近距离无线通信的嵌入式数据记录设备设计

　　引 言

　　“黑匣子”是比较流行的电子记录设备之一，广泛应用于实时记录飞机、船舶、汽车等行进过程中的重要数据，包括速度、方向、高度、偏转角、发动机的转速和温度等。通过这些数据可以了解其运行过程中的情况，同时也是故障检测、分析事故原因的重要依据。在工业领域，常见的记录仪有压力记录仪、温度记录仪、湿度记录仪等，用于对生产环境进行实时监测，从而保证了有效生产和安全生产。

　　记录仪的数据下载方式通常有两种：通过传输线缆下载和通过插拔存储卡下载。前者需要连接线缆，后者需要插拔存储卡，两者均需要结构方面的拆卸。但在某些应用环境中，记录仪不便于拆卸，特别是在一些辐射性强的工业现场，更不适于长时间的近距离接触。另外，这两种方式在一定程度上均可能降低系统的可靠性。

　　本文依据某工业现场电子设备数据记录的需求，提出了一种基于近距离无线通信的数据记录设备。该设备以红外或蓝牙方式下载数据，与传统的数据下载方式相比，下载数据时既不需要拆卸设备连接线缆或插拔存储卡，又减少了连线和插拔存储卡可能导致的接触故障。

　　1 设计需求

　　在某工业现场电子设备工作过程中，要求记录系统能够实时记录设备的各种电气信号及其工作时序，用于事后设备运行状况的分析以及故障排查、定位。需要实时采集记录的信号包括2路ARINC429信号、10路TTL数字信号以及16路模拟信号。采样频率应大于或等于1 kHz，记录时间为1 h左右。根据信号通道数量、数据采集速率和数据记录时间，可估算出记录系统的存储容量应大于500 MB。通常，微处理器内部的存储空间有限，故需要将采集到的数据存储到存储容量大、具有非易失性的外部存储器中。本系统使用Sandisk公司的1 GB工业级CF卡作为存储设备。

　　2 系统总体设计方案

　　系统采用DSP和FPGA协同控制的方案，总体设计方案如图1所示。DSP主要完成数据的实时采集和控制，FPGA的数据传输，以及与无线通信模块的数据传输;FPGA则实现数据缓存和读写CF卡的逻辑时序控制。

　　DSP是主控制器。选用TI公司的16位定点DSP芯片TMS320F240。它的指令周期为50 ns，内部具有544字的RAM、224K字的可寻址存储空间、双10位模/数转换器、28个独立可编程的多路复用I/O引脚、1个异步串行通信口(SCI)，以及1个同步串行通信口(SPI)。其内部资源可以满足系统对TTL信号和模拟信号的采集需求，通过外接ARINC429、红外和蓝牙专用接口芯片，实现ARINC429数据信号的采集和两种无线方式的通信。