基于ARM嵌入式平台的雷达数据采集系统①

摘 要：针对雷达接口信号测试复杂问题，提出了基于arm9系列嵌入式平台作为硬件开发平台的雷达数据采集系统。将采集系统按照便携式数据采集系统和数据管理及分析系统两大分系统进行了详细阐述。

关键词：嵌入式系统 模拟信号 数字信号 特殊信号

中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0037-02

数据采集系统的历史较为悠久，近年来，随着电子工业的发展，便携式数据采集系统产品层出不穷。根据不同的采集信号，有不同的设计产品。雷达接口信号采集系统由于待采集信号的复杂性和未知性，其设计更为复杂。

1 数据采集产品现状

一般数据采集系统会按照其总线的不同而分类。常用的总线有以下几种：ISA、PCI、USB、PC104、CAN。

其中USB总线的产品凭借其极高的传输速率和便携性，在市场上占有重要的地位。

USB总线便携式数据采集系统产品的设计原理一般比较简单，一种比较典型的设计是，设计者使用Cypress公司的USB2.0控制器CY7C68013来控制Maxim公司的MAX1312采样数模转换芯片。这样把由MAX1312采集的数据直接通过USB控制器向上位机发送。设计框图如图1所示。

该数据采集系统只能实现较简单的数据采集功能，不具备功能扩展性。

2 基于嵌入式系统的数据采集系统现状

近年来，不少人投入到基于嵌入式系统的数据采集系统的研究开发中，开发的成果也相当丰富。

按照是否使用ARM将基于嵌入式开发平台的数据采集系统分为非基于ARM和基于ARM两类。

2.1 非基于ARM嵌入式平台的数据采集系统

非ARM嵌入式平台的数据采集系统一般都采用单片机作为其控制核心。结构一般包括选路控制器、AD转换、单片机等几个部分。

不使用ARM的数据采集系统，其功能受到单片机功能的限制，采样速率有限，存储空间较小，不能满足高速大容量采样的需求，更不可能在仪器上运行分析软件，从而摆脱电脑独立工作。某些基于单片机的数据采集系统也只能完成最简单的数据采集功能，而没有进行特殊应用的扩展，其功能甚至不如某些公司非嵌入式系统的USB采集卡。

2.2 基于ARM的嵌入式平台的数据采集系统

ARM系列微处理器功耗低、性能优于单片机，是便携式设备理想的选择，所以ARM越来越多的被应用到便携式数据采集系统。

由于ARM功能强大，能支持一些高级的应用，所以很多情况下，基于ARM的嵌入式系统的数据采集系统具有一定的针对性。它们往往是针对一种专门的对象，提供相关的应用功能。

目前基于ARM的嵌入式系统在数据采集中已经有比较多的应用。每种应用都有它们自己的针对性，并根据对象的不同要求进行了不同的设计。基于ARM的嵌入式系统，是基本原理相似，实质却是天壤之别。

3 基于ARM嵌入式平台的雷达数据采集系统

该采集系统分为便携式数据采集系统，数据管理及分析系统两大部分。便携式数据采集系统主要完成数据的采集和数据的前期处理，获得数据的特征信息，并能回显数据。数据管理及分析系统部署于上位机，用于对数据的存储管理和对比分析。如图2所示

采集对象分为三种类型：模拟信号、数字信号和特殊信号。由各自独立的采集电路实现。模拟信号通过量程自动控制及AD转换电路转换为数字信号，再由FPGA进行采集处理；数字信号则经过缓冲驱动后直接由FPGA处理；特殊信号经过幅值控制和适当的反向后，交由FPGA处理。

倍程自动控制通过压控继电器来实现，将输入电压按比例衰减到合适的范围，然后和基准电压比较确定输入电压的大小范围，根据这个范围，决定继电器的开合，最终将输入电压降低到-10 V～+10 V的范围，并记录衰减的倍数。

AD转换电路采用频率500 Ksps的AD采集芯片AD7665，实现-10 V～+10 V的模拟信号到数字信号的转换。

若待采集的数字信号为TTL信号，而FPGA的输入信号是CMOS信号，则信号进入FPGA前需要先经过一级缓冲驱动芯片处理。

特殊信号为脉宽仅有0.2 us的信号，使用简单运算放大稳压电路就可以实现稳压和反向的功能。不过为了保证信号不失真，需要采用高速运放。

FPGA则接收上面各种信号，并根据控制指令，将信号存储于外接的大容量SRAM中。为了实现这些功能，需要编写一套FPGA程序，实现一个控制系统的功能。该程序包括：采集电路的数字部分、系统时钟、AD采集控制、特殊信号采集控制、数字信号采集控制、SRAM控制、控制系统核心、嵌入式系统接口等部分。如图3所示

嵌入式系统部分采用比较小巧的ARM9系列的嵌入式平台作为硬件开发平台，从而使工作组要集中在软件开发上。开发系统选用了开源的操作系统Linux，从而增加开发的可控性。图形开发环境使用了嵌入式QT，嵌入式QT作为一款开源的图形开发平台有着广泛的应用。与FPGA的通讯使用了串口，FPGA端的串口的波特率基本不受太大的限制，串口速度的主要限制在嵌入式系统端。而S3C2410可以达到460800的串口波特率。嵌入式系统最终将数据存储于SD卡中，便于转存到PC机。

PC机软件系统属于Windows操作系统，所以采用了MFC作为开发平台。软件系统首先需要将SD卡中的数据转存到PC机的指定目录便于管理。软件系统提供数据显示、比较功能，为后续分析提供基础。

参考文献

[1] 刘满仓，雷卫宁，王春成.基于ARM的高精度数据采集系统设计[J].现代电子技术，2012（8）.

[2] 吕实诚，宋晓波，王晶.基于网络的高精度数据采集卡设计[J].哈尔滨理工大学学报，2012（2）.

[3] 夏文岳，袁海文.一种复杂数据采集平台在独立电源系统或电力电子装置中的应用[J].电力电子，2012（1）.

[4] 刘炳祥，程武山.基于ARM处理器的USB数据采集系统[J].上海工程技术大学学报，2011（4）.