超大型多功能吊装装备的嵌入式智能前端硬件设计(6)
除了上述的485总线和CAN总线外，嵌入式单元还需要其他类型接口实现不同需求的通信。在本系统设计中加入了RS232接口和USB接口。
RS232接口被广泛地应用于计算机与终端或外设之间的连接，RS232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，适合用于计算机与监控设备或传感器等串口设备之间的串行通信。
USB接口用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，USB接口以其方便、传输速率高等优点已经成为计算机行业中最为流行的外设接口标准。许多设备都具有USB接口，因此给系统设置USB接口将方便系统与USB设备的数据交换、存储。
此外，监控单元在进行数据传输、存储、运算时需要占用大量的存储空间，不同的用途对存储器功能要求也会不一样。因此嵌入式单元还需要有不同类型的存储器，以满足不同类型的存储要求。
最后，对于现场的嵌入式单元还需要输入输出设备，所以对系统添加键盘和液晶屏或触摸式液晶屏，使得用户可以在现场通过液晶屏时刻观察现场监控状况并能够对设备进行操作控制。
针对上述应用需求和设计分析，对系统进行架构，具体组成为：控制现场的各监控物理量传感器通过AD/DA转换的信号经由RS485、CAN总线传送至嵌入式单元，同时控制设备的PLC及其他监控设备也经由RS485、CAN及RS232等接口与嵌入式单元相连接，嵌入式单元接入工业以太网，通过RJ45接口接入网络并向远程监控端收发数据与命令，同时用户可以在现场通过液晶屏监控现场设备的状态参数。总体的系统结构如图2.2所示。
图2.2 嵌入式单元系统总体设计结构
2.3 系统方案设计
根据上文所述的需求分析，确定了系统功能，并以此为依据设计出了总体系统架构。从总体架构我们可以看出整个监控系统主要是由嵌入式监控单元组成的，嵌入式单元的各个功能模块完成其独立的功能，同时各模块又协同配合使整个系统得以完好的运行。因此，我们现在需要确定嵌入式单元的主要功能模块，以及各功能模块之间的配合关系，以便有利于后续硬件模块的详细设计。
首先在确定硬件的功能模块时，需要分清楚哪些功能由软件实现，哪些功能由硬件实现。其大前提是能用软件实现的功能尽量不使用硬件模块替代，以节省生产成本，同时也提高了系统的可靠性；而各硬件模块的功能要尽量相互独立，
避免重复，同时可扩展性强，方便在以后对硬件模块的更新及优化。由上述原则，基本可以确定本文中的嵌入式单元原型的必需基本功能模块包括：主控制器、电源模块、时钟模块、调试模块、存储模块、显示模块、通讯接口模块。下面对各个主要功能模块作简要地介绍：
（1）主控制器
首先作为嵌入式系统单元的核心就是嵌入式处理器了。嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。
（2）电源模块
电源模块的性能好坏直接影响到整个系统的稳定性甚至正常运作。因此在设计电源模块时需要考虑稳定性及容错性。正常模式下将由外部电源适配器或USB端提供的5V电压以及电压转换芯片转化后的3.3V电压作为工作电压，以适合不同器件的供电需求。当CPU检测到低电压时,内部连接开关切换到电池供电端VBAT, 由电池供电给后备域和RTC模块。