專利名稱：一種基于arm的水下移動觀測平臺嵌入式控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器。
背景技術(shù)：
水下移動觀測平臺具備水下自主航行能力，可完成海洋環(huán)境監(jiān)測和水下觀測，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。參照附圖I所示，水下移動觀測平臺的控制系統(tǒng)包括嵌入式控制器、深度傳感器、航向姿態(tài)傳感器、多普勒速度儀、銥星通訊模塊、GPS接收機、CTD傳感器、側(cè)掃聲納裝置。其中，嵌入式控制器實現(xiàn)移動觀測平臺的運動控制、數(shù)據(jù)采集；深度傳感器用于測量 水下移動觀測平臺的航行深度，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；航向姿態(tài)傳感器用于測量水下移動觀測平臺的航向與姿態(tài)，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；多普勒速度儀用于測量水下移動觀測平臺的航行速度，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；銥星通訊模塊用于水下移動觀測平臺遠程的數(shù)據(jù)和指令傳輸，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；GPS接收機用于水下移動觀測平臺在水面時的定位，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；CTD傳感器用于水下移動觀測平臺測量海水的溫度、鹽度和深度，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；側(cè)掃聲納裝置用于水下移動觀測平臺的水下觀測，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊。傳統(tǒng)的自主水下航行器的控制裝置采用PC/104型計算機模塊進行設(shè)計，用這種模塊設(shè)計的控制裝置外圍接口資源非常有限，難以勝任攜帶多傳感器的任務(wù)，即使在此模塊基礎(chǔ)上進行硬件擴展，往往擴展出的接口和主控制模塊之間也很難完全兼容，系統(tǒng)可靠性較低。其次，也是更重要的一點是此模塊功耗相對較高，體積相對較大，難于滿足水下移動觀測平臺對體積與功耗的苛刻要求。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提出了一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，針對新一代便攜式自主水下觀測系統(tǒng)的功能需求，采用高集成度的ARM進行控制裝置的定制設(shè)計，不僅可以減小控制裝置的體積，降低其功耗，而且可以提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，增強水下移動觀測平臺的續(xù)航能力。技術(shù)方案本實用新型的技術(shù)方案為所述一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于包括CPU單元、IDE存儲器、USB接口、網(wǎng)口和CAN總線接口 ；IDE存儲器存儲水下移動觀測平臺的數(shù)據(jù)；USB接口包括slave USB接口和master USB接口；網(wǎng)口用于水下移動觀測平臺與外部計算機之間的通訊；CAN總線接口用于嵌入式控制器將解算得到的操舵指令發(fā)送給后段控制器，由后段控制器進行操舵控制；所述CPU單元包括arm920T核的S3C2440A型微處理器和與S3C2440A型微處理器連接的外圍電路，外圍電路包括SDRAM電路、flash存儲器電路、晶振電路、復(fù)位電路、供電電路、串口電路、串口擴展電路、串口隔離及串口電平轉(zhuǎn)換電路、IDE硬盤接口電路、USB接口電路、網(wǎng)口電路、CAN總線接口電路。所述一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于=SDRAM電路由兩片HY57V1620組成；第一片HY57V1620的數(shù)據(jù)線DQO DQ15分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATAO DATA15，其地址線AO A12分別連接S3C2440A的地址線ADDR2 ADDR14，其引腳BAO和BAl分別連接S3C2440A的地址線ADDR24和ADDR25，其控制線nSCS、nSCAS、nSRAS、nWE、LDQM、UDQM、SCKE 和 SCLK 分別連接 S3C2440A 的引腳 nGCS6、nSCAS、nSRAS、nWE、nBEO、nBEl、SCKE 和 SCLKO，其引腳 VSSO VSS2、VSSQO VSSQ3 接直流 3. 3V 電源地，其引腳VDDO VDD2、VDDQ0 VDDQ3接直流3. 3V電源；第二片HY57V1620的數(shù)據(jù)線DQO DQ15分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATA16 DATA31，其地址線AO A12分別連接S3C2440A的地址線ADDR2 ADDR14，其引腳BAO和BAl分別連接S3C2440A的地址線ADDR24和ADDR25，其控制線 nSCS、nSCAS、nSRAS、nWE、LDQM、UDQM、SCKE 和 SCLK 分別依次連接 S3C2440A 的引腳nGCS6、nSCAS、nSRAS、nWE、nBE2、nBE3、SCKE 和 SCLK1，其引腳 VSSO VSS2、VSSQ0 VSSQ3`接直流3. 3V電源地，其引腳VDDO VDD2、VDDQO VDDQ3接直流3. 3V電源。 所述一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于flash存儲器電路采用K9F2G08型Nand Flash,其引腳100 107分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATAO DATA7，其引腳 R/i、CE. CLE, ALE, WE, I!分別接 S3C2440A 的引腳 FRnB、nFCEGPA22、CLE、ALE、nFWE、nFRE，其引腳$P、VCC接直流3. 3V電源，其引腳VSS接直流3. 3V電源地。所述一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于晶振電路包括用于S3C2440A處理器實時時鐘模塊中的晶振電路和S3C2440A處理器的主晶振電路；前一晶振電路的引腳XTIrtc和XTOrtc分別接S3C2440A的引腳XTIrtc和XTOrtc ;主晶振電路的引腳XTIpll和XTOpll分別接S3C2440A的引腳XTIpll和XTOpll0所述一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于復(fù)位電路采用復(fù)位芯片MAX811實現(xiàn)CPU的低電平復(fù)位；復(fù)位芯片的電源引腳4接3. 3V直流電源，并通過電容接3. 3V直流電源地，復(fù)位芯片的引腳3通過按鈕開關(guān)接3. 3V直流電源地，其引腳I接3. 3V直流電源地，其引腳2通過電阻接S3C2440A的nRESET引腳。所述一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于串口擴展電路由串口地址譯碼電路和串口總線轉(zhuǎn)換電路組成，串口地址譯碼電路由SN74HC138芯片實現(xiàn)，串口總線轉(zhuǎn)換電路由TL16C554芯片實現(xiàn)；所述一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于串口隔離及串口電平轉(zhuǎn)換電路共有7路，每一路都由串口接收光電隔離電路、串口發(fā)送光電隔離電路及串口電平轉(zhuǎn)換電路組成；串口接收光電隔離電路和串口發(fā)送光電隔離電路均分別采用光電隔離器件6N137進行光電隔離；串口電平轉(zhuǎn)換電路是由轉(zhuǎn)換芯片MAX3232S0P實現(xiàn)。所述一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于CAN總線接口電路由CAN協(xié)議控制電路、CAN光電隔離電路及CAN電平轉(zhuǎn)換電路組成；CAN協(xié)議控制電路由Mcp2515CAN協(xié)議控制器芯片實現(xiàn)，CAN光電隔離電路由6N137光電隔離器件實現(xiàn)，CAN電平轉(zhuǎn)換電路由PCA82C250T芯片實現(xiàn)。[0017]有益效果本實用新型采用高度集成的S3C2440A型CPU為核心器件，通過定制相應(yīng)的外圍器件構(gòu)成的水下移動觀測平臺的嵌入式控制器，該裝置與傳統(tǒng)的以PC/104型CPU為核心器件的嵌入式控制器相比，減小了體積和重量，極大地降低了功耗，提高了水下移動觀測平臺的工作可靠性和續(xù)航能力。

附圖I是水下移動觀測平臺的控制系統(tǒng)的組成框圖。附圖2是本實用新型的CPU單元組成框圖。附圖3是S3C2440A型CPU引腳圖第一部分。附圖4是S3C2440A型CPU引腳圖第二部分。附圖5是S3C2440A型CPU引腳圖第三部分。附圖6是SDRAM存儲器中第一片HY57V1620電路圖。附圖7是SDRAM存儲器中第二片HY57V1620電路圖。附圖8是flash存儲器電路圖。附圖9是復(fù)位電路圖。附圖IO是晶振電路圖。附圖11是供電電路圖。附圖12是串口隔離及串口電平轉(zhuǎn)換電路圖。附圖13是串口擴展電路。附圖14是IDE硬盤接口電路圖。附圖15是USB接口電路圖。附圖16是網(wǎng)口電路圖。附圖17是CAN總線接口電路圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例描述本實用新型參照附圖1，附圖I給出本實施例水下移動觀測平臺的控制系統(tǒng)的組成框圖，包括嵌入式控制器、深度傳感器、航向姿態(tài)傳感器、多普勒速度儀、銥星通訊模塊、GPS接收機、CTD傳感器、側(cè)掃聲納裝置。其中，嵌入式控制器實現(xiàn)移動觀測平臺的運動控制、數(shù)據(jù)采集；深度傳感器用于測量水下移動觀測平臺的航行深度，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；航向姿態(tài)傳感器用于測量水下移動觀測平臺的航向與姿態(tài)，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；多普勒速度儀用于測量水下移動觀測平臺的航行速度，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；銥星通訊模塊用于水下移動觀測平臺遠程的數(shù)據(jù)和指令傳輸，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；GPS接收機用于水下移動觀測平臺在水面時的定位，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；CTD傳感器用于水下移動觀測平臺測量海水的溫度、鹽度和深度，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊；側(cè)掃聲納裝置用于水下移動觀測平臺的水下觀測，它與控制裝置之間采用RS232進行通訊。嵌入式控制器包括CPU單元、IDE存儲器、USB接口、網(wǎng)口和CAN總線接口 ；IDE存儲器存儲水下移動觀測平臺的數(shù)據(jù)；USB接口包括slave USB接口和master USB接口；網(wǎng)口用于水下移動觀測平臺與外部計算機之間的通訊；CAN總線接口用于嵌入式控制器將解算得到的操舵指令發(fā)送給后段控制器，由后段控制器進行操舵控制。附圖2是本實施例中CPU單元的組成框圖，CPU單元包括以arm920T核的S3C2440A型微處理器為控制器的CPU和與S3C2440A型微處理器連接的外圍電路，外圍電路包括64MB內(nèi)存SDRAM電路、256MB f I ash存儲器電路、晶振電路、復(fù)位電路、供電電路、3路串口電路、4路串口擴展電路、串口隔離及串口電平轉(zhuǎn)換電路、IDE硬盤接口電路、2路USB接口電路、網(wǎng)口電路、CAN總線接口電路。S3C2440A型微處理器的主頻最高可達533MHz，共289引腳，其引腳資源如附圖3 5所示。為了保證CPU正常工作，其EXYCLK引腳通過一個4. 7K上拉電阻后接3. 3V直流電源，其OMO引腳通過一個4. 7K下拉電阻后接3. 3V直流電源地，其OMl、0M2和0M3引腳接3. 3V直流電源地，如圖3所示。此外，其!11、1(1、1'1、了2、說、價、譏0、8132、017、016、A15、B13、A11、A7、A5、N1、U3、U9、U15、G1、H11、T14、F2、A3、A4、B10、A12、C17、G17、R17、M12引腳接 3. 3V 直流電源地，其 B6、A9、B12、B14、B16、F17、C1、K12、T12、T3、J1、P14、N15 引腳·接 3. 3V 直流電源，其 J17、G4、F1、F16、A16、B11、A10、A6、A1、N16、M13、U11、T8、T6、U2、U1、L2、J2引腳接I. 25V直流電源，其H14引腳通過一個15K上拉電阻接3. 3V直流電源，如圖5所示。附圖6和附圖7是64MB SDRAM存儲器電路圖。SDRAM電路由兩片HY57V1620組成。每片HY57V1620的大小為32MB，共64MB。第一片HY57V1620的數(shù)據(jù)線DQO DQ15分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATAO DATA15(參見圖3)，其地址線AO A12分別連接S3C2440A的地址線ADDR2 ADDR14 (參見圖3)，其BAO引腳連接S3C2440A的地址線ADDR24 (參見圖3)，其引腳BAl連接S3C2440A的地址線ADDR25 (參見圖3)，其控制線nSCS連接S3C2440A的nGCS6引腳(參見圖3)，其控制線nSCAS連接S3C2440A的nSCAS引腳(參見圖4)，其控制線nSRAS連接S3C2440A的nSRAS引腳(參見圖4)，其控制線nWE連接S3C2440A的nWE引腳(參見圖4)，其控制線LDQM連接S3C2440A的nBEO引腳(參見圖4)，其控制線UDQM連接S3C2440A的nBEl引腳(參見圖4)，其控制線SCKE連接S3C2440A的SCKE引腳(參見圖4)，其控制線SCLK連接S3C2440A的SCLKO引腳(參見圖4)，其VSSO VSS2、VSSQO VSSQ3引腳接直流3. 3V電源地，其VDDO VDD2、VDDQO VDDQ3引腳接直流3. 3V電源。第二片HY57V1620的數(shù)據(jù)線DQO DQ15分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATA16 DATA31 (參見圖
3)，其地址線Α(ΓΑ12分別連接S3C2440A的地址線ADDR2 ADDR14相連(參見圖3)，其引腳BAO連接S3C2440A的地址線ADDR24(參見圖3)，其引腳BAl連接S3C2440A的地址線ADDR25(參見圖3)，其控制線nSCS連接S3C2440A的nGCS6引腳(參見圖3)，其控制線nSCAS連接S3C2440A的nSCAS引腳(參見圖4)，其控制線nSRAS連接S3C2440A的nSRAS引腳(參見圖
4)，其控制線nWE連接S3C2440A的nWE引腳(參見圖3)，其控制線LDQM連接S3C2440A的nBE2引腳(參見圖4 )，其控制線UDQM連接S3C2440A的nBE3引腳(參見圖4 )，其控制線SCKE連接S3C2440A的SCKE引腳(參見圖4)，其控制線SCLK連接S3C2440A的SCLKl引腳(參見圖4)，其VSSO VSS2、VSSQO VSSQ3引腳接直流3. 3V電源地，其VDDO VDD2、VDDQO VDDQ3引腳接直流3. 3V電源。附圖8是flash存儲器電路圖。fIash存儲器電路采用K9F2G08型Nand Flash,該片大小為256MB。其IOO 107引腳分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATAO DATA7 (參見圖3)，苴R/1引腳連接S3C2440A的FRnB引腳(參見圖4)，其引腳連接S3C2440A的nFCEGPA22引腳(參見圖4 )，其CLE引腳連接S3C2440A的CLE引腳(參見圖4 )，其ALE引腳連接S3C2440A的ALE引腳(參見圖4)，苴■引腳連接S3C2440A的nFWE引腳(參見圖4)，其 引腳連接S3C2440A的nFRE引腳(參見圖4)。其^ VCC引腳接直流3. 3V直流電源，其VSS引腳接直流3. 3V電源地。附圖9和附圖10是復(fù)位、晶振電路圖。晶振電路由兩種頻率的晶振電路組成。32. 768kHz型晶振電路用在S3C2440A處理器的實時時鐘(rtc)模塊中，12MHz型晶振電路為S3C2440A處理器的主晶振。其中32. 768kHz型晶振XTIrtc和XTOrtc引腳分別接S3C2440A的XTIrtc和XTOrtc引腳(參見圖3)；12MHz型晶振的XTIpll和XTOpll引腳分別接S3C2440A的XTIpll和XTOpll引腳(參見圖3)。復(fù)位電路采用專業(yè)的復(fù)位芯片MAX811實現(xiàn)CPU所需要的低電平復(fù)位。該芯片的電源引腳4接3. 3V直流電源，并通過一個Iuf的 電容接3. 3V直流電源地，以提高電源濾波性能；其引腳3通過一個按鈕開關(guān)接3. 3V直流電源地；其引腳I接3. 3V直流電源地；其引腳2通過一個470 Ω的電阻連接S3C2440A的nRESET引腳(參見圖5)。附圖11是供電電路圖。供電電路由5V轉(zhuǎn)3. 3V及3. 3V轉(zhuǎn)1.25V兩部分電路組成，其中5V轉(zhuǎn)3. 3V電路采用三端電壓轉(zhuǎn)換器LMl 17將外接的5V直流電源轉(zhuǎn)換為3. 3V直流電壓；3. 3V轉(zhuǎn)I. 25V電路采用電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX8860EUA18將3. 3V直流電壓轉(zhuǎn)換為I. 25V直流電壓。附圖12是串口隔離及串口電平轉(zhuǎn)換電路圖。串口隔離及串口電平轉(zhuǎn)換電路共有7路，每一路都由串口接收光電隔離電路、串口發(fā)送光電隔離電路及串口電平轉(zhuǎn)換電路組成(I)串口接收光電隔離電路采用光電隔離器件6N137進行光電隔離，該芯片電源引腳8和使能引腳7接3. 3V直流電源，其輸入端陽極(即引腳2)接5V直流電源，其輸入端陰極(即引腳3 )通過串聯(lián)470 Ω電阻后接電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232S0P的引腳12，其輸出端集電極(即引腳6)通過一個IK上拉電阻接3. 3V直流電源，同時接S3C2440A的RXDO、RXDI、RXD2 (參見圖4)及串口總線轉(zhuǎn)換芯片TL16C554的RXA、RXB、RXC、RXD中的任意一個引腳，其輸出端發(fā)射極(即引腳5)接3. 3V直流電源地；(2)串口發(fā)送光電隔離電路采用光電隔離器件6N137進行光電隔離，該芯片電源引腳8和使能引腳7接5V直流電源，其輸入端陽極(即引腳2)接3. 3V直流電源，其輸入端陰極(即引腳3)通過330 Ω電阻接S3C2440A的TXD0、TXD1、TXD2 (參見圖4)及串口總線轉(zhuǎn)換芯片TL16C554的TXA、TXB、TXC、TXD中的任意一個引腳，其輸出端集電極(即引腳6)通過一個IK上拉電阻接5V直流電源，同時接電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232S0P的引腳11，其輸出端發(fā)射極(即引腳5)接5V直流電源地。(3)串口電平轉(zhuǎn)換電路是由轉(zhuǎn)換芯片MAX3232S0P來實現(xiàn)，其引腳I和引腳3之間、引腳4和引腳5之間都接一個O. IyF電容，其引腳2和引腳6都串聯(lián)一個O. IyF電容后接3. 3V直流電源地，其引腳15接3. 3V直流電源地，其引腳16接3. 3V直流電源，同時通過一個O. I μ F電容接3. 3V直流電源地。附圖13是串口擴展電路。S3C2440A自身含有3個串口 UART0、UART1、UART2，分別由S3C2440A處理器的RXDO、TXDO，RXDI、TXDI，RXD2、TXD2引腳引出，是TTL電平，經(jīng)過串口隔離和串口電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成RS232電平。根據(jù)本實施例中控制裝置對串口的需求，需要外擴4個串口，串口擴展電路由串口地址譯碼電路和串口總線轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。串口地址譯碼電路由SN74HC138芯片實現(xiàn)，串口總線轉(zhuǎn)換電路由TL16C554芯片實現(xiàn)(I)串口地址譯碼芯片SN74HC138的使能輸入端引腳δ 和接S3C2440A的nGCS4引腳(參見圖3)，其使能端引腳Gl接3. 3V直流電源，其譯碼引腳A和引腳B接S3C2440A的地址線ADDR8和ADDR9 (參見圖3)，其譯碼引腳C接3. 3V直流電源地，其電源引腳VCC接3. 3V直流電源，其譯碼輸出引腳 、石和巧分別與TL16C554芯片的CSA , CSB ,③和石石引腳相連。(2)串口總線轉(zhuǎn)換芯片TL16C554的地址引腳MK Al、A2分別接S3C2440A的地址線ADDRl、ADDR2、ADDR3 (參見圖3)，其數(shù)據(jù)總線引腳DO D7分別接S3C2440A的數(shù)據(jù)總線DATAO DATA7(參見圖3)，其電源引腳4、21、35和52接3. 3V直流電源，其電源引腳14、28、45,61接3. 3V直流電源地，其中斷線INTA、INTB、INTC和INTD分別接S3C2440A的EINT17、 EINT18、EINT19和EINT8引腳(參見圖5)，其晶振輸入引腳XTALl和XTAL2接14. 7456M晶體振蕩器。附圖14是IDE硬盤接口電路圖。IDE硬盤接口電路用于連接44pin的3. 5寸IDE硬盤，IDE硬盤的41和42引腳接5V直流電源，其2、19、22、24、26、28、30、40引腳接5V直流電源地，其#RESET引腳接S3C2440A的nRESET引腳(參見圖5)，其數(shù)據(jù)總線引腳DO D15分別接S3C2440A的數(shù)據(jù)總線DATAO DATA15引腳(參見圖3)，其#DIOW引腳接S3C2440A的nWE引腳(參見圖3)，其DIOR引腳接S3C2440A的nOE引腳(參見圖3)，其IORDY引腳接S3C2440A的EINT5引腳(參見圖5)，其IfflMACK引腳接S3C2440A的nXDACKO引腳(參見圖
3)，其INTRQ引腳接S3C2440A的EINT6引腳(參見圖5)，其地址總線引腳AOO A02分別接S3C2440A的ADDRl ADDR3引腳(參見圖3)，其#〇50引腳接S3C2440A的nGCSl引腳(參見圖3)，其#CS1引腳接S3C2440A的nGCS2引腳(參見圖3)，其I0IS16引腳通過一個IOK的上拉電阻接3. 3V直流電源，其#DASP引腳通過一個IK的電阻和一個LED發(fā)光二極管與5V直流電源連接，用于硬盤讀寫狀態(tài)的指示。附圖15是USB接口電路圖。USB接口電路由USB Host接口電路和USB Slave接口電路組成。其中，USB Host接口電路的引腳I接5V直流電源；其引腳2通過一個15K的下拉電阻接5V直流電源地，通過一個22 Ω的電阻接S3C2440A的DNO引腳(參見圖4);其引腳3通過一個15K的下拉電阻接5V直流電源地，通過一個22 Ω的電阻接S3C2440A的DPO引腳(參見圖4);其引腳4接5V直流電源地。USB Slave接口電路的引腳I接5V直流電源；其引腳2通過一個470K的下拉電阻接5V直流電源地，通過一個22 Ω的電阻接S3C2440A的PDNO引腳(參見圖4);其引腳3通過一個I. 5K的電阻接S3C2440A的GPC5引腳(參見圖
4)，通過一個22Ω的電阻接S3C2440A的TOPO引腳(參見圖4);其引腳4接5V直流電源地。附圖16是網(wǎng)口電路圖。網(wǎng)絡(luò)接口電路由網(wǎng)絡(luò)控制芯片和RJ45接口組成。其中，網(wǎng)絡(luò)控制芯片采用DM9000，RJ45接口采用HR911103A器件。網(wǎng)絡(luò)控制芯片DM9000的引腳5、16、17、20、72、73、90、97、98 接 3. 3V 直流電源，其引腳 15、25、31、32、42、48、58、63 接 3. 3V直流電源地，其引腳76、81、93、94、95、96、99連接電阻后接3. 3V直流電源地，其數(shù)據(jù)總線引腳SDO SD15分別接S3C2440A數(shù)據(jù)總線的DATAO DATA15 (參見圖4)，其片選AEN引腳接S3C2440A的nGCS3引腳(參見圖3)，其I OR# ,I Off#分別接S3C2440A的nOE、nOW引腳(參見圖3)，其INT引腳接S3C2440A的EINT7引腳(參見圖5)，其PW RST#引腳接S3C2440A的nRESET引腳(參見圖5)，其LINK ACT#引腳接HR911103A的GLEDk引腳，其SPEED#引腳接HR911103A的YLEDk引腳，其CMD引腳接S3C2440A的ADDR2弓I腳(參見圖3 )，其引腳IOWAIT引腳通過一個4. 7K上拉電阻接3. 3V直流電源，其EECS引腳通過一個4. 7K上拉電阻接3. 3V直流電源，其X223M和X125M引腳接25M晶體振蕩器。RJ45接口器件HR911103A的引腳I接DM9000的TXO+引腳，同時通過一個50 Ω上拉電阻接3. 3V直流電源，其引腳2接DM9000的TXO-引腳，同時通過一個50 Ω上拉電阻接3. 3V直流電源，其引腳3通過一個O. I μ F電容接3. 3V直流電源地，其引腳4和5接3. 3V直流電源地，其引腳6通過一個O. I μ F電容接3. 3V直流電源地，其引腳7接DM9000的RXI-引腳，同時接一個50 Ω電阻，再串連一個
O.IyF電容，接3. 3V直流電源地，引腳8接DM9000的RXI+引腳，同 時接一個50 Ω電阻，再串連一個O. I μ F電容，接3. 3V直流電源地，其引腳9通過一個IK上拉電阻接3. 3V直流電源，其引腳11通過一個IK上拉電阻接3. 3V直流電源，其引腳A和B接3. 3V直流電源地。附圖17是CAN總線接口電路圖。CAN總線接口電路由CAN協(xié)議控制電路、CAN光電隔離電路及CAN電平轉(zhuǎn)換電路三部分組成，CAN協(xié)議控制電路由Mcp2515CAN協(xié)議控制器芯片實現(xiàn)，CAN光電隔離電路由6N137光電隔離器件實現(xiàn)，CAN電平轉(zhuǎn)換電路由PCA82C250T芯片實現(xiàn)(I)CAN協(xié)議控制電路由Mcp2515CAN協(xié)議控制器芯片實現(xiàn)，該芯片引腳17接S3C2440A的nRESET引腳(參見圖5)，其引腳16接S3C2440A的nSSO引腳(參見圖4)，其引腳14接S3C2440A的SPIMOSIO引腳(參見圖4)，其引腳15接S3C2440A的SPIM0S00引腳(參見圖4)，其引腳13接S3C2440A的SPICLKO引腳(參見圖4)，其引腳12接S3C2440A的EINT18引腳(參見圖5)，其引腳7和8接16M晶體振蕩器，其引腳18接3. 3V直流電源，其引腳9接3. 3V直流電源地。(2)CAN光電隔離電路分為CAN接收光電隔離電路和CAN發(fā)送光電隔離電路組成。CAN接收光電隔離電路采用光電隔離器件6N137進行光電隔離，該芯片電源引腳8和使能引腳7接3. 3V直流電源，其輸入端陽極(即引腳2)接5V直流電源，其輸入端陰極(即引腳3)通過串聯(lián)470 Ω電阻后接電平轉(zhuǎn)換芯片PCA82C250T的引腳4，其輸出端集電極(B卩引腳6)通過一個IK上拉電阻接3. 3V直流電源，同時接Mcp2515CAN的引腳2 ;其輸出端發(fā)射極(即引腳5)接3. 3V直流電源地。發(fā)送光電隔離電路采用光電隔離器件6N137進行光電隔離，該芯片電源引腳8和使能引腳7接5V直流電源，其輸入端陽極(即引腳2)接3. 3V直流電源，其輸入端陰極(即引腳3 )通過330 Ω電阻接Mcp2515芯片引腳I，其輸出端集電極(SP弓丨腳6)通過一個IK上拉電阻接5V直流電源，同時接電平轉(zhuǎn)換芯片PCA82C250T的引腳1，其輸出端發(fā)射極(即引腳5)接5V直流電源地。(3)CAN電平轉(zhuǎn)換電路由PCA82C250T芯片實現(xiàn)，其電源引腳(即引腳3)接5V直流電源，并在5V直流電源和5V直流電源地之間分別串聯(lián)一個I μ F電容和一個10 μ F的電解電容，其中IOyF的電解電容的正極接接5V直流電源，負極接5V直流電源地，其引腳2接5V直流電源地，引腳8通過一個47ΚΩ下拉電阻后接5V直流電源地，其引腳6串聯(lián)一個5. 1Ω電阻后接CAN總線接線端口引腳2，同時通過一個30pF電容后接5V直流電源地。其引腳7串聯(lián)一個5. I Ω電阻后接入CAN總線接線端口引腳1，同時通過一個30pF電容后接5V直流電源地。其CAN總線接線端口引腳I和引腳2之間接一個120 Ω的電阻。總之，本實用新型的基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器可減小裝置的體積和重量，降低了功耗，提高了水下移動觀測平臺的工作可靠性和續(xù)航能力。
權(quán)利要求1.一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于包括CPU單元、IDE存儲器、USB接口、網(wǎng)口和CAN總線接口 ；IDE存儲器存儲水下移動觀測平臺的數(shù)據(jù)；USB接口包括slave USB接口和master USB接口；網(wǎng)口用于水下移動觀測平臺與外部計算機之間的通訊；CAN總線接口用于嵌入式控制器將解算得到的操舵指令發(fā)送給后段控制器，由后段控制器進行操舵控制；所述CPU單元包括arm920T核的S3C2440A型微處理器和與S3C2440A型微處理器連接的外圍電路，外圍電 路包括SDRAM電路、flash存儲器電路、晶振電路、復(fù)位電路、供電電路、串口電路、串口擴展電路、串口隔離及串口電平轉(zhuǎn)換電路、IDE硬盤接口電路、USB接口電路、網(wǎng)口電路、CAN總線接口電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于SDRAM電路由兩片HY57V1620組成；第一片HY57V1620的數(shù)據(jù)線DQO DQ15分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATAO DATA15，其地址線A0 A12分別連接S3C2440A的地址線ADDR2 ADDR14，其引腳BAO和BAl分別連接S3C2440A的地址線ADDR24和ADDR25，其控制線 nSCS、nSCAS、nSRAS、nWE、LDQM、UDQM、SCKE 和 SCLK 分別連接 S3C2440A 的引腳 nGCS6、nSCAS、nSRAS、nWE、nBEO、nBEl、SCKE 和 SCLKO，其引腳 VSSO VSS2、VSSQO VSSQ3 接直流3. 3V電源地，其引腳VDD0 VDD2、VDDQ0 VDDQ3接直流3. 3V電源；第二片HY57V1620的數(shù)據(jù)線DQO DQ15分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATA16 DATA31，其地址線A0 A12分別連接S3C2440A的地址線ADDR2 ADDR14，其引腳BAO和BAl分別連接S3C2440A的地址線ADDR24 和 ADDR25，其控制線 nSCS、nSCAS、nSRAS、nWE、LDQM、UDQM、SCKE 和 SCLK 分別依次連接 S3C2440A 的引腳 nGCS6、nSCAS、nSRAS、nWE、nBE2、nBE3、SCKE 和 SCLK1，其引腳 VSSO VSS2、VSSQ0 VSSQ3接直流3. 3V電源地，其引腳VDDO VDD2、VDDQ0 VDDQ3接直流3. 3V電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于flash存儲器電路采用K9F2G08型Nand Flash，其引腳100 107分別連接S3C2440A的數(shù)據(jù)線DATAO DATA7，其引腳R/i、CE CLE, ALE, WEs Ι分別接S3C2440A的引腳FRnB、nFCEGPA22、CLE、ALE、nFWE、nFRE，其引腳WF、VCC 接直流 3. 3V 電源，其引腳 VSS 接直流3. 3V電源地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于晶振電路包括用于S3C2440A處理器實時時鐘模塊中的晶振電路和S3C2440A處理器的主晶振電路；前一晶振電路的引腳XTIrtc和XTOrtc分別接S3C2440A的引腳XTIrtc和XTOrtc ;主晶振電路的引腳XTIpll和XTOpll分別接S3C2440A的引腳XTIpll和XTOpll0
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于復(fù)位電路采用復(fù)位芯片MAX811實現(xiàn)CPU的低電平復(fù)位；復(fù)位芯片的電源引腳4接3. 3V直流電源，并通過電容接3. 3V直流電源地，復(fù)位芯片的引腳3通過按鈕開關(guān)接3. 3V直流電源地，其引腳I接3. 3V直流電源地，其引腳2通過電阻接S3C2440A的nRESET引腳。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于串口擴展電路由串口地址譯碼電路和串口總線轉(zhuǎn)換電路組成，串口地址譯碼電路由SN74HC138芯片實現(xiàn)，串口總線轉(zhuǎn)換電路由TL16C554芯片實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于串口隔離及串口電平轉(zhuǎn)換電路由串口接收光電隔離電路、串口發(fā)送光電隔離電路及串口電平轉(zhuǎn)換電路組成；串口接收光電隔離電路和串口發(fā)送光電隔離電路均分別采用光電隔離器件6N137進行光電隔離；串口電平轉(zhuǎn)換電路是由轉(zhuǎn)換芯片MAX3232S0P實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，其特征在于CAN總線接口電路由CAN協(xié)議控制電路、CAN光電隔離電路及CAN電平轉(zhuǎn)換電路組成；CAN協(xié)議控制電路由Mcp2515CAN協(xié)議控制器芯片實現(xiàn)，CAN光電隔離電路由6N137光電隔離器件實現(xiàn)，CAN電平轉(zhuǎn)換電路由PCA82C250T芯片實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型提出了一種基于ARM的水下移動觀測平臺嵌入式控制器，包括CPU單元、IDE存儲器、USB接口、網(wǎng)口和CAN總線接口，CPU單元包括arm920T核的S3C2440A型微處理器和與S3C2440A型微處理器連接的外圍電路。本實用新型由于采用高度集成的S3C2440A型CPU為核心器件，通過定制相應(yīng)的外圍器件構(gòu)成的水下移動觀測平臺的嵌入式控制器，該裝置與傳統(tǒng)的以PC/104型CPU為核心器件的嵌入式控制器相比，減小了體積和重量，極大地降低了功耗，提高了水下移動觀測平臺的工作可靠性和續(xù)航能力。
文檔編號G05B19/042GK202694061SQ20122029900
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月22日
發(fā)明者嚴衛(wèi)生, 高劍, 王月鋒, 張福斌, 崔榮鑫, 王銀濤, 張立川, 彭星光 申請人:西北工業(yè)大學(xué)