嵌入式开发新概念——嵌入式SoC智能平台(ESoC)(下)
2008-12-11
作者:广州致远电子有限公司
上一期致远专栏详细讨论了MiniISA总线,同时又介绍了利用MiniISA总线进行产品开发的原理,基于这些理论知识,本期文章进一步介绍MiniISA总线板卡。
1 MiniISA总线板卡概述
MiniISA系列总线板卡为符合工业控制应用要求的系列I/O" title="I/O">I/O板卡,采用智能型板卡结构,即在板卡上内置MCU。板载MCU对板卡上I/O端口进行控制,实现I/O数据的缓存,从而降低板卡对于MiniISA接口主机的依赖,节省主机处理数据的时间,保证MiniISA系统更加高效的运行。此外板载MCU可以对采集的数据或者输出数据进行进一步的处理,灵活满足实际应用或者定制化的需要,例如,对于MiniISA模拟量输入板卡来说,可以分析处理特定的传感器信号、增加特定的算法等。
广州致远电子有限公司围绕MiniISA总线发布了一系列智能板卡,涉及数字量输入/输出、模拟量输入/输出、GPRS通信、运动控制等方面。由于篇幅的限制,本文仅介绍其中的两块智能板卡:MiniISA-8208BE模拟量输入板卡和MiniISA-WG23" title="MiniISA-WG23">MiniISA-WG23 GPRS通信板卡。
2 MiniISA-8208BE模拟量输入板卡
MiniISA-8208BE是一款基于MiniISA总线结构、可嵌入到工业控制设备中的嵌入式工控设备。它包含八路模拟信号" title="模拟信号">模拟信号输入。每个模拟通道可单独设置量程为:±10V,±5V,±2.5V,±500mV,±150mV。每个通道都带ESD保护。
MiniISA-8208BE是一个16位A/D转换设备,可应用在工业现场传感器信号检测、电源检测、过程控制信号测量、流量测量等一些模拟信号的采集应用上。一个20PIN的公头插座可轻松连接测量转接头,用于信号输入。产品具有如下主要特性:
· ARM 32位 RISC CPU;
· 输入通道数:8路差分输入;
· 输入信号范围:±10V,±5V,±2.5V,±500mV,±150mV;
· AD转换分辨率:16位;
· 单电源,供电电压为5V DC;
· 电源极性反接保护功能;
· 隔离耐压:1 000Vrms;
· 工作环境温度:-20℃~+85℃;
· 外壳材料:阻燃尼龙;
· 防护等级:IP20。
电气参数如表1所示。
MiniISA-8208BE包含MiniISA总线接口、数据输入20PIN接口。设置上包含基地址设置拨码开关和中断使能选择。具体位置如图1所示。
· MiniISA接口:基于MiniISA协议控制通信总线,用于主机与板卡之间的总线通讯;
· AI接口:信号输入接口,连接外部模拟信号输入,八路差分输入;
· SA4~SA7:基地址选择拨码开关;
· IRQ_SELECT:中断使能选择。
MiniISA-8208BE功能模块的工作原理如图2所示。模块主要由电源、输入/输出处理电路以及MCU组成。
MiniISA-8208BE模块在工作时,对于输入的模拟量信号进行滤波、放大处理后,通过16位分辨率的ADC转换为数字量信号,经过光耦隔离后将采集到的数据传送到MCU。MiniISA接口用于实现总线通信。微处理器负责对ADC模块的控制、数据的处理,以及通信的实现。为提高系统的抗干扰能力,在微处理器和ADC模块之间采用光电隔离措施,并通过硬件看门狗监控模块的运行,防止模块死机,有效地提高了模块的可靠性。
3 MiniISA-WG23 GPRS通信板卡
MiniISA-WG23是一款基于GPRS网络的无线数据传输终端设备(DTU),提供全透明数据通道,可以方便地实现远程、无线、网络化的通信,使用户的设备轻松实现与Internet的无线连接。MiniISA-WG23具有网络覆盖范围广(移动网络覆盖范围,能使用移动电话的地方就可以使用)、组网灵活快捷(安装即可使用)、运行成本低(按流量计费)等诸多优点。可应用于电力系统、工业监控、交通管理、气象、水处理、环境监控、金融证券、煤矿、石油等行业。
MiniISA-WG23的典型应用是嵌入到用户的设备中进行工作。如图3所示。
通过MiniISA-WG23模块可以使远端的用户设备与管理中心的电脑进行透明数据通信。
透明数据通信是指用户设备与DTU之间没有通信协议,DTU将用户设备发送过来的数据原封不动地传送到目标管理工作站上,运行于管理工作站上的软件可以完整地接收到DTU发来的数据包。比如用户设备发送一个字节数据为0xAA,则在管理工作站端运行的软件就会收到一个字节数据0xAA。从管理工作站到用户设备的通信过程与之相同。
4 MiniISA总线板卡应用于环境监测" title="环境监测">环境监测实例
当前环境问题越来越多地受到人们的关注,环境数据的采集与监测设备也应运而生。环境监测设备主要由四部分构成:前端传感器、模拟量采集、数据存储和数据上传。传感器的选择与使用本文暂不讨论,重点讨论采集、存储、通信三部分。
环境监测设备对ADC的要求比较高,通常需要16位以上的ADC。此外,环境监测设备通常会放置在野外工作,如果采用RS-485、CAN-bus、以太网等手段进行通信,会面临一个非常大的问题——布线,所以,可以选择GPRS进行通信。
图4所示为采用MiniISA总线板卡实现的环境监测系统框图。EPC2000系列MiniISA工控机主板" title="工控机主板">工控机主板是广州致远电子有限公司开发的基于32位ARM7处理器 LPC2300的可扩展的嵌入式工控机主板,产品机械结构尺寸遵循PC/104相关规范,提供MiniISA总线接口。
由于采用GPRS进行通信,因此选择EPC-2600型号产品,选择MiniISA-8208BE智能板卡对模拟量部分进行采集,MiniISA-WG23 GPRS通信板卡用来上传数据。同时EPC2000系列MiniISA工控机主板支持CF卡数据存储。
该方案采用MiniISA总线进行产品开发,产品的可扩展性良好,升级方便。通过更换MiniISA模拟量板卡,可将模拟量采集部分升级为24位格式;通过GPRS可对系统软件进行远程在线升级,工程人员不必前往现场。
不难看出,充分利用MiniISA总线,不仅可以加快产品的开发速度、提高产品的可靠性,而且有利于后期的升级和维护。有关MiniISA总线的最新动态请关注网站:www.embedtools.com。