嵌入式示波器电排波形系统的应用

2014-03-17

中国设备工程 2014年9期

关键词：示波器缓冲器以太网

（上海通用汽车有限公司，上海 201206）

嵌入式示波器电排波形系统的应用

程云良

（上海通用汽车有限公司，上海 201206）

鉴于上海通用汽车金桥南厂总装门线机运线驱动控制方式复杂，发生故障时无法快速处理，开发了嵌入式示波器电排波形系统，解决了问题。

门线机运线；切割编码；嵌入式示波器

利用电力线将交流电正弦波形进行切割编码，形成的数据码可对驱动进行速度、高度及启停控制。上海通用汽车金桥南厂总装门线机运线采用了该技术。由于其复杂性，在发生故障时不能快速定位波形数据是否正确，影响设备正常运行。

为了在现场便于浏览和快速查看，总装维修团队自行开发，采用局域网络，将嵌入式在线多段示波器相连，形成电排波形监视和报警系统，发生故障时可依据波形快速定位故障源并及时排除，减少了对生产的影响。

一、系统硬件组成

嵌入式示波器电排波形系统其结构称为分布式控制系统。电排波形采集分成二个部分：隔离缓冲器和ARM嵌入简易示波器。电排信号采集示波器示意图如图1所示。

图1 电排信号采集示波器示意图

1.隔离缓冲器硬件设计（图2）

图2 电排PCM信号隔离缓冲器

隔离缓冲器功能主要是把AC220V交流电降到0～3V交流信号，而电排信号是高压高阻信号，用一般的变压器降压是不行的，也必须要高阻处理电路，一般采用运放缓冲电路。为了隔离工厂交流电与嵌入式处理器，采用了1：1音频变压器，音频变压器电气绝缘良好、传输交流信号不失真，可满足信号传输要求。电排信号隔离缓冲器输出幅度可调，可以满足嵌入控制器的要求。

2.网络接口工作原理

DM9000A是DAVICOM公司推出的一款高速以太网接口芯片，是完全集成的和符合成本效益的单芯片快速以太网MAC控制器，具有低功耗、高处理性能，而其操作又非常简单，具有通用的处理器接口，可以与多种处理器直接连接，数据总线宽度可设置为8b和16b，支持3.3V和5V电源模式。

3.电源电路设计

STM32103ZC系列ARM7微控制器均要使用I/O口供电电源为3.3V，所以系统设计为3.3V应用系统。LDO芯片分别采用SPX1117M3-1.8和SPX1117M3-3.3，其特点为输出电流大、输出电压精度高、稳定性好。

4.显示电路设计

配有3.0英寸液晶、TF6758液晶模块，TFT6758液晶模块的工作电压为3.3V，内带白光LED背光灯，可以直接使用8位、16位或18位总线方式与控制器连接。

二、系统软件设计

图3 STM32F103软件框图

STM32F103软件设计包含数据处理和网络数据处理二大部分。数据处理包含数据采集、数据处理和波形显示；网络数据处理采用开源的UIP1.0接口软件，为了完成大量数据传输采用UDP协议通信。

2.数据采集程序三模块

（1）ADC转换：STM32增强型芯片内置的2个独立ADC，可以有16个通道，并且2个通道可以并行的同步采样。

（2）采样频率控制：由于STM32内部的4个TIMER非常强大，每个TIMER又有4个通道，再加上独立的预分配器，实际上可以实现任意分频。

（3）采样数据传输及每次采样深度控制：ADC产生的转换数据通过高速DMA通道1来传输至指定的内部RAM中，并且将DMA通道一设置成最高优先级，以保证数据准确，并且用DMA每次传输的个数来控制采样的深度。

3.上位机示波器软件设计

为提高虚拟示波器程序的运行效率，编程采用多线程思想，所谓多线程就是将程序分割成相互独立运行的子任务，其中包括主线程和分线程。

4.以太网数据通信设计

电排波形示波器采用分布式以太网接入技术，即将以太网控制模块嵌入在嵌入式系统中，使设备能直接连接到以太网。嵌入式系统将包含被测信号数据信息的以太网数据帧发送到局域网内的上位机时，需要根据48b的以太网硬件地址来确定目的接口。地址解析协议ARP为以太网硬件地址和IP地址提供映射。虚拟示波器运行时嵌入式系统向目的上位机发送ARP请求，预先设定好IP地址的上位机接收到报文后，识别出这是发送端在询问它的硬件地址，则发送一个包含自身的IP地址和硬件地址的ARP应答，嵌入式系统收到应答之后便可向目的上位机发送数据报了。