嵌入式系統(tǒng)的遠程參數(shù)測量的設計(2)

　　此時采集到的電壓值實際上是交流電壓的瞬時值，其實時性好，相位失真小，本文用軟件代替硬件實現(xiàn)交流電壓采集可以使得硬件投資減小，實踐證明，采用該方法并通過算法計算后獲得的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等電力參數(shù)有著較好的精確度和穩(wěn)定性。

　　電壓有效值公式為

將其離散化，以一個周期內(nèi)有限個采樣電壓數(shù)字量來代替一個周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則

式中 ΔTm為相鄰兩次采樣的時間間隔;um 為第 m-1 個時間間隔的電壓采樣瞬時值;N 為 1 個周期的采樣點數(shù)。若相鄰兩采樣的時間間隔相等，即 ΔTm 為常數(shù) ΔT，考慮到 N=(T/ΔT)+1，則有

　　周期內(nèi)等時間間隔準確采樣 16 點并存儲結(jié)果，采集完后，對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波并計算得到相應的值。

　　系統(tǒng)中溫度測量采用 DS18B20 分辨率可編程單線數(shù)字溫度計，并可結(jié)聯(lián)使用。測量溫度范圍為-55 度至+125 度，精度可達 0.5 度，數(shù)字精度可編程為9 至12bit。該芯片僅單線輸出，可連接 CPU 的 IO 管腳，需進行編程控制。本系統(tǒng)采用Linux 操作系統(tǒng)下的 IO 輸入輸出設備驅(qū)動控制進行讀寫操作，進而實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集，具體的程序流程如下節(jié)所述。

　　圖 3a 電流感應輸出電壓關系圖 圖 3b 光照度頻率關系圖

　　系統(tǒng)中光照度測量采用光敏傳感器 TSL235 電路，該電路是光照度到頻率的轉(zhuǎn)換電路，內(nèi)置一個硅光敏二極管和電流到頻率的轉(zhuǎn)換器，輸出為 50%占空比的不同頻率的方波，管腳只有電源、地和輸出，輸出可直接和 CPU 的 IO 相連，CPU 通過 TIMER 控制或中斷檢測即可測得該方波的頻率，從而可計算出相應的光照度。其光照度和頻率的關系曲線如圖 3b 所示。

　　5. 軟件模塊

　　本系統(tǒng)軟件在 linux 操作系統(tǒng)下實現(xiàn)，其軟件結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

　　系統(tǒng)中 ADC、IO 等操作均采用設備驅(qū)動方法實現(xiàn)，先編寫設備驅(qū)動程序，將驅(qū)動加入到操作系統(tǒng)中，然后在應用中調(diào)用驅(qū)動程序。如 ds18b20 溫度采集采用 IO 操作的方法。先建立 IO 驅(qū)動， module_init(DS18B20_init)， 主要實現(xiàn)設備注冊 register_chrdev(240, "ds18b20", &DS18B20_fops)。DS18B20_fops 文件操作主要包括 ioctl，通過 ioctl 中WriteOneChar，ReadOneChar 等 IO 的控制實現(xiàn)溫度的采集。

　　6.結(jié)語

　　 本文介紹了基于 S3C2410X ARM 的參數(shù)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可針對電力設備的電壓、電流、溫度、光敏度等進行測量、采集，存儲于系統(tǒng)內(nèi)部基于 SNMP 的 MIB 數(shù)據(jù)庫中，并通過網(wǎng)絡協(xié)議進行遠程訪問。系統(tǒng)采用 ARM 嵌入式實現(xiàn)，性價比高，功能強，在實際中得到了很好的應用。