嵌入式示波器電排波形系統的應用

（上海通用汽車有限公司，上海 201206）

嵌入式示波器電排波形系統的應用

程云良

（上海通用汽車有限公司，上海 201206）

鑒于上海通用汽車金橋南廠總裝門線機運線驅動控制方式復雜，發生故障時無法快速處理，開發了嵌入式示波器電排波形系統，解決了問題。

門線機運線；切割編碼；嵌入式示波器

利用電力線將交流電正弦波形進行切割編碼，形成的數據碼可對驅動進行速度、高度及啟停控制。上海通用汽車金橋南廠總裝門線機運線采用了該技術。由于其復雜性，在發生故障時不能快速定位波形數據是否正確，影響設備正常運行。

為了在現場便于瀏覽和快速查看，總裝維修團 隊自行開發，采用局域網絡，將嵌入式在線多段示波器相連，形成電排波形監視和報警系統，發生故障時可依據波形快速定位故障源并及時排除，減少了對生產的影響。

一、系統硬件組成

嵌入式示波器電排波形系統其結構稱為分布式控制系統。電排波形采集分成二個部分：隔離緩沖器和ARM嵌入簡易示波器。電排信號采集示波器示意圖如圖1所示。

圖1 電排信號采集示波器示意圖

1.隔離緩沖器硬件設計（圖2）

圖2 電排PCM信號隔離緩沖器

隔離緩沖器功能主要是把AC220V交流電降到0～3V交流信號，而電排信號是高壓高阻信號，用一般的變壓器降壓是不行的，也必須要高阻處理電路，一般采用運放緩沖電路。為了隔離工廠交流電與嵌入式處理器，采用了1：1音頻變壓器，音頻變壓器電氣絕緣良好、傳輸交流信號不失真，可滿足信號傳輸要求。電排信號隔離緩沖器輸出幅度可調，可以滿足嵌入控制器的要求。

2.網絡接口工作原理

DM9000A是DAVICOM公司推出的一款高速以太網接口芯片，是完全集成的和符合成本效益的單芯片快速以太網MAC控制器，具有低功耗、高處理性能，而其操作又非常簡單，具有通用的處理器接口，可以與多種處理器直接連接，數據總線寬度可設置為8b和16b，支持3.3V和5V電源模式。

3.電源電路設計

STM32103ZC系列ARM7微控制器均要使用I/O口供電電源為3.3V，所以系統設計為3.3V應用系統。LDO芯片分別采用SPX1117M3-1.8和SPX1117M3-3.3，其特點為輸出電流大、輸出電壓精度高、穩定性好。

4.顯示電路設計

配有3.0英寸液晶、TF6758液晶模塊，TFT6758液晶模塊的工作電壓為3.3V，內帶白光LED背光燈，可以直接使用8位、16位或18位總線方式與控制器連接。

二、系統軟件設計

圖3 STM32F103軟件框圖

STM32F103軟件設計包含數據處理和網絡數據處理二大部分。數據處理包含數據采集、數據處理和波形顯示；網絡數據處理采用開源的UIP1.0接口軟件，為了完成大量數據傳輸采用UDP協議通信。

2.數據采集程序三模塊

（1）ADC轉換：STM32增強型芯片內置的2個獨立ADC，可以有16個通道，并且2個通道可以并行的同步采樣。

（2）采樣頻率控制：由于STM32內部的4個TIMER非常強大，每個TIMER又有4個通道，再加上獨立的預分配器，實際上可以實現任意分頻。

（3）采樣數據傳輸及每次采樣深度控制：ADC產生的轉換數據通過高速DMA通道1來傳輸至指定的內部RAM中，并且將DMA通道一設置成最高優先級，以保證數據準確，并且用DMA每次傳輸的個數來控制采樣的深度。

3.上位機示波器軟件設計

為提高虛擬示波器程序的運行效率，編程采用多線程思想，所謂多線程就是將程序分割成相互獨立運行的子任務，其中包括主線程和分線程。

4.以太網數據通信設計

電排波形示波器采用分布式以太網接入技術，即將以太網控制模塊嵌入在嵌入式系統中，使設備能直接連接到以太網。嵌入式系統將包含被測信號數據信息的以太網數據幀發送到局域網內的上位機時，需要根據48b的以太網硬件地址來確定目的接口。地址解析協議ARP為以太網硬件地址和IP地址提供映射。虛擬示波器運行時嵌入式系統向目的上位機發送ARP請求，預先設定好IP地址的上位機接收到報文后，識別出這是發送端在詢問它的硬件地址，則發送一個包含自身的IP地址和硬件地址的ARP應答，嵌入式系統收到應答之后便可向目的上位機發送數據報了。

三、系統應用

2013年1月，嵌入式示波器電排波形系統開始在通用汽車金橋南廠總裝門機運線實施運用，達到預期效果。現場應用情況及系統監控界畫如圖4、5所示。

圖4

圖5

四、結語

在金橋南廠總裝門線機運線的應用中，工程師通過嵌入式示波器電排波形系統的應用，使得長年困擾維修團隊的門線主線空格以及莫名其妙的停運故障得到了徹底的解決，為南廠產能提升做出了重要貢獻。

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