，外设总线提供SPI总线、 异步串行总线、I2C总线、CAN总线和以太网总线中的多种总线接口。
4.如权利要求1所述的无线嵌入式多任务多通道实时测控模块，其特征在于所述传 感器输入接口(2)提供RS-485接口、RS-232接口和异步串行接口、模拟信号接口中的多种 传感器输入接口，可接入振动传感器、拉力传感器、倾角传感器、气象监测仪、图像采集卡， 用于采集多个传感量。
5.如权利要求1所述的无线嵌入式多任务多通道实时测控模块，其特征在于所述的 串行口扩展单元(3)中，包括2路半双工的异步串行接口和2路全双工的异步串行接口。
6.如权利要求5所述的无线嵌入式多任务多通道实时测控模块，其特征在于所述串 行口扩展单元(3)中，2路半双工的异步串行接口分别接一个电平转换器提供RS-485信号 输入，2路全双工的异步串行接口分别接一个电平转换器提供RS-232信号输入。
7.如权利要求6所述的无线嵌入式多任务多通道实时测控模块，其特征在于所述串 行口扩展单元(3)与输入输出控制单元(5)的外设隔离信号相连接，由2路SPI接口的 CH432T分别扩展2路半双工的异步串行接口和2路全双工的异步串行接口。
8.如权利要求1所述的无线嵌入式多任务多通道实时测控模块，其特征在于所述无 线通信传输单元(4)通过RS-232接口与多任务主控单元(1)相连接，将数据通过GPRS上 传至远程控制端。
9.如权利要求1所述的无线嵌入式多任务多通道实时测控模块，其特征在于所述电 源供给单元(6)采用太阳能、风能或地热能供电，为控制器的内核和其他电路提供直流电 压源。
专利摘要本实用新型公开了一种无线嵌入式实时多任务多通道测控模块，由多任务主控单元、传感器输入接口、串行口扩展单元、无线通信传输单元、输入输出控制单元、电源供给单元组成。其中，多任务主控单元主要由ARM控制器、外部RAM、外部FLASH和铁电存储器组成；传感器输入接口提至少一种输入接口；外设提供至少一种现场总线接口。本实用新型的测控模块可对多路串行总线的传感信号进行多线程采集、处理、保存及无线上传，并输出控制多种现场设备，具有集成度高、实时性好、功耗低的优点，适合在野外或工业现场的无线实时多任务测控系统中应用。
文档编号G05B19/048GK201576183SQ200920061969
公开日2010年9月8日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者刘洋, 周松斌, 王志平, 黄可嘉 申请人:广东省科学院自动化工程研制中心