嵌入式压力采集系统解读.doc
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1、 * 实践教学*甘肃工业大学兰州理工大学计算机与通信学院 年春季学期嵌入式系统开发技术课程设计题 目:嵌入式压力采集系统设计 专业班级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 成 绩: 摘要随着生产的发展,各个领域对压力采集的精度会越来越高,为此,本设计开发了一种压力采集检测系统,其实时性高、精度高,具有极好的抗干扰能力,能够方便地扩展处理多点压力信息,并能实现控制功能。总之,压力的采集与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值本文讨论了基于嵌入式技术作为主处理器的数据采集系统的实现方法。以压力数据采集为例,利用ARM微处理器作为主控CPU,辅以单独的数据采集模块采集数据,实现了智能化的压
2、力数据采集、传输、处理与显示等功能。并讨论了如何提高系统的速度、可靠性和可扩展性。关键词:嵌入式 压力 数据采集 精度目录摘要1一 前言3二 系统设计思想5三 基本原理63.1 硬件概述63.2 CC2530 结构及原理63.3 压力采集模块10四 系统分析134.1系统的硬件组成及工作原理134.2程序设计流程图144.3 软件系统设计14五 总结16六 参考文献17代码清单:18一 前言传统的压力数据采集系统由于存在响应慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁琐等弊端,已经不能完全适应现代化工业的高速发展。随着嵌入式技术的迅猛发展,设计高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便的数据采集系统成
3、为当务之急。而现在的ARM处理器不但便宜而且性能较传统的51单片机高得多,集成度也大大提高,为单芯片解决方案提供了非常方便的平台,在很多场合都可以用一个芯片就包容了你所需要的全部资源,根本不用扩展其他资源了。不但电路简单易行风险减小而且产品价格也能控制在最理想状态。这些优势也正是ARM处理器风靡全球的理由所在。 压力,垂直作用于物体表面上的力。界面可以是指流体内部任意划分的分离面,也可以流体与固体之间的接触面。任意流体元表面都受到来自外界的作用力,称表面力。不少学科常常把压强叫做压力,同时把压力叫做总压力。这时的压力不表示力,而是表示垂直作用于物体单位面积上的力。在工程上压力和压强叫法有时不严
4、格区分。压力传感器是是工业实践中最为常用的一种传感器,是一种将压力转换成电流、电压的器件,可用于测量压力,位移等物理量。其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。二 系统设计思想有许多客观需求促进了ARM处理器的设计改进。首先,便携式的嵌入式系统往往需要电池供电。为降低功耗,ARM处理器已被特殊设计成较小的核,从而延长了电池的使用时间。高的代码密度是嵌入式系统的又一个重要需求。由于成本问题和物理尺寸的限制,嵌入式系统的存储器是很有限的。所以,高的代码密度对于那些只限于在板存储器的应用是非常有帮助的。另
5、外,嵌入式系统通常都是价格敏感的,因此一般都使用速度不高、成本较低的存储器。ARM内核不是一个纯粹的RISC体系结构,这是为了使它能够更好的适应其主要应用领域嵌入式系统。在某种意义上,甚至可以认为ARM内核的成功,正是因为它没有在RISC的概念上沉入太深。现在系统的关键并不在于单纯的处理器速度,而在于有效的系统性能和功能。三 基本原理3.1 硬件概述在本系统的设计过程中,根据嵌入式系统的基本设计思想,系统采用了模块化的设计方法;并且根据系统的功能要求和技术指标,系统遵循自上而下、由大到小、由粗到细的设计思想;按照系统的功能层次,在设计中把硬件和软件分成若干功能模块分别设计和调试,然后全部连接起
6、来统调。3.2 CC2530 结构及原理CC2530是一个兼容IEEE 802.15.4的真正的片上系统,支持专有的802.15.4市场以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE标准。CC2530提供了101dB的链路质量,优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性,四种供电模式,多种闪存尺寸,以及一套广泛的外设集包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO,以及更多。除了通过优秀的RF性能、选择性和业界标准增强8051MCU内核,支持一般的低功耗无线通信,CC2530还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈(RemoTI, Z-Stack, 或SimpliciTI)
7、来简化开发,使你更快的获得市场。CC2530可以用于的应用包括远程控制、消费型电子、家庭控制、计量和智能能源、楼宇自动化、医疗以及更多领域。根据芯片内置内存的不同容量,CC2530拥有三种不同的版本:CC2530-F32/F64/F128/F256,编号后缀分别代表了芯片具32KB,64KB,128KB或256KB的闪存。 比起第一代CC2430,CC2530提供了改进的RF性能,多达256KB的闪存以支持更大的应用,强大的地址识别和数据包处理引擎, 能够很好的匹配RF前端,封装更小,IR一代电路,以及支持ZigBee PRO 和ZigBee RF4CE。 图3.1框图显示了 CC2530 器
8、件系列不同的构造模块。可大致分为 3 类模块:CPU和相关存储器模块,外设、时钟和电源管理模块,无线模块。CC2530 是基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee 和RF4CE 上的一个片上系统解决方案。其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。CC2530 芯片结合了RF 收发器,增强型8051 CPU,系统内可编程闪存,8-KB RAM 和许多其他模块的强大的功能。如今CC2530 主要有四种不同的闪存版本:CC2530F32/64/128/256,分别具有32/64/128/256KB 的闪存。其具有多种运行模式,使得它能满足超低功耗系统的要求。同时CC2530
9、运行模式之间的转换时间很短,使其进一步降低能源消下图是CC2530 的方框图,图中模块大致可以分为三类:CPU 和内存相关的模块;外设、时钟和电源管理相关的模块,以及无线电相关的模块。图1 CC2530方框图图2 CC2530引脚图利益:l 支持Zigbee / Zigbee PRO , Zigbee RF4CE, 6LoWPAN, WirelessHART 及其他所有基于802.15.4标准的解决方案;l 卓越的接收机灵敏度和可编程输出功率;l 在接收、发射和多种低功耗的模式下具有极低的电流消耗,能保证较长的电池使用时间;l 一流的选择和阻断性能(50-dB ACR)应用:l 智能能源/自动
10、化仪表读取l 远程控制l 居家及楼宇自动化l 消费类电子产品工业控制及监测主要特点:l 高达256kB的闪存和20kB的擦除周期,以支持无线更新和大型应用程序l 8kB RAM用于更为复杂的应用和Zigbee应用l 可编程输出功率达+4dBml 掉电模式下,在睡眠定时器运行时,仅有不到1uA的电流损耗CC2530前瞻及应用CC2530实施了IEEE 802.15.4 标准,因此它是一款通用性极强的芯片高级计量与Zigbee智能能源、家庭与适用于包括消费类电子与RF4CE远程控制、楼宇自动化、照明、工业控制与监控、保健与医疗等在内的许多市场。CC2530搭配最新的Zigbee PRO协议栈以及我
11、们的支持,到目前为止成为业界最佳的市场解决方案概念。另一种基于IEEE的标准被称为RF4CE,最近在国外人气急升,由于拥有非视距操作,全球多家大型消费类电子公司合力推动RF远程控制技术进入普通家庭。更大的遥控范围、双向确认通信等功能,因此RF4CE将会彻底改变您的家庭影院体验。3.3 压力采集模块、图3 压力传感器模块压力传感器模块采用桥上轻触传感器,能检测出01500g的正压力。 FSS小型力传感器:FS系列传感器具有精密可靠的力传感性能,它封装在小型商品等级的包装中,其价格便宜。该传感器的特色是采用了已被证明可靠的传感技术,即使用专门设计的精制压敏电阻硅传感元件。小功率,无放大、无补偿的惠
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