基于LabVIEW和ARM嵌入式数据采集与远程传输控制系统
基于嵌入式网络的远程数据采集系统具有不受地理环境、气候、时间的影响,小型便携,使用灵活方便,交互操作性好,传输速率高,可靠性高,功耗低和移动性好等优点。目前常用的嵌入式CPU中,ARM由于性价比在同类产品中比较突出,目前用得越来越多,尤其是结合开源的嵌入式Linux操作系统以后,更是得到越来越多设计者的青睐。LabVIW作为一种功能强大,简单易用和设计灵活的图形化编程语言,已经广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,越来越多地应用在虚拟仪器、测试测量、数据分析、信号处理以及远程控制中。本设计中,远程数据采集系统采用基于ARM和嵌入式Linux的方案来实现。采用高性能的ARM嵌入式微处理器Samsung S3C2440作为系统的核心,结合数据采集、下变频、存储模块,实现了数据高速实时采集。同时,利用处理器外部配备的以太网控制器CS8900完成与主机上运行的LabVIEW服务器通信,实现数据的传输与系统的远程控制。
1 系统整体结构
采用SamsungS3C2440作为前端数据采集系统的核心控制器件。系统的整体设计任务分为信号采集与下变频、数据存储与传输、信号显示与处理分析等。整体设计方案构架见图1。信号采集部分采用ADI公司的AD9244完成,AD9244是一款14 bit,40/65 MSPS的高性能ADC。为了满足AD9244差分输入的要求,在信号的输入端配合了AD8138低失真单端转差分ADC驱动芯片。信号采集完成后,送至ADC6620正交数字下变频器(Digital Down Conversion,DDC)处理,经过抽取和滤波后的I,Q两路正交信号在其输出的数据有效以及I/Q指示信号的配合下,由FPGA产生静态随机存取存储器(static Random Access Memory,SRAM)存储时序并存储至64 K×16 bit的SRAM中。
在FPGA中主要完成SRAM读写时序产生、SRAM读写地址生成、数据通道选择等工作,FPGA中的逻辑在一个16 bit的控制字寄存器的控制下有序地工作。当SRAM中存储一定量的数据后产生中断信号,提示ARM将数据取走。为了提高系统的速度,ARM采用直接数据存储(Direct Memory Address,DMA)方式读取数据。之后运行在ARM上的客户端程序将数据通过网络发送给远程主机。远程主机上的LabVIEW服务器程序对收到的数据进行显示、频谱分析、存储回放等处理,同时远程主机的控制信号以及为下变频器ADC6620设计的滤波器文件也可以通过网络发送给客户端,实现远程控制。
2 现场数据采集系统的硬件设计
2.1 ADC设计
外部模拟信号从SMA(Sub Miniature-A)接口输入,隔离直流后进入AD8138 ADC驱动芯片,AD8138将单路输入信号变成两路差分信号,送至AD9244转换。AD9244中几个重要引脚的含义及接法:
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