专利名称：：基于arm和dsp的嵌入式农林信息采集查询移动终端的制作方法
技术领域：
：本发明涉及精细农业
技术领域：
，具体地讲是一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集查询移动终端系统。
背景技术：
：目前，农业信息获取、信息处理、管理决策和智能控制已成为国内外研究机构攻关的焦点。在这个体系中，农林信息快速采集技术的研究大大落后于其他支持技术的发展，面向农业生产者应用的信息获取及通讯技术研究仍然十分匮乏。农业基础信息的获取和处理是精准农业的起点，这个问题必须及时解决。当前，大多数使用笔记本电脑作为平台，但其存在农业现场作业中暴露出体积过大、与通信硬件配合操作不便、实时性较差等缺点，也有一些科研人员基于单片机或掌上电脑开发了—些数据采集设备，但存在功能单一、图像处理性能低和硬件扩展能力不强等不足。
发明内容本发明旨在提供一种采用双处理器结构，可实时采集和查询农林信息的基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集査询移动终端。本发明是通过以下技术方案实现的一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集查询移动终端，其特征在于，包括ARM模块18，DSP模块8，与ARM模块18和DSP模块8同时相连的数据缓冲单元10、电源模块U，与ARM模块18相连的外围接口扩展单元A、无线通信单元D、GPS模块22、触摸屏27,还包括与DSP模块8相连的传感器信息采集单元B、视频信息采集单元C，转串口单元E;所述的无线通信单元D包括与ARM模块18双向连接的ZIGBEE模块15、GPRS模块19;所述外围接口扩展单元A包括与ARM模块18相连的串口扩展器21、USB扩展器17、网口扩展器14,串行通信接口20、USB接口16、RJ45网口13分别与对应的扩展器双向连接；.-所述传感器信息采集单元B包括依次相连的传感器信息采集接口5、信号放大器6、A/D转换器7，其中A/D转换器7与DSP模块8相连；所述视频信息采集单元C包括相互连接的AV视屏采集接口12、视频解码器9,其中视频解码器9与DSP模块8相连；所述ARM模块18和DSP模块8都通过HPI接口与数据缓冲单元10相连所述GPS模块22通过串口扩展器21与ARM模块18相连所述触摸屏27通过数据缓冲单元10与ARM模块18相连。本发明相对于现有技术具有以下技术效果(1)、本发明的外围接口丰富，方便挂载各类型传感器，应用范围更广。(2)、本发明采用性能优异的S3C2440和具有浮点运算的DSP组成的双核结构处理单元，丰富的外围扩展模块，为精准农业提供良好的硬件保证。(3)、本发明中采集数据和发送数据具有高实时性，可以很好地应用于农林病虫害防治的工作中。(4)、本发明中项目研制的系统面向相关部门提供决策依据，而移动终端又直接面向农户，产品直接面向市场。实现精确播种、施肥，减少农业资源浪费和降低农药、化肥使用；保护生态环境；为农林防灾抗灾农民致富增收提供强大的信息保障。(5)、相比以往的农林信息采集査询设备，本发明购置成本大为降低；且方便小巧，稳定性高。图l为本发明的原理结构框图2为本发明的传感器信息采集单元的结构示意图；图3为本发明的双处理器结构的结构示意图；图4为本发明的视频信息采集单元的结构示意图；图5为本发明的无线通信模块的结构示意图；图6为本发明的外围接口扩展单元的结构示意图；图7为本发明的转串口单元的结构示意图；图8为本发明的整体结构示意图。图9为本发明数据采集流程图。图10为本发明数据查询流程图。具体实施例方式下边结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的阐述，如图1所示，本发明的核心处理单元由ARM模块18(采用型号为三星S3C2440的ARM9系列)和DSP模块8(数字信号处理器，采用型号为TMS320C6713)组成，其中ARM9模块18负责管理无线通信单元D、外围接口扩展单元A、GPS模块22和触摸屏27;DSP模块8负责处理农田传感器信息和视频图像信息；数据缓冲单元10主要负责ARM模块18与DSP模块8、ARM模块18与触摸屏27之间的数据通信。下边对本发明的各主要组成模块和单元的设计进行一一的说明1、双处理器结构的设计ARM功耗低、性价比高、并可植入操作系统，适合用作整个系统的协调控制；而DSP速度快、效率高、精度高、适合复杂算法的设计尤其是图像算法的设计。本发明中ARM模块18选取扬创基于ARM920T内核的S3C2440核心板，接口包括3个串口，2个USB接口，l个以太网口。S3C2440核心板还带有触摸屏接口，实现人机交互功能。DSP模块8选用TI公司的TMS320C6713(PYP)32位浮点DSP芯片'其核心频率最高可达200MHz，片内有256KRAM,用来进行核心算法的运算。该嵌入式系统较同类PC版系统有更好的稳定系，成本也更低。HPI是一种高效的并行口，可用于两个处理器进行主从式通信。主机可以直接访问从机所有的内存空间，包括片内RAM。HPI的数据交换过程不需要从机进行控制，所以并不占从机的CPU。本发明中，DSP模块8作为从机，通过HPI口与A服模块18进行数据交换，接收由ARM端发出的命令。HPI通过两个中断信号对通信双方进行协调。由于ARM模块18总线的驱动能力不够。所以必须在ARM模块18和DSP模块8之间加1片隔离芯片，即数据缓冲单元10(采用型号为74LVCH162245),74LVCH162245是由飞利浦生产的32位数据缓冲芯片，具有总线隔离，增强总线驱动能力的作用。同样，由于ARM模块18的输入输出口的接口电压是3.3V,而触摸屏27(采用型号为三星800x480的产品)的供电电压是5V。所以在ARM模块18和触摸屏27之间加片74LVCH162245以提高数据总线的驱动能力，如图3所示。2、传感器信息采集单元和视频图像采集单元的设计1)、传感器信息采集单元的设计由于传感器采集的信号量比较小，必须经过放大后才能通过A/D转换器7进行A/D转换，信号放大器6选用AD公司的AD620,AD620具有高精度、漂移小、噪声低、功耗低等特点，只需一个外接电阻就可设置11000的放大增益，常用于高精度的数据采集系统，作为各种微弱信号的前置调理器。A/D转换器7选用AD公司的AD7656,AD7656是基于iCMOS工艺的一款6通道16位逐次逼近型ADC，该器件的功耗比同类双极型ADC降低了60%，在250K/S的速率下的精度是同类产品的2倍。经过A/D转换后的数据可以直接交由DSP模块8进行处理，如图2所示。2)、视频信息采集单元的设计随着便携多媒体终端需求量迅速增加，在视频解码等方面对芯片低功耗的要求也越来越高，因此只有将摄像头采集到的模拟视频信号转换成符合IIU-RBT656标准的数字信号，才能方便地利用DSP模块8进行数字信号处理。本发明中视频解码器9采用的是TI公司的TVP5150芯片，该芯片是超低功耗，支持NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能视频解码器，正常工作时的功耗为115mW，可以接收2路复合视频信号或1路S-Video信号。经过TVP5150解码后是得到的数字信号，由DSP进行处理，如图4所示。3)、图像信息采集的设计本发明采用的ARM模块18带有20针摄像头接口26，另外，A脂模块18也支持中星微USB摄像头，这两种方式均可采集到图像信息。3、无线通信模块的设计(见图5)1)、GPRS模块GPRS模块19在本发明中的作用是与上位机服务器通信。GPRS模块19选用的周立功的ZWG-23DP,该核心板体积小巧，功耗低，支持数据透明传输与协议转换，具有配置串口和通信串口，通信串口是标准的TTL串口，可以直接与ARM模块18的串口l连接通信。2)、ZIGBEE模块ZIGBEE模块15的加入使本终端能够自适应ZIGBEE网络，获取ZIGBEE网络中的传感器信息，以满足在大型农场测量农田信息的要求。ZIGBEE模块15选用的是成都无线龙CC2430ZIBEE核心板。CC2430集成高性能低功耗8051微控制器，集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机，带有标准TTL串口，可以直接与ARM模块18的串口2连接通信。3)、GPS模块GPS模块22的选用的是UBLOXRCB-4H，其特点是16通道，单点定位精度2.5m,热启动时间〈3.5s，冷启动时间〈34s，两路串口数据输出(TTL电平)，支持應EA0183标准协议和u-Blox专用协议。与A脂模块18经过串口扩展器21转接出来的串口20进行通信。4、多外围扩展接口单元的设计(见图6、7)1)、ARM模块18的串口扩展由于采用的A函模块18自带3个串口都已使用，其中2个串口已经分配给无线通信模块(另外1个ARM调试用)，而TI公司的串口扩展器21(采用型号为TL16C554A芯片)可以扩展4个异步通信串口20，每个通道相互独立。且能与S3C2440ARM9直接相连。2)、ARM模块18的USB接口扩展USB扩展器17采用的是ETC公司的GL850A，该芯片能够转接4个USB口16，完全支持USB2.0/1.l规格。具有耗电低，溫度低等特点。3)、ARM模块18的网口扩展本发明的网口扩展器14采用DAVICOM公司的自适应以太网芯片，支持8位、16位、32位宽度的数据总线，有成熟的驱动支持，成本低廉，使用3.3V电平。4)、DSP模块8的串口扩展转串口单元3为TI公司的TL16C752B采用8位异步并行存储接口，3.3V电源供电可以与DSP模块8的外部存储器接口(EMIF)直接相连接，具有两个异步通信9针串口4，每个通道相互独立，本发明应用到其中一个的串口。5、总体上本发明的研究将采用先理论分析后实验验证，首先完成整个项目框图的规划，然后再将整个项目划分为若干个小单元，再对单项技术研究，进行分工研制，最后联机调试整合，具体研究方法如下。1)、系统概要设计(总体设计)根据系统的性能要求初步提出系统的总体架构，从功能对软硬件进行划分，选定嵌入式处理器、RT0S及开发平台。具体的说，在本系统中总体架构是以咴入式系统为核心，进行各种功能的扩展以实现设计要求，包括以PC为上位机的软件设计，硬件主要是用ARM处理器和DSP处理器，嵌入式操作系统主要采用嵌入式Liruix和uCOSII操作系统，开发平台主要使用RedhatLinux9.0平台和ADS、CCS编译环境。2)、硬件详细设计根据系统概要设计的要求初步绘制出系统硬件的电原理框图，然后再将电原理框图详细分为各个子框图，对每个子框图进行分析和接口设计，分别对每个子框图进行硬件选型，而后以子框图为单位对课题组进行分工，分别绘制各个子框图的电原理图，最后对每个子框图的电原理图进行整合绘制系统的电原理图，再根据原理图绘制PCB图，这就完成了系统硬件的初步设计。3)、硬件生产根据电原理图和PCB图对各元器件进行焊接生产，生产过程中要严格控制好每一个生产环节，尽量避免有短路、虚焊、漏焊等错误，保证硬件连接正确无误，提高系统的调试效率。4)、硬件测试硬件生产完毕后，要对硬件电路进行调试，保证元器件之间在逻辑上连接正确，测试器件之间的数据传输，编写相应的测试软件，为今后硬件驱动做好准备，硬件测试是设计的重要环节。5)、软件详细设计根据系统概要设计的要求进行系统的整体软件规划，将软件工作进行进一步细划分，将软件细分为小的软件模块，以各个软件模块为单元在课题组内进行分工，软件工作是和硬件工作同步进行的，具体的软件流程图请参见图9和图10。86)、软件实现软件分工后，各软件小组根据软件设计任务书进行各个功能模块的软件实现，并分别进行软件初步调试，其中主要工作内容是理论向计算机算法的转化。7)软件测试在各个功能软件编写成功后要进行整体软件整合，并进行整体功能测试，根据测试结果进行调整，在功能达到要求后，还要对软件的性能和稳定性进行综合测试。8)、软硬件集成在完成软硬件设计后，要对软硬件进行系统集成，联机调试，测试整个系统的运行性能，根据综合性能测试的结果，局部调整软硬件设计，以使系统的稳定性和效率达到最佳。根据以上研究和设计的方法，基本研制出了系统的整体的软硬件框架，在这个框架的基础上进行性能测试，不断进行软硬件调整，最终完成系统的设计。基于上述的设计思想，本发明的整体框图如图8所示，其中各单元型号功能说明见下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本发明的工作过程为:1、传感器信息的采集与处理1)、模拟传感器信号的采集与处理传感器模拟信号由传感器信息采集接口5接收，经过信号放大器6放大，A/D转换器7模拟/数字转换后得到的数字信号送入DSP模块8进行处理。2)、数字传感器信号的采集与处理传感器数字信号经过9针串口4和转串口单元3接收后送入DSP模块8进行处理。3)、ZIGBEE无线网络采集到的传感器信息处理由ZIGBEE模块15接收到ZIGBEE网络的数字传感器信号后，经过ARM模块18、数据缓冲单元10送入DSP模块8进行处理。2、图像视频信息的采集与处理1)、AV视频数据的采集与处理由AV视频釆集接口12接收并进入视频解码器9解码后，送由DSP模块8处理。2)、图像数据的采集与处理由于ARM模块18预留的USB接口16可以挂载USB摄像头，20针摄像头接口26可以挂接20针的摄像头模块，所以USB接口16和20针摄像头接口26都可以采集图像信息，其数据流向是由20针摄像头接口26或USB接口16经过ARM模块18，数据缓冲单元10送到DSP模块8处理。3、GPS定位信息数据流向由GPS模块22产生的定位信息经过串口扩展器21流向ARM模块18后经过ARM模块18、数据缓冲单元10送入DSP模块8进行处理。4、农林传感器信息存储上述l,2,3过程中，DSP模块8处理的数据经过数据缓冲单元10送到ARM模块18进行信息分类整理后，然后由以下两种方式存储:(1)、由GPRS模块19发往上位机存储；(2)、经由USB扩展器17、L/SB接口16存入大容量外接USB存储设备。5、农林信息查询用户可以通过点击触摸屏27产生控制信号，经过数据缓冲单元10到ARM模块18,ARM模块18产生控制信号控制GPRS模块19接收上位机存储的信息或控制USB扩展器17读取大容量外接USB存储设备存储的信息，并送到ARM模块18，再由数据缓冲单元IO增加电流驱动能力后，送到触摸屏27显示6、外围接口电路的用途由于S3C2440核心板自带接口少，扩展能力有限。由串口扩展器21扩展出4个串口，其中1个接GPS模块22，另外三个用于扩展。由USB扩展器17扩展4个USB接口，其中一个接USB中星微摄像头，一个接大容量USB存储设备，另外两个用于扩展。ii权利要求1、一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集查询移动终端，其特征在于，包括ARM模块(18)，DSP模块(8)，与ARM模块(18)和DSP模块(8)同时相连的数据缓冲单元(10)、电源模块(11)，与ARM模块(18)相连的外围接口扩展单元A、无线通信单元D、GPS模块(22)、触摸屏(27)，还包括与DSP模块(8)相连的传感器信息采集单元B、视频信息采集单元C，转串口单元E。2、根据权利要求1所述的一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集査询移动终端，其特征在于，所述的无线通信单元D包括与ARM模块(18)双向连接的ZIGBEE模块(15)、GPRS模块(19)。3、根据权利要求1所述的一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集査询移动终端，其特征在于，所述外围接口扩展单元A包括与ARM模块(18)相连的串口扩展器(21)、USB扩展器(17)、网口扩展器(14)，与对应的扩展器双向连接的串行通信接口(20)、USB接口(16)、RJ45网口(13)。4、根据权利要求1所述的一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集查询移动终端，其特征在于，所述传感器信息采集单元B包括依次相连的传感器信息采集接口(5)、信号放大器(6)、A/D转换器(7)，其中A/D转换器(7)与DSP模块(8)相连。5、根据权利要求1所述的一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集查询移动终端，其特征在于，所述视频信息采集单元C包括相互连接的AV视屏采集接口(12)、视频解码器(9)，其中视频解码器(9)与DSP模块(8)相连。6、根据权利要求1所述的一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集查询移动终端，其特征在于，所述ARM模块(18)和DSP模块(8)都通过HPI接口与数据缓冲单元(10)相连。7、根据权利要求1所述的一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集査询移动终端，其特征在于，所述GPS模块(22)通过串口扩展器(21)与ARM模块(18)相连。8、根据权利要求1所述的一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集査询移动终端，其特征在于，所述触摸屏(27)通过数据缓冲单元(10)与ARM模块(18)相连。全文摘要本发明旨在提供一种基于ARM和DSP的嵌入式农林信息采集查询移动终端，包括ARM模块(18)，DSP模块(8)，与ARM模块(18)和DSP模块(8)同时相连的数据缓冲单元(10)、电源模块(11)，与ARM模块(18)相连的外围接口扩展单元A、无线通信单元D、GPS模块(22)、触摸屏(27)，还包括与DSP模块(8)相连的传感器信息采集单元B、视频信息采集单元C，转串口单元E。本发明采用性能优异的S3C2440和具有浮点运算的DSP组成的双核结构处理单元，具有丰富的外围扩展模块，采集数据和发送数据具有高实时性，本发明可以很好地应用于农林病虫害防治的工作中。文档编号G06F17/30GK101452491SQ20081024278公开日2009年6月10日申请日期2008年12月30日优先权日2008年12月30日发明者丁红娟,丛静华,何瑞银,卢之慧,良周,张祥甫,友徐,沈明霞,熊迎军,马奉先申请人:南京农业大学