基于arm的虛擬直流電測量儀器

摘 要： 為了提高直流電測量精度并簡化直流電相關數據采集和處理的流程，設計了一種基于4位半BCD輸出的A/D轉換直流電測量虛擬儀器。該儀器測量采用了具有雙積A/D轉化的ICL7135芯片完成直流電數據采集，采用ARM9嵌入式芯片和Linux+Qt/E系統進行數據處理和顯示。軟件部分采用模塊化設計，可以對數據進行多種計算機處理。該系統抗工頻干擾性能好，測量精度高，接口豐富，系統應用方便，軟件功能強大。相關的實驗取得了預期良好的效果。

關鍵詞： A/D轉換； 嵌入式系統； ICL7135； 虛擬儀器

中圖分類號： TN919?34； TP368 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0133?03

0 引 言

虛擬儀器是在計算機技術的基礎上發展起來的，結合數據采集技術，實現各種電量的測量[1]。在直流電測量時，采用速度高的AD，工頻電壓等干擾量使得測量結果不穩定。本文采用了轉換速度低雙斜積分式4位半單片A/D轉換器ICL7135實現了一種直流電測量儀器。ICL7135輸入阻抗達109 Ω以上，對被測電路幾乎沒有影響；有自動校零；精確的差分輸入電路；自動判別信號極性；可輸出超、欠壓輸出信號；采用位掃描與BCD碼輸出[2]。計算機系統采用嵌入式ARM開發板，有串口、網口、USB接口。可實現通道選擇、數據處理、存儲、共享、傳輸。

1 系統構成

系統由ICL7135外圍電路及與ARM開發板接口電路組成，ICL7135外圍電路如圖1所示。

ICL7135采用了雙電壓供電。SingnalInput為被測電壓輸入，2腳為基準電壓，22引腳為時鐘輸入[3]，頻率100～200 kHz之間，不同的時鐘輸入決定了采樣速率，時鐘頻率為120 kHz是可以有效地抑制工頻干擾。23引腳輸入電壓極性，D1～D5分別為輸出電壓低位到高位，B1，B2，B4，B8對應的BCD碼。ICL7135時鐘輸入信號由ARM2440的12 MHz晶振通過74HC4040芯片64分頻得到187.5 kHz；每秒約4次A/D在轉換。與ARM接口電路參見圖2。

ICL7135的D1～D5分別接ARM2440的GPG0，GPG3，GPG5，GPG6，GPG7引腳；B1，B2，B4，B8接GPG8～GPG11腳；CLK和74HC4040的Q5端相連。ICL713轉換完畢后D5～D4時序如圖3所示。ICL7135AD轉換完畢后D5產生脈沖，B1～B8輸出最高位數值的BCD碼，接著D4～D1分別輸出下一位數值的BCD碼[4]。

2 驅動程序

嵌入式系統采用ARM2440開發板，操作系統為Linux，虛擬儀器驅動程序流程圖如圖4所示。

其中全局變量GPG（0，3，5，6，7）設置為外部中斷模式，GPG（8～11）設置成I/O模式；vaule[ ]存取A/D轉換后各位的數值。

3 應用程序設計

嵌入式系統對實時性的要求高，對的GUI提出了更高的要求，嵌入式GUI必須占用空間小、可裁減定制、運行速度快，而且要滿足高可靠性和高性能。當前嵌入式輕型GUI的工具庫有很多，如Microwindows，MiniGUI，Xfree86，Ot/E等[5]。Qt/E作為嵌入式GUI的實現工具，支持幀緩沖驅動，它可以在沒有X?Server或XLib的支持的條件下直接寫幀緩沖，節省了內存使用，提高了程序的運行效率[6]。

3.1 交叉編譯環境（基于ubuntu?10）

第1步 安裝交叉編譯工具鏈[7]：

解壓arm?linux?gcc?3.4.1.tar.bz2

解壓后的默認目錄/usr/local/arm/3.4.1，修改/etc/profile設置環境變量

PATH=/usr/local/arm/3.4.1/bin：$PATH

第2步 編譯tslib?1.4：觸摸屏庫

解壓到/home下

#./autogen.sh

#./configure ??prefix=/home/linux/mytslib ??host=arm?linux ac_cv_func_malloc_0_non1=yes

#make

#make install

第3步 交叉編譯QT：解壓 qt?embedded?linux?opensource?src?4.4.2.tar.gz

進入解壓目錄運行：

#./configure ?embedded arm ?xplatformqws/linux?arm?g++ ?qt?libpng ?qt?gfx?linuxfb ?qt?gfx?qvfb ?qt?gfx?vnc ?qt?gfx?transformed ?qt?gfx?multiscreen ?qt?kbd?usb –libdir /lib ?confirm?license ?qt?mouse?tslib ?I /home/linux/mytslib/include ?L /home/linux/mytslib/lib

通過configure配置可以增加或者裁減掉opengllibpnglibjpeg等庫支持。

#make

#make install

設置Qt環境變量：

QTEDIR=Qt目錄

PATH= Qt目錄/bin/：$PATH

LD_LIBRARY_PATH= Qt目錄/lib/：$LD_LIBRARY_PATH

配置完成后用QCreater編寫程序，交叉編譯成arm開發板可執行文件。

3.2 應用軟件編寫

Qt采用C++語言編寫。為了體現程序可讀性，為顯示、存儲、傳輸部分分別建立了類[8]。

程序框圖如圖5所示。

其中：

（1）數據采集部分參考代碼：

intfd=open（設備）

read（fd，buffer）

（2）曲線以圖片形式存儲到U盤參考代碼：

fn=\"/udisk/\"+QString：：number（num）+\".png\"；

pixmap=QPixmap：：grabWidget（figure）；

pixmap.save（fn，\"png\"））

遠程傳輸采用串口參考代碼：

fd=open（\"/dev/ttySAC1\"，O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY）；

write（fd，data）

圖6為虛擬儀表在arm2440開發板運行界面。

4 結 語

本為設計了一種基于嵌入式ARM系統的虛擬儀器，該儀器抗干擾性強，測量精度高，且接口豐富，可實現數據處理、存儲、共享，傳輸。本儀器設置了串口通信傳輸距離近，如需遠程傳輸數據可采用Socket編程[9]，基于TCP/IP協議實現可靠數據傳輸。

參考文獻

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