專利名稱：基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種信號觸發(fā)裝置，特別是一種基于嵌入式系統(tǒng)的信號觸發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
目前，在材料力學試驗中不僅需要記錄載荷、位移等傳感器的數(shù)據(jù)，還往往需要同步拍攝試樣變形破壞過程的照片。在采用普通相機拍攝時，可以手動控制快門并記錄拍攝時的載荷或位移量。盡管同步誤差不是很大，但若拍攝間隔較短時，實驗操作還是很繁瑣的，工作量很大。若采用高速相機拍攝，因為一秒鐘要拍攝成百上千甚至數(shù)十萬幀照片，手動控制快門帶來的誤差是很大的。不僅是同步性很差，有時甚至錯過了拍攝時機。此外，在材料實驗機與掃描電鏡、工業(yè)CT、聲發(fā)射等設(shè)備配合工作時，也需同步記錄SEM圖像、CT圖像、聲發(fā)射信息等對應的載荷位移信息，或根據(jù)特定的載荷位移數(shù)據(jù)來啟動拍攝記錄過程?，F(xiàn)有的材料實驗機一般沒有提供觸發(fā)信號的輸出端口。極個別高端實驗機也就僅僅提供一個根據(jù)預設(shè)閾值來輸出觸發(fā)信號的端口，不能根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)來輸出觸發(fā)信號。由于觸發(fā)信號要根據(jù)測量到的載荷位移等數(shù)據(jù)結(jié)果來輸出，實時和高精度的數(shù)據(jù)采集是首要基礎(chǔ)。在接收到測量數(shù)據(jù)后，需要進行一系列的智能判斷，以確定是否輸出觸發(fā)信號。盡管可以選擇微機來完成這些工作，但由于其體積較大，不便移動，缺乏靈活性，且由于微機及其操作系統(tǒng)基于普林斯頓結(jié)構(gòu)的特點，實時性不理想。而單片機及DSP芯片雖能很好的實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集，但對數(shù)據(jù)的邏輯分析能力不強，難以根據(jù)具體的實驗目的靈活調(diào)整數(shù)據(jù)分析判斷方法來輸出觸發(fā)信號。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，解決無法對大量實時采集的信號進行復雜的數(shù)據(jù)分析，并及時生成觸發(fā)控制信號的技術(shù)問題。本實用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，包括電源，其中:還包括ARM系統(tǒng)板、信號采集模塊和信號觸發(fā)模塊，信號采集模塊用于完成對多路數(shù)據(jù)信號的實時采集，并通過I2C數(shù)據(jù)總線接口向ARM系統(tǒng)板輸出；ARM系統(tǒng)板接收實時采集的數(shù)據(jù)信號，利用內(nèi)置數(shù)據(jù)處理模型對多路數(shù)據(jù)信號進行實時處理，在符合內(nèi)置觸發(fā)策略時生成觸發(fā)數(shù)據(jù)，通過GPIO接口輸出；信號觸發(fā)模塊通過GPIO接口與ARM系統(tǒng)板通信，根據(jù)觸發(fā)數(shù)據(jù)生成相應的觸發(fā)信號。所述信號采集模塊包括多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置與I2C總線接口，多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置，用于同時采集多路實時數(shù)據(jù)信號，輸出采集數(shù)據(jù)；通過I2C總線接口將采集數(shù)據(jù)傳送至ARM系統(tǒng)板；多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置包括信號調(diào)理裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和通道選擇裝置，[0012]信號調(diào)理裝置，將待采集信號源的電壓幅值按比例轉(zhuǎn)換為設(shè)定幅值范圍內(nèi)的電壓信號輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，將信號調(diào)理裝置輸出的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后作為采集數(shù)據(jù)輸出；通道選擇裝置，從若干個待采集信號源中選定一個或若干作為信號調(diào)理裝置的信號輸入。所述信號觸發(fā)模塊包括電平驅(qū)動裝置與GPIO接口，電平驅(qū)動裝置，通過GPIO接口接收觸發(fā)數(shù)據(jù)，將觸發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應的脈沖信號或模擬信號輸出。所述信號觸發(fā)模塊還包括第一觸發(fā)開關(guān)電路，第一觸發(fā)開關(guān)電路通過GPIO接口輸入觸發(fā)信息。所述信號觸發(fā)模塊還包括第二觸發(fā)開關(guān)電路，將輸入觸發(fā)信息直接轉(zhuǎn)換為相應的脈沖信號或模擬信號輸出。所述信號采集模塊中包括第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一全差動放大器、第二全差動放大器、多路復用器，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳3和引腳4分別通過I2C總線接口的引腳SCL和引腳SDA連接外圍系統(tǒng)板的I2C總線接口，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳3連接上拉電阻R21后連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳4連接上拉電阻R22后連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳5連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳2接地；第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳3和引腳4分別通過I2C總線接口的引腳SCL和引腳SDA連接外圍系統(tǒng)板的I2C總線接口，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳3連接上拉電阻R21后連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳4連接上拉電阻R22后連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳5連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳2接地；第一全差動放大器的引腳5連接第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳6，第一全差動放大器的引腳4連接第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳I，第一全差動放大器的引腳6連接-12V工作電壓，第一全差動放大器的引腳3連接+12V工作電壓，第一全差動放大器的引腳8串聯(lián)電阻Rl后連接多路復用器的引腳8，第一全差動放大器的引腳I串聯(lián)電阻R3后接地，第一全差動放大器的引腳2連接電壓基準電路的輸出電壓，第一全差動放大器的引腳8和引腳5之間連接電阻R2，第一全差動放大器的引腳I和引腳4之間連接電阻R4 ；第二全差動放大器的引腳5連接第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳6，第二全差動放大器的引腳4連接第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳I，第二全差動放大器的引腳6連接-12V工作電壓，第二全差動放大器的引腳3連接+12V工作電壓，第二全差動放大器的引腳8串聯(lián)電阻R5后連接待采集的信號源，第二全差動放大器的引腳I串聯(lián)電阻R7后接地，第二全差動放大器的引腳2連接電壓基準電路的輸出電壓，第二全差動放大器的引腳8和引腳5之間連接電阻R6，第二全差動放大器的引腳I和引腳4之間連接電阻R8 ；多路復用器的引腳2連接+12V工作電壓，多路復用器的引腳1、引腳16、引腳15連接外圍系統(tǒng)板的GPIO接口，多路復用器的引腳3連接-12V工作電壓，多路復用器的引腳13連接+12V工作電壓，多路復用器的引腳4、引腳5、引腳6、引腳7、引腳12、引腳11、引腳
10、引腳9連接待采集的信號源，多路復用器的引腳14接地。[0025]所述信號觸發(fā)模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片、按鍵S1、按鍵S2、場效晶體管Q1、發(fā)光二極管D1、觸發(fā)器，電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳6串聯(lián)電阻R34后輸出觸發(fā)信號，電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳I連接+5V工作電壓，電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳I串聯(lián)電容C12后接地，電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳2和引腳22連接數(shù)字參考地，電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳18通過GPIO接口連接外圍系統(tǒng)板的GPIO接口，電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳11、引腳12、引腳13接地，電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳23和引腳24通過電容C13接地，電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳23連接3.3V工作電壓；按鍵SI 一端接地，按鍵SI的另一端連接GPIO接口，按鍵SI連接GPIO接口的一端串聯(lián)電阻R30后連接3.3V工作電壓；場效晶體管Ql的柵極串聯(lián)電阻R31后連接GPIO接口，場效晶體管Ql的柵極串聯(lián)電阻R32后連接3.3V工作電壓，場效晶體管Ql的漏極接地，場效晶體管Ql的源極依次串聯(lián)發(fā)光二極管Dl和電阻R33后連接+5V工作電壓，發(fā)光二極管Dl的正極連接電阻R33 ；按鍵S2 —端接地，按鍵S2的另一端串聯(lián)電阻R35后連接觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器的輸出端輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)器的輸入端串聯(lián)電阻R36后連接+5V工作電壓,觸發(fā)器的輸入端串聯(lián)電容ClO后接地。所述信號采集模塊還包括電壓基準電路，通過電壓基準電路的輸出電壓設(shè)定所述幅值范圍。本實用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，實現(xiàn)了多通道數(shù)據(jù)信號實時采集、同步高效的數(shù)據(jù)分析和及時的觸發(fā)信號輸出，利用ARM系統(tǒng)板強大的嵌入式處理器為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與分析提供了硬件支持與軟件支持，具有良好的實時性和豐富的運算能力；ARM系統(tǒng)板的運算性能和靈活擴展接口可以實現(xiàn)圖形界面操作系統(tǒng)，通過高分辨率真彩觸摸屏，可按各種曲線形式直觀顯示采集到的數(shù)據(jù)，具有良好的人機界面，方便設(shè)置實驗參數(shù)，選擇觸發(fā)信號輸出方式及信號類型；信號采集模塊和信號觸發(fā)模塊可根據(jù)需要調(diào)整采集通道數(shù)、輸出通道數(shù)、按鍵開關(guān)數(shù)，便于系統(tǒng)升級維護；信號采集模塊高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換及與ARM系統(tǒng)板連接的I2C總線，可以實現(xiàn)可靠地多通道實時數(shù)據(jù)采集功能；信號觸發(fā)模塊可以提供多種觸發(fā)信號輸出方式，可以直接通過按鍵開關(guān)電路輸出硬件觸發(fā)信號，也可通過軟件實現(xiàn)各種TTL電平類型的觸發(fā)信號的輸出，輸出來源包括采集到的數(shù)據(jù)判斷、GPIO端口硬件中斷及各種GUI操作，支持三種觸發(fā)模式，包括破斷檢測，間隔記錄和手動觸發(fā)；本實用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，可以實現(xiàn)采集到的數(shù)據(jù)根據(jù)智能軟件觸發(fā)，實現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理過程中的程序指令觸發(fā)；通過本實用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，可以根據(jù)測得的數(shù)據(jù)在測試過程中輸出觸發(fā)信號，控制如普通相機、高速相機、掃描電鏡等裝置自動拍攝捕捉到所有需要的照片，提高了可靠性，并避免了重復的手工操作。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作進一步說明。
圖1為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置中信號采集模塊中模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置中信號采集模塊中第一差動放大器電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置中信號采集模塊中第二全差動放大器電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置中信號觸發(fā)模塊中多路復用器電路的結(jié)構(gòu)不意圖；圖6為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置中信號觸發(fā)模塊中第一觸發(fā)開關(guān)(硬件觸發(fā))電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置中信號觸發(fā)模塊中指示電路的結(jié)構(gòu)不意圖；圖8為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置中信號觸發(fā)模塊中第二觸發(fā)開關(guān)(手動觸發(fā))電路的結(jié)構(gòu)不意圖；圖9為本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置中信號觸發(fā)模塊中電平驅(qū)動裝置電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為利用本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置進行觸發(fā)過程控制的流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置由ARM系統(tǒng)板01、信號采集模塊02和信號觸發(fā)模塊03組成，信號采集模塊02用于完成對多路數(shù)據(jù)信號的實時采集，并通過I2C數(shù)據(jù)總線接口輸出，ARM系統(tǒng)板01接收實時采集的數(shù)據(jù)信號，利用內(nèi)置數(shù)據(jù)處理模型對多路數(shù)據(jù)信號進行實時處理，在符合內(nèi)置觸發(fā)策略時生成觸發(fā)數(shù)據(jù)，信號觸發(fā)模塊03通過GPIO數(shù)據(jù)總線接口與ARM系統(tǒng)板01通信，根據(jù)觸發(fā)數(shù)據(jù)生成相應的觸發(fā)信號。ARM系統(tǒng)板01包括處理器核心板011與外圍系統(tǒng)板012,處理器核心板011,用于根據(jù)內(nèi)置數(shù)據(jù)處理模型對采集或輸入的數(shù)據(jù)信號完成數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)觸發(fā)策略生成觸發(fā)數(shù)據(jù)；外圍系統(tǒng)板012，用于為處理器核心板011提供若干數(shù)據(jù)總線及相應接口 ；包括觸摸顯示屏接口、USB接口、網(wǎng)絡接口、RS232串口、PS/2接口、SD卡接口、音頻接口及擴展接口 ；擴展接口包括電源信號接口、SPI總線接口、I2C總線接口、GPIO接口、時鐘信號接口等；處理器核心板011通過外圍系統(tǒng)板012的數(shù)據(jù)總線與信號采集模塊02、信號觸發(fā)模塊03連接。信號采集模塊02包括多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置021與I2C總線接口，多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置021，用于同時采集多路實時數(shù)據(jù)信號，輸出采集數(shù)據(jù)；通過I2C總線接口將采集數(shù)據(jù)傳送至外圍系統(tǒng)板012;多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置021包括信號調(diào)理裝置211、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置212和通道選擇裝置213，信號調(diào)理裝置211，將待采集信號源的電壓幅值按比例轉(zhuǎn)換為設(shè)定幅值范圍內(nèi)的電壓信號輸出；通過電壓基準電路214設(shè)定電壓幅值范圍；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置212，將信號調(diào)理裝置211輸出的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后作為采集數(shù)據(jù)輸出；通道選擇裝置213，從若干個待采集信號源中選定一個或若干作為信號調(diào)理裝置211的信號輸入；當待采集信號源的數(shù)量較少時，將每個待采集信號源依次連接相應的信號調(diào)理裝置211和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置212，將采集的數(shù)據(jù)通過I2C總線接口直接輸出，當待采集信號源的數(shù)量較多時，將一部分待采集信號源通過通道選擇裝置213連接相應的信號調(diào)理裝置211和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置212，將選定信號源的采集數(shù)據(jù)通過I2C總線接口直接輸出。信號觸發(fā)模塊03包括電平驅(qū)動裝置031、指示器032、第一觸發(fā)開關(guān)電路033與GPIO接口，電平驅(qū)動裝置031，通過GPIO接口接收觸發(fā)數(shù)據(jù)，將觸發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應的脈沖信號或模擬信號輸出；指示器032，通過GPIO接口接收觸發(fā)數(shù)據(jù)，將觸發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應的聲信號或光信號；第一觸發(fā)開關(guān)電路033，通過GPIO接口輸入觸發(fā)信息；還可以包括第二觸發(fā)開關(guān)電路034，將輸入觸發(fā)信息直接轉(zhuǎn)換為相應的脈沖信號或模擬信號輸出；利用I2C數(shù)據(jù)總線可以快速擴展模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置212數(shù)量，利用通道選擇裝置213完成通道選擇，提高數(shù)據(jù)信號采集效率。本實施例中的工作電源提供±3.3V、±5V及±12V工作電壓。在本實施例中，ARM系統(tǒng)板01選用基于INTEL XSCALE PXA270系列處理器的最小系統(tǒng)，包括操作系統(tǒng)、觸摸顯示屏接口、USB接口、網(wǎng)絡接口、RS232串口、鍵盤接口、SD卡接口、音頻接口及擴展接口，擴展接口輸出電源信號、IO信號、SPI總線信號、I2C總線信號、GPIO信號、時鐘信號接口等；信號調(diào)理裝置211采用THS4131系列的全差動放大器，可以通過電阻調(diào)節(jié)放大器增益將± IOV范圍內(nèi)的信號縮小至±2V之間，并通過將參考電源端接入+2V電壓基準，將差分輸出的兩端信號電壓均抬升2V，據(jù)此設(shè)定幅值范圍，適應后續(xù)電路的信號輸入電壓要求；電壓基準電路214采用REF5020系列電壓基準芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置212采用ADSl 110系列芯片，帶有片內(nèi)電壓基準的16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，可滿足高分辨率測量。該芯片可對±2.048V內(nèi)的差分輸入電壓進行采樣轉(zhuǎn)換，兼容12C串行接口，在2.7V至5.5V的單電源下工作。圖2所示為ADS1110的連接電路原理圖。ADS1110有8種不同的類型的，每種類型都有一個不同的I2C地址。因此對于8通道以下的數(shù)據(jù)采集，可以直接采用多個ADS1110芯片即可；通道選擇裝置213采用ADG508系列芯片，為8通道模擬多路復用器；電平驅(qū)動裝置031采用SN74LVC8T245系列芯片，進行雙電源電壓電平轉(zhuǎn)換；第二觸發(fā)開關(guān)電路034采用74ALS14系列芯片，進行信號反相與波形整形。如圖2至圖5所示，信號采集模塊02中包括第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U1、第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U2、第一全差動放大器U3、第二全差動放大器U4、多路復用器U5,第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的引腳3和引腳4分別通過12C總線接口的引腳SCL和引腳SDA連接外圍系統(tǒng)板012的12C總線接口，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的引腳3連接上拉電阻R21后連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的引腳4連接上拉電阻R22后連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的引腳5連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的引腳2接地。第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U2的引腳3和引腳4分別通過I2C總線接口的引腳SCL和引腳SDA連接外圍系統(tǒng)板012的I2C總線接口，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U2的引腳3連接上拉電阻R21后連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U2的引腳4連接上拉電阻R22后連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U2的引腳5連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U2的引腳2接地。第一全差動放大器U3的引腳5連接第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的引腳6，第一全差動放大器U3的引腳4連接第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器Ul的引腳1，第一全差動放大器U3的引腳6連接-12V工作電壓，第一全差動放大器U3的引腳3連接+12V工作電壓，第一全差動放大器U3的引腳8串聯(lián)電阻Rl后連接多路復用器U5的引腳8，第一全差動放大器U3的引腳I串聯(lián)電阻R3后接地，第一全差動放大器U3的引腳2連接電壓基準電路214的輸出電壓，第一全差動放大器U3的引腳8和引腳5之間連接電阻R2，第一全差動放大器U3的引腳I和引腳4之間連接電阻R4。第二全差動放大器U4的引腳5連接第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U2的引腳6，第二全差動放大器U4的引腳4連接第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器U2的引腳I，第二全差動放大器U4的引腳6連接-12V工作電壓，第二全差動放大器U4的引腳3連接+12V工作電壓，第二全差動放大器U4的引腳8串聯(lián)電阻R5后連接待采集的信號源，第二全差動放大器U4的引腳I串聯(lián)電阻R7后接地，第二全差動放大器U4的引腳2連接電壓基準電路214的輸出電壓，第二全差動放大器U4的引腳8和引腳5之間連接電阻R6，第二全差動放大器U4的引腳I和引腳4之間連接電阻R8。多路復用器U5的引腳2連接+12V工作電壓，多路復用器U5的引腳1、引腳16、引腳15連接外圍系統(tǒng)板012的GPIO接口，多路復用器U5的引腳3連接-12V工作電壓，多路復用器U5的引腳13連接+12V工作電壓，多路復用器U5的引腳4、引腳5、引腳6、引腳7、引腳12、引腳11、引腳10、引腳9連接待采集的信號源，多路復用器U5的引腳14接地。本實施例的信號采集模塊可以靈活配置模數(shù)轉(zhuǎn)換通道數(shù)量，既可以直接將采集的數(shù)據(jù)信號通過I2C總線接口傳送至外圍系統(tǒng)板012，也可以利用多路復用器U5的片選功能調(diào)度多路采集的數(shù)據(jù)信號后再通過I2C總線傳送至外圍系統(tǒng)板012，結(jié)合處理器核心板011內(nèi)置數(shù)據(jù)處理模型，形成復雜的模數(shù)數(shù)據(jù)信號的采集傳輸策略。如圖6至圖9所示，信號觸發(fā)模塊03包括電平轉(zhuǎn)換芯片U7、按鍵S1、按鍵S2、場效晶體管Q1、發(fā)光二極管D1、觸發(fā)器U8，電平轉(zhuǎn)換芯片U7的引腳6串聯(lián)電阻R34后輸出觸發(fā)信號，電平轉(zhuǎn)換芯片U7的引腳I連接+5V工作電壓，電平轉(zhuǎn)換芯片U7的引腳I串聯(lián)電容C12后接地，電平轉(zhuǎn)換芯片U7的引腳2和引腳22連接數(shù)字參考地，電平轉(zhuǎn)換芯片U7的引腳18通過GPIO接口連接外圍系統(tǒng)板012的GPIO接口，電平轉(zhuǎn)換芯片U7的引腳11、引腳12、引腳13接地，電平轉(zhuǎn)換芯片U7的引腳23和引腳24通過電容C13接地，電平轉(zhuǎn)換芯片U7的引腳23連接3.3V工作電壓。按鍵SI —端接地，按鍵SI的另一端連接GPIO接口，按鍵SI連接GPIO接口的一端串聯(lián)電阻R30后連接3.3V工作電壓。場效晶體管Ql的柵極串聯(lián)電阻R31后連接GPIO接口，場效晶體管Ql的柵極串聯(lián)電阻R32后連接3.3V工作電壓，場效晶體管Ql的漏極接地，場效晶體管Ql的源極依次串聯(lián)發(fā)光二極管Dl和電阻R33后連接+5V工作電壓，發(fā)光二極管Dl的正極連接電阻R33。按鍵S2 —端接地，按鍵S2的另一端串聯(lián)電阻R35后連接觸發(fā)器U8的輸入端，觸發(fā)器U8的輸出端輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)器U8的輸入端串聯(lián)電阻R36后連接+5V工作電壓，觸發(fā)器U8的輸入端串聯(lián)電容ClO后接地。本實施例的信號觸發(fā)模塊03可以完成手動觸發(fā)、程序運行中條件觸發(fā)、ARM系統(tǒng)板中斷觸發(fā)，觸發(fā)類型靈活，觸發(fā)信號的強度、頻率靈活可調(diào)，可以針對被控設(shè)備產(chǎn)生多種觸發(fā)信號。利用本實用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置進行數(shù)據(jù)采集觸發(fā)的控制方法，包括以下步驟:步驟1，通過信號采集模塊02實時采集各數(shù)據(jù)源或信號源的數(shù)據(jù)信號；步驟2，通過ARM系統(tǒng)板01分析處理采集的數(shù)據(jù)信號，生成觸發(fā)數(shù)據(jù)，并輸出；步驟3，信號觸發(fā)模塊03根據(jù)觸發(fā)數(shù)據(jù)生成相應的觸發(fā)信號。步驟I中所述的實時采集，或是直接將采集的數(shù)據(jù)流經(jīng)I2C總線傳送至ARM系統(tǒng)板01，或是對采集的數(shù)據(jù)流進行選擇，然后經(jīng)I2C總線傳送至ARM系統(tǒng)板01 ；步驟2中所述生成觸發(fā)數(shù)據(jù)的同時，將采集的數(shù)據(jù)和觸發(fā)數(shù)據(jù)進行保存，并將數(shù)據(jù)圖形化向顯示設(shè)備輸出；所述步驟3中所述的觸發(fā)信號還包括通過第一觸發(fā)開關(guān)電路033向ARM系統(tǒng)板01傳送的觸發(fā)信息產(chǎn)生的觸發(fā)信號，還包括通過第二觸發(fā)開關(guān)電路034手動生成的觸發(fā)信號。本控制方法可以完成多通道數(shù)據(jù)信號的靈活采集和多種觸發(fā)類型的組合，提高基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置的數(shù)據(jù)處理效率，觸發(fā)信號精度和適應范圍。如圖10所示，利用本實用新型的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置進行信號源采集-數(shù)據(jù)處理-觸發(fā)信號輸出的控制方法，包括以下步驟:sOl，加電啟動智能觸發(fā)裝置；s02，初始化智能觸發(fā)裝置，包括各模塊自檢、設(shè)置各模塊初始狀態(tài)；s03，通過ARM系統(tǒng)板設(shè)置觸發(fā)信號輸出周期，信號源的數(shù)據(jù)采集周期；s04, ARM系統(tǒng)板監(jiān)聽來自GPIO總線硬件中斷信號或來自⑶I接口的軟件中斷信號，未收到中斷信號執(zhí)行s05的判斷，收到中斷信號執(zhí)行s09 ；s05, ARM系統(tǒng)板根據(jù)數(shù)據(jù)采集周期判斷是否數(shù)據(jù)信號采樣，當需要采樣時執(zhí)行s06,當不需要采樣時返回s04 ；s06, ARM系統(tǒng)板從I2C總線讀入采集的數(shù)據(jù)信號；s07, ARM系統(tǒng)板分析數(shù)據(jù)，根據(jù)處理模型生成觸發(fā)數(shù)據(jù)參數(shù)；s08, ARM系統(tǒng)板根據(jù)觸發(fā)策略判斷是否輸出觸發(fā)信號，當輸出觸發(fā)信號時執(zhí)行s09，當不輸出觸發(fā)信號時執(zhí)行s081 ；s081,ARM系統(tǒng)板根據(jù)觸發(fā)策略判斷是否達到觸發(fā)信號輸出周期，當達到觸發(fā)信號輸出周期時執(zhí)行s09，當未達到觸發(fā)信號輸出周期時執(zhí)行SlO ；s09, ARM系統(tǒng)板將觸發(fā)信號寫到GPIO接口 ；s 10，ARM系統(tǒng)板記錄數(shù)據(jù)，通過⑶I接口顯示數(shù)據(jù)；sll，ARM系統(tǒng)板判斷實驗過程是否結(jié)束，結(jié)束時執(zhí)行s 12，不結(jié)束時執(zhí)行s04 ；sl2, ARM系統(tǒng)板將處理數(shù)據(jù)保存至SD卡；sl3, ARM系統(tǒng)板關(guān)閉各模塊的設(shè)備驅(qū)動信號；sl4，結(jié)束實驗過程。本控制方法在步驟s04通過中斷信號完成手動觸發(fā)，在步驟s08通過數(shù)據(jù)處理結(jié)果完成破斷檢測，在步驟s081通過定時器完成間隔記錄，使得觸發(fā)信號的組合結(jié)果產(chǎn)生多樣性，可以滿足復雜的觸發(fā)方案設(shè)計。[0091]以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，包括電源，其特征在于:還包括ARM系統(tǒng)板(01)、信號采集模塊(02)和信號觸發(fā)模塊(03)， 信號采集模塊(02)用于完成對多路數(shù)據(jù)信號的實時采集，并通過I2C數(shù)據(jù)總線接口向ARM系統(tǒng)板(01)輸出； ARM系統(tǒng)板(01)接收實時采集的數(shù)據(jù)信號，利用內(nèi)置數(shù)據(jù)處理模型對多路數(shù)據(jù)信號進行實時處理，在符合內(nèi)置觸發(fā)策略時生成觸發(fā)數(shù)據(jù)，通過GPIO接口輸出； 信號觸發(fā)模塊(03)通過GPIO接口與ARM系統(tǒng)板(01)通信，根據(jù)觸發(fā)數(shù)據(jù)生成相應的觸發(fā)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，其特征在于:所述信號采集模塊(02)包括多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置(021)與I2C總線接口， 多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置(021)，用于同時采集多路實時數(shù)據(jù)信號，輸出采集數(shù)據(jù)；通過I2C總線接口將采集數(shù)據(jù)傳送至ARM系統(tǒng)板(01)； 多通道A/D轉(zhuǎn)換裝置(021)包括信號調(diào)理裝置(211)、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(212)和通道選擇裝置(213)， 信號調(diào)理裝置(211)，將待采集信號源的電壓幅值按比例轉(zhuǎn)換為設(shè)定幅值范圍內(nèi)的電壓信號輸出； 模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(212)，將信號調(diào)理裝置(211)輸出的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后作為采集數(shù)據(jù)輸出； 通道選擇裝置(213)，從若干個待采集信號源中選定一個或若干作為信號調(diào)理裝置(211)的信號輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，其特征在于:所述信號觸發(fā)模塊(03)包括電平驅(qū)動裝置(031)與GPIO接口， 電平驅(qū)動裝置(031 )，通過GPIO接口接收觸發(fā)數(shù)據(jù)，將觸發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應的脈沖信號或模擬信號輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，其特征在于:所述信號觸發(fā)模塊(03)還包括第一觸發(fā)開關(guān)電路(033)，第一觸發(fā)開關(guān)電路(033)通過GPIO接口輸入觸發(fā)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，其特征在于:所述信號觸發(fā)模塊(03)還包括第二觸發(fā)開關(guān)電路(034)，將輸入觸發(fā)信息直接轉(zhuǎn)換為相應的脈沖信號或模擬信號輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，其特征在于:所述信號采集模塊(02)中包括第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U1)、第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U2)、第一全差動放大器(U3)、第二全差動放大器(U4)、多路復用器(U5)， 第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Ul)的引腳3和引腳4分別通過I2C總線接口的引腳SCL和引腳SDA連接外圍系統(tǒng)板(012 )的12C總線接口，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Ul)的引腳3連接上拉電阻R21后連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Ul)的引腳4連接上拉電阻R22后連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Ul)的引腳5連接+5V工作電壓，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Ul)的引腳2接地； 第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U2)的引腳3和引腳4分別通過I2C總線接口的引腳SCL和引腳SDA連接外圍系統(tǒng)板(012 )的12C總線接口，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U2 )的引腳3連接上拉電阻R21后連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U2)的引腳4連接上拉電阻R22后連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U2)的引腳5連接+5V工作電壓，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U2)的引腳2接地； 第一全差動放大器(U3)的引腳5連接第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Ul)的引腳6，第一全差動放大器(U3)的引腳4連接第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Ul)的引腳1，第一全差動放大器(U3)的引腳6連接-12V工作電壓，第一全差動放大器(U3)的引腳3連接+12V工作電壓，第一全差動放大器(U3)的引腳8串聯(lián)電阻Rl后連接多路復用器(U5)的引腳8，第一全差動放大器(U3)的引腳I串聯(lián)電阻R3后接地，第一全差動放大器(U3)的引腳2連接電壓基準電路(214)的輸出電壓，第一全差動放大器(U3)的引腳8和引腳5之間連接電阻R2,第一全差動放大器(U3)的引腳I和引腳4之間連接電阻R4 ； 第二全差動放大器(U4)的引腳5連接第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U2)的引腳6，第二全差動放大器(U4)的引腳4連接第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(U2)的引腳1，第二全差動放大器(U4)的引腳6連接-12V工作電壓，第二全差動放大器(U4)的引腳3連接+12V工作電壓，第二全差動放大器(U4)的引腳8串聯(lián)電阻R5后連接待采集的信號源，第二全差動放大器(U4)的引腳I串聯(lián)電阻R7后接地，第二全差動放大器(U4)的引腳2連接電壓基準電路(214)的輸出電壓，第二全差動放大器(U4)的引腳8和引腳5之間連接電阻R6，第二全差動放大器(U4)的引腳I和引腳4之間連接電阻R8 ； 多路復用器(U5)的引腳2連接+12V工作電壓，多路復用器(U5)的引腳1、引腳16、弓丨腳15連接外圍系統(tǒng)板(012)的GPIO接口，多路復用器(U5)的引腳3連接-12V工作電壓，多路復用器(U5)的引腳13連接+12V工作電壓，多路復用器(U5)的引腳4、引腳5、引腳6、引腳7、引腳12、引腳11、引腳10、引腳9連接待采集的信號源，多路復用器(U5)的引腳14接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，其特征在于:所述信號觸發(fā)模塊(03)包括電平 轉(zhuǎn)換芯片(U7)、按鍵S1、按鍵S2、場效晶體管Q1、發(fā)光二極管D1、觸發(fā)器(U8)， 電平轉(zhuǎn)換芯片(U7)的引腳6串聯(lián)電阻R34后輸出觸發(fā)信號，電平轉(zhuǎn)換芯片(U7)的引腳I連接+5V工作電壓，電平轉(zhuǎn)換芯片(U7)的引腳I串聯(lián)電容C12后接地，電平轉(zhuǎn)換芯片(U7)的引腳2和引腳22連接數(shù)字參考地，電平轉(zhuǎn)換芯片(U7)的引腳18通過GPIO接口連接外圍系統(tǒng)板(012)的GPIO接口，電平轉(zhuǎn)換芯片(U7)的引腳11、引腳12、引腳13接地，電平轉(zhuǎn)換芯片(U7)的引腳23和引腳24通過電容C13接地，電平轉(zhuǎn)換芯片(U7)的引腳23連接3.3V工作電壓； 按鍵SI —端接地，按鍵SI的另一端連接GPIO接口，按鍵SI連接GPIO接口的一端串聯(lián)電阻R30后連接3.3V工作電壓； 場效晶體管Ql的柵極串聯(lián)電阻R31后連接GPIO接口，場效晶體管Ql的柵極串聯(lián)電阻R32后連接3.3V工作電壓，場效晶體管Ql的漏極接地，場效晶體管Ql的源極依次串聯(lián)發(fā)光二極管Dl和電阻R33后連接+5V工作電壓，發(fā)光二極管Dl的正極連接電阻R33 ； 按鍵S2 —端接地，按鍵S2的另一端串聯(lián)電阻R35后連接觸發(fā)器(U8)的輸入端，觸發(fā)器(U8)的輸出端輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)器(U8)的輸入端串聯(lián)電阻R36后連接+5V工作電壓，觸發(fā)器(U8)的輸入端串聯(lián)電容Cl0后接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，其特征在于:所述信號采集模塊(02)還包括電壓基準電路(214)，通過電壓基準電路(214)的輸出電壓設(shè)定所述幅值范圍。
專利摘要一種基于嵌入式系統(tǒng)的智能觸發(fā)裝置，包括電源，其中包括ARM系統(tǒng)板、信號采集模塊和信號觸發(fā)模塊，信號采集模塊用于完成對多路數(shù)據(jù)信號的實時采集，并通過I2C數(shù)據(jù)總線接口向ARM系統(tǒng)板輸出；ARM系統(tǒng)板接收實時采集的數(shù)據(jù)信號，利用內(nèi)置數(shù)據(jù)處理模型對多路數(shù)據(jù)信號進行實時處理，在符合內(nèi)置觸發(fā)策略時生成觸發(fā)數(shù)據(jù)，通過GPIO接口輸出；信號觸發(fā)模塊通過GPIO接口與ARM系統(tǒng)板通信，根據(jù)觸發(fā)數(shù)據(jù)生成相應的觸發(fā)信號。實現(xiàn)了多通道數(shù)據(jù)信號實時采集、同步高效的數(shù)據(jù)分析和及時的觸發(fā)信號輸出。
文檔編號G06F13/20GK203038263SQ201220748950
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者楊彥從, 彭瑞東, 徐攀峰, 楊昊, 張恒 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)