基于ARM9的便携式测力仪设计

　　0　引言

　　本系统作为测力仪,应用于建筑领域中的质量检测,用来测量钢筋和水泥所能承受的压力的大小。对水泥来说,由于水泥需要测量抗压和抗折两种能力,所以需要2路AD测量。抗压能力的大小取决于将整个水泥块压碎时所需的临界力,如图1(a)所示。而抗折能力的大小则取决于将水泥块一折两断时所需的临界压力,如图1(b)所示。对钢筋来说,用恒定的力来拉伸钢筋时,不仅要测量该拉力的大小,还要精确地检测其形变程度,即被拉伸的长度,所以我们采用了光电编码器来测量。如图1(c)所示,旋转编码器置于固定板上,皮带的一端绕在编码器上,另一端固定在拉力板上;钢筋用夹具固定于固定板和拉力板之间;固定板位置固定,由电机产生的拉力拉动拉力板,钢筋被拉长,皮带也带动编码器旋转,通过计算编码器旋转输出的脉冲得到钢筋被拉伸的长度。

　　1　硬件总体设计原理及框图

　　介绍了一种突破传统意义上的测力仪,主要特点是便携式。采用了以ARM9为核心的主处理器,利用其丰富的I/O口,32位地址数据总线,自带PWM、USB控制器、定时器等强大的功能,只需外接少量的电路,便可实现本系统所需的功能。再移植入Linux操作系统,保证了系统的实时性和稳定性。在测量现场,只需接上传感器及电机信号的接口,便可很方便地实现对压力大小以及物体形变的测量和控制。形成了测量精度高、存储能力强、人机界面友善、网络化的便携式测力仪。

　　1.1　总体框图

　　本系统总体的设计思路如图2所示。以三星公司的ARM9芯片S3C2440为中央处理芯片[1],外扩64MB的SDRAM和64MB的NAND Flash,移植入Linux操作系统。S3C2440使用ARM920T内核,主频是405MHz,具有通用的串口控制器、PWM控制器、USB控制器、A/D转换器、GPIO、外部中断、定时器、计数器等功能。

　　系统采用AD7730芯片将抗折和抗压的两路压力传感器的信号转化为数字信号交由CPU处理,并以S3C2440内部的PWM功能加上转换电路产生可变电压控制对压力形成反馈。由于压力使物体产生形变,所以在测量长度方面,采用光电编码器输出脉冲,输入CPU的计数器端进行计算。外围接口电路有键盘电路、电源及充电电路、SD卡接口电路、LCD液晶显示电路,以及网络电路。

　　后面介绍的芯片,都是5V电压供电的,它们工作时,CPU输入的3.3V信号可以认作是高电平,但是输出给CPU的5V信号线时,必须要通过74LVC4245芯片来进行电平转换。

　　1.2　AD7730电路

　　由于系统要求有抗压和抗折两种性能,故A/D转化部分采用双通道,具有24位精度的AD7730芯片[2],电路原理如图3所示。