专利名称：基于嵌入式系统的智能触发装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种信号触发装置，特别是一种基于嵌入式系统的信号触发装置。
背景技术：
目前，在材料力学试验中不仅需要记录载荷、位移等传感器的数据，还往往需要同步拍摄试样变形破坏过程的照片。在采用普通相机拍摄时，可以手动控制快门并记录拍摄时的载荷或位移量。尽管同步误差不是很大，但若拍摄间隔较短时，实验操作还是很繁琐的，工作量很大。若采用高速相机拍摄，因为一秒钟要拍摄成百上千甚至数十万帧照片，手动控制快门带来的误差是很大的。不仅是同步性很差，有时甚至错过了拍摄时机。此外，在材料实验机与扫描电镜、工业CT、声发射等设备配合工作时，也需同步记录SEM图像、CT图像、声发射信息等对应的载荷位移信息，或根据特定的载荷位移数据来启动拍摄记录过程。现有的材料实验机一般没有提供触发信号的输出端口。极个别高端实验机也就仅仅提供一个根据预设阈值来输出触发信号的端口，不能根据实时采集的数据来输出触发信号。由于触发信号要根据测量到的载荷位移等数据结果来输出，实时和高精度的数据采集是首要基础。在接收到测量数据后，需要进行一系列的智能判断，以确定是否输出触发信号。尽管可以选择微机来完成这些工作，但由于其体积较大，不便移动，缺乏灵活性，且由于微机及其操作系统基于普林斯顿结构的特点，实时性不理想。而单片机及DSP芯片虽能很好的实现实时数据采集，但对数据的逻辑分析能力不强，难以根据具体的实验目的灵活调整数据分析判断方法来输出触发信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于嵌入式系统的智能触发装置，解决无法对大量实时采集的信号进行复杂的数据分析，并及时生成触发控制信号的技术问题。本发明的另一个目的是提供一种对上述基于嵌入式系统的智能触发装置的控制方法，解决信号采集、数据处理和控制信号生成不易同步和协调的技术问题。本发明的基于嵌入式系统的智能触发装置，包括电源，其中还包括ARM系统板、信号采集模块和信号触发模块，信号采集模块用于完成对多路数据信号的实时采集，并通过I2C数据总线接口向ARM系统板输出；ARM系统板接收实时采集的数据信号，利用内置数据处理模型对多路数据信号进行实时处理，在符合内置触发策略时生成触发数据，通过GPIO接口输出；信号触发模块通过GPIO接口与ARM系统板通信，根据触发数据生成相应的触发信号。所述信号采集模块包括多通道A/D转换装置与I2C总线接口，多通道A/D转换装置，用于同时采集多路实时数据信号，输出采集数据；通过I2C总线接口将采集数据传送至ARM系统板；
多通道A/D转换装置包括信号调理装置、模数转换装置和通道选择装置，信号调理装置，将待采集信号源的电压幅值按比例转换为设定幅值范围内的电压信号输出；模数转换装置，将信号调理装置输出的电压信号进行模数转换后作为采集数据输出；通道选择装置，从若干个待采集信号源中选定一个或若干作为信号调理装置的信号输入。所述信号触发模块包括电平驱动装置与GPIO接口，电平驱动装置，通过GPIO接口接收触发数据，将触发数据转换为相应的脉冲信号或模拟信号输出。所述信号触发模块还包括第一触发开关电路，第一触发开关电路通过GPIO接口输入触发信息。所述信号触发模块还包括第二触发开关电路，将输入触发信息直接转换为相应的脉冲信号或模拟信号输出。所述信号采集模块中包括第一模/数转换器、第二模/数转换器、第一全差动放大器、第二全差动放大器、多路复用器，第一模/数转换器的引脚3和引脚4分别通过I2C总线接口的引脚SCL和引脚SDA连接外围系统板的I2C总线接口，第一模/数转换器的引脚3连接上拉电阻R21后连接+5V工作电压，第一模/数转换器的引脚4连接上拉电阻R22后连接+5V工作电压，第一模/数转换器的引脚5连接+5V工作电压，第一模/数转换器的引脚2接地；第二模/数转换器的引脚3和引脚4分别通过I2C总线接口的引脚SCL和引脚SDA连接外围系统板的I2C总线接口，第二模/数转换器的引脚3连接上拉电阻R21后连接+5V工作电压，第二模/数转换器的引脚4连接上拉电阻R22后连接+5V工作电压，第二模/数转换器的引脚5连接+5V工作电压，第二模/数转换器的引脚2接地；第一全差动放大器的引脚5连接第一模/数转换器的引脚6，第一全差动放大器的引脚4连接第一模/数转换器的引脚I，第一全差动放大器的引脚6连接-12V工作电压，第一全差动放大器的引脚3连接+12V工作电压，第一全差动放大器的引脚8串联电阻Rl后连接多路复用器的引脚8，第一全差动放大器的引脚I串联电阻R3后接地，第一全差动放大器的引脚2连接电压基准电路的输出电压，第一全差动放大器的引脚8和引脚5之间连接电阻R2，第一全差动放大器的引脚I和引脚4之间连接电阻R4 ;第二全差动放大器的引脚5连接第二模/数转换器的引脚6，第二全差动放大器的引脚4连接第二模/数转换器的引脚I，第二全差动放大器的引脚6连接-12V工作电压，第二全差动放大器的引脚3连接+12V工作电压，第二全差动放大器的引脚8串联电阻R5后连接待采集的信号源，第二全差动放大器的引脚I串联电阻R7后接地，第二全差动放大器的引脚2连接电压基准电路的输出电压，第二全差动放大器的引脚8和引脚5之间连接电阻R6，第二全差动放大器的引脚I和引脚4之间连接电阻R8 ；多路复用器的引脚2连接+12V工作电压，多路复用器的引脚1、引脚16、引脚15连接外围系统板的GPIO接口，多路复用器的引脚3连接-12V工作电压，多路复用器的引脚13连接+12V工作电压，多路复用器的引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚12、引脚11、引脚10、引脚9连接待采集的信号源，多路复用器的引脚14接地。所述信号触发模块包括电平转换芯片、按键S1、按键S2、场效晶体管Q1、发光二极管D1、触发器，电平转换芯片的引脚6串联电阻R34后输出触发信号，电平转换芯片的引脚I连接+5V工作电压，电平转换芯片的引脚I串联电容C12后接地，电平转换芯片的引脚2和引脚22连接数字参考地，电平转换芯片的引脚18通过GPIO接口连接外围系统板的GPIO接口，电平转换芯片的引脚11、引脚12、引脚13接地，电平转换芯片的引脚23和引脚24通过电容C13接地，电平转换芯片的引脚23连接3. 3V工作电压；按键SI 一端接地，按键SI的另一端连接GPIO接口，按键SI连接GPIO接口的一端串联电阻R30后连接3. 3V工作电压；场效晶体管Ql的栅极串联电阻R31后连接GPIO接口，场效晶体管Ql的栅极串联电阻R32后连接3. 3V工作电压，场效晶体管Ql的漏极接地，场效晶体管Ql的源极依次串联发光二极管Dl和电阻R33后连接+5V工作电压，发光二极管Dl的正极连接电阻R33 ；按键S2 —端接地，按键S2的另一端串联电阻R35后连接触发器的输入端，触发器的输出端输出触发信号，触发器的输入端串联电阻R36后连接+5V工作电压,触发器的输入端串联电容ClO后接地。所述信号采集模块还包括电压基准电路，通过电压基准电路的输出电压设定所述幅值范围。根据所述的基于嵌入式系统的智能触发装置的控制方法，包括以下步骤步骤1，通过信号采集模块实时采集各数据源或信号源的数据信号；步骤2，通过ARM系统板分析处理采集的数据信号，生成触发数据，并输出；步骤3，信号触发模块根据触发数据生成相应的触发信号。所述步骤I中所述的实时采集或是直接将采集的数据流经I2C总线传送至ARM系统板，或是对采集的数据流进行选择，然后经I2C总线传送至ARM系统板；所述步骤2中所述生成触发数据的同时，将采集的数据和触发数据进行保存，并将数据图形化向显示设备输出；所述步骤3中所述的触发信号还包括通过第一触发开关电路向ARM系统板传送的触发信息产生的触发信号，还包括通过第二触发开关电路手动生成的触发信号。根据所述的基于嵌入式系统的智能触发装置的控制方法，包括以下步骤s03，通过ARM系统板设置触发信号输出周期，信号源的数据采集周期；s04, ARM系统板监听来自GPIO总线硬件中断信号或来自⑶I接口的软件中断信号，未收到中断信号执行s05的判断，收到中断信号执行s09 ；s05, ARM系统板根据数据采集周期判断是否数据信号采样，当需要采样时执行s06,当不需要采样时返回s04 ；s06, ARM系统板从I2C总线读入采集的数据信号；s07, ARM系统板分析数据，根据处理模型生成触发数据参数；s08, ARM系统板根据触发策略判断是否输出触发信号，当输出触发信号时执行s09，当不输出触发信号时执行s081 ；s081,ARM系统板根据触发策略判断是否达到触发信号输出周期，当达到触发信号输出周期时执行s09，当未达到触发信号输出周期时执行SlO ；s09, ARM系统板将触发信号写到GPIO接口 ；s 10，ARM系统板记录数据，通过⑶I接口显示数据；sll，ARM系统板判断实验过程是否结束，结束时执行s 12，不结束时执行s04 ；sl2, ARM系统板将处理数据保存至SD卡。本发明的基于嵌入式系统的智能触发装置，实现了多通道数据信号实时采集、同步高效的数据分析和及时的触发信号输出，利用ARM系统板强大的嵌入式处理器为系统的数据采集与分析提供了硬件支持与软件支持，具有良好的实时性和丰富的运算能力；ARM系统板的运算性能和灵活扩展接口可以实现图形界面操作系统，通过高分辨率真彩触摸屏，可按各种曲线形式直观显示采集到的数据，具有良好的人机界面，方便设置实验参数，选择触发信号输出方式及信号类型；信号采集模块和信号触发模块可根据需要调整采集通道数、输出通道数、按键开关数，便于系统升级维护；信号采集模块高分辨率的模数转换及与ARM系统板连接的I2C总线，可以实现可靠地多通道实时数据采集功能；信号触发模块可以提供多种触发信号输出方式，可以直接通过按键开关电路输出硬件触发信号，也可通过软件实现各种TTL电平类型的触发信号的输出，输出来源包括采集到的数据判断、GPIO端口硬件中断及各种GUI操作，支持三种触发模式，包括破断检测，间隔记录和手动触发；本发明的基于嵌入式系统的智能触发装置，可以实现采集到的数据根据智能软件触发，实现在数据处理过程中的程序指令触发；通过本发明的基于嵌入式系统的智能触发装置，可以根据测得的数据在测试过程中输出触发信号，控制如普通相机、高速相机、扫描电镜等装置自动拍摄捕捉到所有需要的照片，提高了可靠性，并避免了重复的手工操作。下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
图1为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置的结构示意图；图2为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置中信号采集模块中模数转换电路的结构不意图；图3为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置中信号采集模块中第一差动放大器电路的结构不意图；图4为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置中信号采集模块中第二全差动放大器电路的结构不意图；图5为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置中信号触发模块中多路复用器电路的结构不意图；图6为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置中信号触发模块中第一触发开关(硬件触发)电路的结构示意图；图7为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置中信号触发模块中指示电路的结构示意图；图8为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置中信号触发模块中第二触发开关(手动触发)电路的结构不意图；图9为本发明基于嵌入式系统的智能触发装置中信号触发模块中电平驱动装置电路的结构不意图；图10为利用本发明基于嵌入式系统的智能触发装置进行触发过程控制的流程图。
具体实施例方式如图1所示，本实施例的基于嵌入式系统的智能触发装置由ARM系统板01、信号采集模块02和信号触发模块03组成，信号采集模块02用于完成对多路数据信号的实时采集，并通过I2C数据总线接口输出，ARM系统板01接收实时采集的数据信号，利用内置数据处理模型对多路数据信号进行实时处理，在符合内置触发策略时生成触发数据，信号触发模块03通过GPIO数据总线接口与ARM系统板01通信，根据触发数据生成相应的触发信号。ARM系统板01包括处理器核心板011与外围系统板012,处理器核心板011,用于根据内置数据处理模型对采集或输入的数据信号完成数据处理，并根据触发策略生成触发数据；外围系统板012，用于为处理器核心板011提供若干数据总线及相应接口 ；包括触摸显示屏接口、USB接口、网络接口、RS232串口、PS/2接口、SD卡接口、音频接口及扩展接口 ；扩展接口包括电源信号接口、SPI总线接口、I2C总线接口、GPIO接口、时钟信号接口等；处理器核心板011通过外围系统板012的数据总线与信号采集模块02、信号触发模块03连接。信号采集模块02包括多通道A/D转换装置021与I2C总线接口，多通道A/D转换装置021，用于同时采集多路实时数据信号，输出采集数据；通过I2C总线接口将采集数据传送至外围系统板012;多通道A/D转换装置021包括信号调理装置211、模数转换装置212和通道选择装置213，信号调理装置211，将待采集信号源的电压幅值按比例转换为设定幅值范围内的电压信号输出；通过电压基准电路214设定电压幅值范围；模数转换装置212，将信号调理装置211输出的电压信号进行模数转换后作为采集数据输出；通道选择装置213，从若干个待采集信号源中选定一个或若干作为信号调理装置211的信号输入；当待采集信号源的数量较少时，将每个待采集信号源依次连接相应的信号调理装置211和模数转换装置212，将采集的数据通过I2C总线接口直接输出，当待采集信号源的数量较多时，将一部分待采集信号源通过通道选择装置213连接相应的信号调理装置211和模数转换装置212，将选定信号源的采集数据通过I2C总线接口直接输出。信号触发模块03包括电平驱动装置031、指示器032、第一触发开关电路033与GPIO接口，电平驱动装置031，通过GPIO接口接收触发数据，将触发数据转换为相应的脉冲信号或模拟信号输出；指示器032，通过GPIO接口接收触发数据，将触发数据转换为相应的声信号或光信号；第一触发开关电路033，通过GPIO接口输入触发信息；还可以包括第二触发开关电路034，将输入触发信息直接转换为相应的脉冲信号或模拟信号输出；利用I2C数据总线可以快速扩展模数转换装置212数量，利用通道选择装置213完成通道选择，提高数据信号采集效率。本实施例中的工作电源提供±3. 3V、±5V及±12V工作电压。在本实施例中，ARM系统板01选用基于INTEL XSCALE PXA270系列处理器的最小系统，包括操作系统、触摸显示屏接口、USB接口、网络接口、RS232串口、键盘接口、SD卡接口、音频接口及扩展接口，扩展接口输出电源信号、IO信号、SPI总线信号、I2C总线信号、GPIO信号、时钟信号接口等；信号调理装置211采用THS4131系列的全差动放大器，可以通过电阻调节放大器增益将± IOV范围内的信号缩小至±2V之间，并通过将参考电源端接入+2V电压基准，将差分输出的两端信号电压均抬升2V，据此设定幅值范围，适应后续电路的信号输入电压要求；电压基准电路214采用REF5020系列电压基准芯片；模数转换装置212采用ADSl110系列芯片，带有片内电压基准的16位模/数转换器，可满足高分辨率测量。该芯片可对±2.048V内的差分输入电压进行采样转换，兼容12C串行接口，在2. 7V至5. 5V的单电源下工作。图2所示为ADS1110的连接电路原理图。ADS1110有8种不同的类型的，每种类型都有一个不同的I2C地址。因此对于8通道以下的数据采集，可以直接采用多个ADS1110芯片即可；通道选择装置213采用ADG508系列芯片，为8通道模拟多路复用器；电平驱动装置031采用SN74LVC8T245系列芯片，进行双电源电压电平转换；第二触发开关电路034采用74ALS14系列芯片，进行信号反相与波形整形。如图2至图5所示，信号采集模块02中包括第一模/数转换器U1、第二模/数转换器U2、第一全差动放大器U3、第二全差动放大器U4、多路复用器U5,第一模/数转换器Ul的引脚3和引脚4分别通过12C总线接口的引脚SCL和引脚SDA连接外围系统板012的12C总线接口，第一模/数转换器Ul的引脚3连接上拉电阻R21后连接+5V工作电压，第一模/数转换器Ul的引脚4连接上拉电阻R22后连接+5V工作电压，第一模/数转换器Ul的引脚5连接+5V工作电压，第一模/数转换器Ul的引脚2接地。第二模/数转换器U2的引脚3和引脚4分别通过I2C总线接口的引脚SCL和引脚SDA连接外围系统板012的I2C总线接口，第二模/数转换器U2的引脚3连接上拉电阻R21后连接+5V工作电压，第二模/数转换器U2的引脚4连接上拉电阻R22后连接+5V工作电压，第二模/数转换器U2的引脚5连接+5V工作电压，第二模/数转换器U2的引脚2接地。第一全差动放大器U3的引脚5连接第一模/数转换器Ul的引脚6，第一全差动放大器U3的引脚4连接第一模/数转换器Ul的引脚1，第一全差动放大器U3的引脚6连接-12V工作电压，第一全差动放大器U3的引脚3连接+12V工作电压，第一全差动放大器U3的引脚8串联电阻Rl后连接多路复用器U5的引脚8，第一全差动放大器U3的引脚I串联电阻R3后接地，第一全差动放大器U3的引脚2连接电压基准电路214的输出电压，第一全差动放大器U3的引脚8和引脚5之间连接电阻R2，第一全差动放大器U3的引脚I和引脚4之间连接电阻R4。第二全差动放大器U4的引脚5连接第二模/数转换器U2的引脚6，第二全差动放大器U4的引脚4连接第二模/数转换器U2的引脚I，第二全差动放大器U4的引脚6连接-12V工作电压，第二全差动放大器U4的引脚3连接+12V工作电压，第二全差动放大器U4的引脚8串联电阻R5后连接待采集的信号源，第二全差动放大器U4的引脚I串联电阻R7后接地，第二全差动放大器U4的引脚2连接电压基准电路214的输出电压，第二全差动放大器U4的引脚8和引脚5之间连接电阻R6，第二全差动放大器U4的引脚I和引脚4之间连接电阻R8。多路复用器U5的引脚2连接+12V工作电压，多路复用器U5的引脚1、引脚16、引脚15连接外围系统板012的GPIO接口，多路复用器U5的引脚3连接-12V工作电压，多路复用器U5的引脚13连接+12V工作电压，多路复用器U5的引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚12、引脚11、引脚10、引脚9连接待采集的信号源，多路复用器U5的引脚14接地。本实施例的信号采集模块可以灵活配置模数转换通道数量，既可以直接将采集的数据信号通过I2C总线接口传送至外围系统板012，也可以利用多路复用器U5的片选功能调度多路采集的数据信号后再通过I2C总线传送至外围系统板012，结合处理器核心板011内置数据处理模型，形成复杂的模数数据信号的采集传输策略。如图6至图9所示，信号触发模块03包括电平转换芯片U7、按键S1、按键S2、场效晶体管Q1、发光二极管D1、触发器U8，电平转换芯片U7的引脚6串联电阻R34后输出触发信号，电平转换芯片U7的引脚I连接+5V工作电压，电平转换芯片U7的引脚I串联电容C12后接地，电平转换芯片U7的引脚2和引脚22连接数字参考地，电平转换芯片U7的引脚18通过GPIO接口连接外围系统板012的GPIO接口，电平转换芯片U7的引脚11、引脚12、引脚13接地，电平转换芯片U7的引脚23和引脚24通过电容C13接地，电平转换芯片U7的引脚23连接3. 3V工作电压。按键SI —端接地，按键SI的另一端连接GPIO接口，按键SI连接GPIO接口的一端串联电阻R30后连接3. 3V工作电压。场效晶体管Ql的栅极串联电阻R31后连接GPIO接口，场效晶体管Ql的栅极串联电阻R32后连接3. 3V工作电压，场效晶体管Ql的漏极接地，场效晶体管Ql的源极依次串联发光二极管Dl和电阻R33后连接+5V工作电压，发光二极管Dl的正极连接电阻R33。按键S2 —端接地，按键S2的另一端串联电阻R35后连接触发器U8的输入端，触发器U8的输出端输出触发信号，触发器U8的输入端串联电阻R36后连接+5V工作电压，触发器U8的输入端串联电容ClO后接地。本实施例的信号触发模块03可以完成手动触发、程序运行中条件触发、ARM系统板中断触发，触发类型灵活，触发信号的强度、频率灵活可调，可以针对被控设备产生多种触发信号。利用本发明的基于嵌入式系统的智能触发装置进行数据采集触发的控制方法，包括以下步骤步骤1，通过信号采集模块02实时采集各数据源或信号源的数据信号；步骤2，通过ARM系统板01分析处理采集的数据信号，生成触发数据，并输出；步骤3，信号触发模块03根据触发数据生成相应的触发信号。步骤I中所述的实时采集，或是直接将采集的数据流经I2C总线传送至ARM系统板01，或是对采集的数据流进行选择，然后经I2C总线传送至ARM系统板01 ；步骤2中所述生成触发数据的同时，将采集的数据和触发数据进行保存，并将数据图形化向显示设备输出；所述步骤3中所述的触发信号还包括通过第一触发开关电路033向ARM系统板01传送的触发信息产生的触发信号，还包括通过第二触发开关电路034手动生成的触发信号。
本控制方法可以完成多通道数据信号的灵活采集和多种触发类型的组合，提高基于嵌入式系统的智能触发装置的数据处理效率，触发信号精度和适应范围。如图10所示，利用本发明的基于嵌入式系统的智能触发装置进行信号源采集-数据处理-触发信号输出的控制方法，包括以下步骤sOl，加电启动智能触发装置；s02，初始化智能触发装置，包括各模块自检、设置各模块初始状态；s03，通过ARM系统板设置触发信号输出周期，信号源的数据采集周期；s04, ARM系统板监听来自GPIO总线硬件中断信号或来自⑶I接口的软件中断信号，未收到中断信号执行s05的判断，收到中断信号执行s09 ；s05, ARM系统板根据数据采集周期判断是否数据信号采样，当需要采样时执行s06,当不需要采样时返回s04 ；s06, ARM系统板从I2C总线读入采集的数据信号；s07, ARM系统板分析数据，根据处理模型生成触发数据参数；s08, ARM系统板根据触发策略判断是否输出触发信号，当输出触发信号时执行s09，当不输出触发信号时执行s081 ；s081，ARM系统板根据触发策略判断是否达到触发信号输出周期，当达到触发信号输出周期时执行s09，当未达到触发信号输出周期时执行SlO ；s09, ARM系统板将触发信号写到GPIO接口 ；s 10，ARM系统板记录数据，通过⑶I接口显示数据；si I，ARM系统板判断实验过程是否结束，结束时执行s 12，不结束时执行s04 ；sl2, ARM系统板将处理数据保存至SD卡；sl3, ARM系统板关闭各模块的设备驱动信号；sl4，结束实验过程。本控制方法在步骤s04通过中断信号完成手动触发，在步骤s08通过数据处理结果完成破断检测，在步骤s081通过定时器完成间隔记录，使得触发信号的组合结果产生多样性，可以满足复杂的触发方案设计。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种基于嵌入式系统的智能触发装置，包括电源，其特征在于还包括ARM系统板 (01)、信号采集模块(02)和信号触发模块(03)，信号采集模块(02)用于完成对多路数据信号的实时采集，并通过I2C数据总线接口向 ARM系统板(01)输出；ARM系统板(01)接收实时采集的数据信号，利用内置数据处理模型对多路数据信号进行实时处理，在符合内置触发策略时生成触发数据，通过GPIO接口输出；信号触发模块(03)通过GPIO接口与ARM系统板(01)通信，根据触发数据生成相应的触发信号。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的智能触发装置，其特征在于所述信号采集模块(02)包括多通道Α/D转换装置(021)与I2C总线接口，多通道Α/D转换装置(021)，用于同时采集多路实时数据信号，输出采集数据；通过I2C 总线接口将采集数据传送至ARM系统板(01)；多通道Α/D转换装置(021)包括信号调理装置(211)、模数转换装置(212)和通道选择装置(213)，信号调理装置(211)，将待采集信号源的电压幅值按比例转换为设定幅值范围内的电压信号输出；模数转换装置(212)，将信号调理装置(211)输出的电压信号进行模数转换后作为采集数据输出；通道选择装置(213)，从若干个待采集信号源中选定一个或若干作为信号调理装置 (211)的信号输入。
3.根据权利要求2所述的基于嵌入式系统的智能触发装置，其特征在于所述信号触发模块(03)包括电平驱动装置(031)与GPIO接口，电平驱动装置(031 )，通过GPIO接口接收触发数据，将触发数据转换为相应的脉冲信号或模拟信号输出。
4.根据权利要求3所述的基于嵌入式系统的智能触发装置，其特征在于所述信号触发模块(03)还包括第一触发开关电路(033)，第一触发开关电路(033)通过GPIO接口输入触发信息。
5.根据权利要求4所述的基于嵌入式系统的智能触发装置，其特征在于所述信号触发模块(03)还包括第二触发开关电路(034)，将输入触发信息直接转换为相应的脉冲信号或模拟信号输出。
6.根据权利要求5所述的基于嵌入式系统的智能触发装置，其特征在于所述信号采集模块(02)中包括第一模/数转换器(U1)、第二模/数转换器(U2)、第一全差动放大器 (U3)、第二全差动放大器(U4)、多路复用器(U5)，第一模/数转换器(Ul)的引脚3和引脚4分别通过I2C总线接口的引脚SCL和引脚 SDA连接外围系统板(012 )的12C总线接口，第一模/数转换器(Ul)的引脚3连接上拉电阻 R21后连接+5V工作电压，第一模/数转换器(Ul)的引脚4连接上拉电阻R22后连接+5V 工作电压，第一模/数转换器(Ul)的引脚5连接+5V工作电压，第一模/数转换器(Ul)的引脚2接地；第二模/数转换器(U2)的引脚3和引脚4分别通过I2C总线接口的引脚SCL和引脚SDA连接外围系统板(012 )的12C总线接口，第二模/数转换器(U2 )的引脚3连接上拉电阻 R21后连接+5V工作电压，第二模/数转换器(U2)的引脚4连接上拉电阻R22后连接+5V 工作电压，第二模/数转换器(U2)的引脚5连接+5V工作电压，第二模/数转换器(U2)的引脚2接地；第一全差动放大器(U3)的引脚5连接第一模/数转换器(Ul)的引脚6，第一全差动放大器(U3)的引脚4连接第一模/数转换器(Ul)的引脚1，第一全差动放大器(U3)的引脚6 连接-12V工作电压，第一全差动放大器(U3)的引脚3连接+12V工作电压，第一全差动放大器(U3)的引脚8串联电阻Rl后连接多路复用器(U5)的引脚8，第一全差动放大器(U3) 的引脚I串联电阻R3后接地，第一全差动放大器(U3)的引脚2连接电压基准电路(214)的输出电压，第一全差动放大器(U3)的引脚8和引脚5之间连接电阻R2,第一全差动放大器 (U3)的引脚I和引脚4之间连接电阻R4 ；第二全差动放大器(U4)的引脚5连接第二模/数转换器(U2)的引脚6，第二全差动放大器(U4)的引脚4连接第二模/数转换器(U2)的引脚1，第二全差动放大器(U4)的引脚6 连接-12V工作电压，第二全差动放大器(U4)的引脚3连接+12V工作电压，第二全差动放大器(U4)的引脚8串联电阻R5后连接待采集的信号源，第二全差动放大器(U4)的引脚I串联电阻R7后接地，第二全差动放大器(U4)的引脚2连接电压基准电路(214)的输出电压， 第二全差动放大器(U4)的引脚8和引脚5之间连接电阻R6，第二全差动放大器(U4)的引脚I和引脚4之间连接电阻R8 ；多路复用器(U5)的引脚2连接+12V工作电压，多路复用器(U5)的引脚1、引脚16、引脚15连接外围系统板(012)的GPIO接口，多路复用器(U5)的引脚3连接-12V工作电压， 多路复用器(U5)的引脚13连接+12V工作电压，多路复用器(U5)的引脚4、引脚5、引脚6、 引脚7、引脚12、引脚11、引脚10、引脚9连接待采集的信号源，多路复用器(U5)的引脚14 接地。
7.根据权利要求6所述的基于嵌入式系统的智能触发装置，其特征在于所述信号触发模块(03)包括电平转换芯片(U7)、按键S1、按键S2、场效晶体管Q1、发光二极管D1、触发器(U8)，电平转换芯片(U7)的引脚6串联电阻R34后输出触发信号，电平转换芯片(U7)的引脚I连接+5V工作电压，电平转换芯片(U7)的引脚I串联电容C12后接地，电平转换芯片 (U7)的引脚2和引脚22连接数字参考地，电平转换芯片(U7)的引脚18通过GPIO接口连接外围系统板(012)的GPIO接口，电平转换芯片(U7)的引脚11、引脚12、引脚13接地，电平转换芯片(U7)的引脚23和引脚24通过电容C13接地，电平转换芯片(U7)的引脚23连接3. 3V工作电压；按键SI —端接地，按键SI的另一端连接GPIO接口，按键SI连接GPIO接口的一端串联电阻R30后连接3. 3V工作电压；场效晶体管Ql的栅极串联电阻R31后连接GPIO接口，场效晶体管Ql的栅极串联电阻 R32后连接3. 3V工作电压，场效晶体管Ql的漏极接地，场效晶体管Ql的源极依次串联发光二极管Dl和电阻R33后连接+5V工作电压，发光二极管Dl的正极连接电阻R33 ；按键S2 —端接地，按键S2的另一端串联电阻R35后连接触发器(U8)的输入端，触发器(U8)的输出端输出触发信号，触发器(U8)的输入端串联电阻R36后连接+5V工作电压，触发器(U8)的输入端串联电容ClO后接地。
8.根据权利要求7所述的基于嵌入式系统的智能触发装置，其特征在于所述信号采集模块(02)还包括电压基准电路(214)，通过电压基准电路(214)的输出电压设定所述幅值范围。
9.根据权利要求1至8任一所述的基于嵌入式系统的智能触发装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤步骤I，通过信号采集模块(02)实时采集各数据源或信号源的数据信号；步骤2，通过ARM系统板(01)分析处理采集的数据信号，生成触发数据，并输出；步骤3，信号触发模块(03)根据触发数据生成相应的触发信号。所述步骤I中所述的实时采集或是直接将采集的数据流经I2C总线传送至ARM系统板(01)，或是对采集的数据流进行选择，然后经I2C总线传送至ARM系统板(01)；所述步骤2中所述生成触发数据的同时，将采集的数据和触发数据进行保存，并将数据图形化向显示设备输出；所述步骤3中所述的触发信号还包括通过第一触发开关电路(033)向ARM系统板(01) 传送的触发信息产生的触发信号，还包括通过第二触发开关电路(034)手动生成的触发信号。
10.根据权利要求1至8任一所述的基于嵌入式系统的智能触发装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤s03，通过ARM系统板设置触发信号输出周期，信号源的数据采集周期； s04，ARM系统板监听来自GPIO总线硬件中断信号或来自GUI接口的软件中断信号，未收到中断信号执行s05的判断，收到中断信号执行s09 ；s05, ARM系统板根据数据采集周期判断是否数据信号采样，当需要采样时执行s06，当不需要采样时返回s04 ；s06, ARM系统板从I2C总线读入采集的数据信号；s07, ARM系统板分析数据，根据处理模型生成触发数据参数；s08, ARM系统板根据触发策略判断是否输出触发信号，当输出触发信号时执行s09，当不输出触发信号时执行s081 ；s081，ARM系统板根据触发策略判断是否达到触发信号输出周期，当达到触发信号输出周期时执行s09，当未达到触发信号输出周期时执行SlO ； s09，ARM系统板将触发信号写到GPIO接口 ； s 10，ARM系统板记录数据，通过⑶I接口显示数据；si I，ARM系统板判断实验过程是否结束，结束时执行sl2，不结束时执行s04 ； sl2，ARM系统板将处理数据保存至SD卡。
全文摘要
一种基于嵌入式系统的智能触发装置，包括电源，其中包括ARM系统板、信号采集模块和信号触发模块，信号采集模块用于完成对多路数据信号的实时采集，并通过I2C数据总线接口向ARM系统板输出；ARM系统板接收实时采集的数据信号，利用内置数据处理模型对多路数据信号进行实时处理，在符合内置触发策略时生成触发数据，通过GPIO接口输出；信号触发模块通过GPIO接口与ARM系统板通信，根据触发数据生成相应的触发信号。实现了多通道数据信号实时采集、同步高效的数据分析和及时的触发信号输出，还包括其控制方法。
文档编号G06F13/20GK103019978SQ20121059303
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者彭瑞东, 杨彦从 申请人:中国矿业大学(北京)