摘要： 為集中監控工業現場的大量自動化儀表，提高工業生產中的自動化水平，現以S3C2410A 為主控芯片，以液晶屏為顯示設備，以觸摸屏為輸入設備，以SD 卡為存儲設備，設計一種電力設備數據記錄分析儀。記錄儀支持CAN 通信與485 通信2 種總線方式采集采樣模塊的數據，具有大屏幕顯示輸出，簡單易行的觸摸屏輸入，利用以太網上傳數據，大容量的存儲空間，功能齊全，用途廣泛。

　　本文所設計的系統就是為了滿足對各個設備的相關數據進行實時記錄與及時分析這樣的需求。本系統以S3C2410 為核心，采用linux 實時操作系統，結合嵌入式設備與網絡技術的優點， 有可連接設備數量多，速度快，功能多及可擴展性強等優點，可完成大量電力設備的集中監控，顯著提高用戶自動化系統的可靠性，節約大量的人力物力。

???? 基于S3C2410 的電力設備記錄儀采用了功能強大的ARM920T 內核的芯片作為CPU，支持485，CAN，以太網3 種通信方式，采用液晶顯示與觸摸屏，大容量SD 卡存儲單元。

　　1 系統的總體結構設計

　　系統的組成部分和主要功能如下：

　　1）上位機部分，主要負責遠程的信息配置與數據采集，記錄，與處理。

　　2）數據記錄分析儀部分：主要負責現場的信息配置和數據記錄與處理。

　　3）單片機系統：主要負責環境信息的采集，監控，處理。

　　2 系統的硬件設計

　　記錄儀的硬件系統由核心板與主板2 部分構成。其中核心板主要負責CPU 與RAM 存儲器，Flash 存儲器等的搭建。

　　主板包括整個系統的電源部分， 以太網通信部分，CAN 通信部分，485 通信部分，串行通信部分，顯示部分，數據存儲部分，CPLD 部分等。核心板與主板通過雙排插針的結構連接。

　　硬件設計的的結構圖如圖1 所示。

圖1 記錄儀結構圖

　　2.1 核心板的設計

　　核心板主要由CPU S3C2410、內存SDRAM、閃存NANDFlash、晶振電路、啟動配置電路等幾部分構成。

　　CPU S3C2410A 的內部僅僅集成了4 k 大小的SRAM，用作系統程序的引導程序空間， 所以需要擴展一定容量的RAM，用來用作主程序的運行空間，數據及堆棧區。當系統啟動時，CPU 首先從復位地址0x0 處讀啟動代碼， 完成系統初始化后，程序代碼一般都調入SDRAM 中運行，以提高系統的運行速度， 同時， 系統及用戶堆棧， 運行數據也都放在SDRAM 中。SRAM 中的引導程序完成以后，會將操作系統鏡像加載到SDRAM 中。本系統的SDRAM 由2 片HY57V561620T 構建成1 個32 位的SDRAM 存儲結構。

　　HY57V561620T 是1 個268 435 456 位的CMOS SDRAM 芯片，能夠很好地滿足大容量高寬度的存儲需求。

　　本系統中使用的Flash 為三星公司的K9F1208.， 容量為64 MB， 采用塊頁式存儲管理，8 個I/O 引腳充當數據，地址，命令的復用端口。

　2.2 主板的設計

　　如上所述，主板負責整個系統的電源部分，以太網通信部分，CAN 通信部分，485 通信部分，串行通信部分，顯示部分，數據存儲部分，CPLD 部分等。

　　2.2.1 電源模塊的設計

　　CPUS3C2410A 芯片的各個模塊采取獨立供電， 其中，內核在200 MHz 工作時， 工作電壓是1.8 V， 在266 MHz 工作時，工作電壓是2 V，存儲器和I/O 的工作電壓是3.3 V，所以本系統采用一個+5 V 的開關電源模塊， 然后再分別將+5 V電壓處理成3.3 V 電壓和1.8 V 電壓。其中3.3 V 電壓是用低壓差線性電壓源通過+5 V 調整得到的。直流5 V 電壓經外部接入，經過電源的濾波，輸出平穩的，5 V 可用的電壓，通過LM1117T 的調整可以得到可用的3.3 V 電壓。最后在輸出端接入一個100 μF 的鉭電容， 來改善其瞬態響應和穩定性。

　　原理圖如圖2 所示。

圖2 3.3 V 電壓的實現

　　系統中的1.8 V， 是用線性電壓調節器MIC5207 根據3.3 V轉換而成的，其原理圖如圖3 所示。輸出電壓用于向CPU 的內核供電。在上圖中，MIC5207 的3 腳接到CPU 的PWREN管腳， 通過PWREN 給MIC5207 一個電平， 可以控制MIC5207 的開關，從而可以將CPU 內核的電源關閉，使其進入掉電狀態。MIC5207 的4 腳接入1 個470 pF 的旁路電容，其作用在于進一步降低噪音。其輸出接入1 個470 pF 的濾波電容，進一步使輸出更加平穩。

圖3 1.8 V 電壓的實現

　　2.2.2 通信模塊的設計

　　本系統作為一個多功能的數據記錄顯示儀器， 提供485通信與CAN 通信與下位機采樣模塊連接。485 通信與CAN通信是工業現場比較常用的2 種模塊。另外，系統還配置了以太網通信模塊，便于將數據傳送到上位機進行集中監控和管理。下面，就分別進行簡單說明。

　　1） 485 通信模塊的設計

　　485 通信模塊原理圖如圖4 所示。

圖4 485 通信模塊原理圖

　　常規的485 通信模塊由電源隔離， 光耦電氣隔離，RS-485 總線收發器與保護器構成。由于地回路的存在，通信回路與地之間存在電勢差，在環境惡劣的場合尤為突出。電勢差會在通信線之間形成共模電壓。由于通信線之間對地阻抗不平衡，共模電壓就會在通信線之間產生干擾電壓，使通信的可靠性降低，嚴重情況下還會毀壞通信節點。電源隔離和光耦隔離的作用在于防止此情況發生，但是加入太多的隔離模塊會使電路復雜化。在本系統中，采用集成的隔離485 收發器模塊RSM485CHT，它集成了電源隔離，光耦電氣隔離，總線收發器與總線保護器。這樣降低了系統的復雜程度，又能有效地提高電路的抗干擾能力，傳輸速度和可靠性。還有效地減小了PCB 板的面積以及布線的復雜程度。

　　由于RSM485CHT 芯片的TXD，RXD，CON 的接口匹配電平是+5 V 電平，而CPU 的管腳電平是3.3 V，所以需要接入1 個總線電平轉化器74LV4245A， 用來給3 V 器件和5 V器件提供接口。也可以選擇與3.3 V 電平匹配的隔離模塊RSM3485CHT。