A/D转换设计 - 一体化无线数据采集仪设计方案

A/D转换设计

　　在数据采集中经常需要把模拟信号转换成处理器可以识别的数字信号，以便采集仪可以对信号进行处理和传输，这就要用到A/D转换电路。A/D转换器从变换原理来看，主要有并行比较型、逐次逼近型和双积分型等。并行比较型转换速度快，可达数十纳秒，但是价格昂贵，非必要时一般不会采用;双积分型A/D转换器的转换时间较长一般要达到40ms~50ms;逐次逼近型具有较高转换速度，可达几微秒，价格适中。本设计采用ADI公司生产的AD7689芯片来对滤波后的电压信号进行A/D转换。AD7689是一款采用单电源供电的8通道、16位分辨率、无失码、电荷再分配逐次逼近型模数转换器(ADC)。AD7689使用简单的SPI接口实现配置寄存器的写入和转换结果的输出。

　　音频采集设计

　　嵌入式产品一大特点是CPU资源有限，为了减轻CPU在数据处理中的负担及减少数据传输所需的带宽，本设计对采集到的音频和视频数据分别进行了硬件压缩编码。音频采集处理中采用Micronas半导体设计及制造公司生产的MAS3587芯片。该芯片集成了前放以及A/D转换模块，支持模拟和数字串并行两种方式输入输出，具有MPEG1/2 layer3格式编码和MPEG1/2 layer2 and layer3格式解码功能。芯片内部包含耳机驱动模块，模拟输出信号可以不经过放大直接驱动耳机。音频采集电路如图4所示，MAS3587接收到模拟信号输入后，先通过芯片的A/D部分将模拟信号转换为数字信号，然后将A/D转换后输出的数字信号送入芯片内置的MP3压缩编码模块完成MP3格式的编码。图4中，S3C6410通过I2C总线对MAS3587芯片进行初始化，通过握手信号线与并行数据线读出经过MP3格式编码后的音频数据，并把数据进行存储及传输。

　　

 

　　图3 A/D转换电路

　　

 

　　图4 音频采集示意图

　　其它模块设计

　　视频采集

　　在视频采集上，因为S3C6410处理器内部集成了多媒体编解码器(MFC)，支持MPEG4/H.263/H.264编解码和VC1的解码，能够提供实时的视频会议以及NTSC和PAL制式的TV输出。另外，S3C6410集成了CameraIF接口，支持ITU RBT-601/656YCBCr 8位标准，最大输入尺寸为4096×4096像素。本设计充分利用S3C6410的片上资源即可完成视频的采集及硬件压缩编码。视频采集直接通过S3C6410的CameraIF接口与OV9650摄像头相连采集现场视频数据，再通过芯片内置的MFC模块对采集到的视频信号进行H.264格式的硬件压缩编码。

　　WIFI通信

　　采用无线的方式与上位机进行通信，采集数据时大大减少了环境上的限制，无线数据采集具有安装便捷、使用灵活、易于扩展等优点，可以随时改变数据采集位置，上传数据时也非常方便。为了满足大量数据实时性传输的要求，采集仪采用了802.11n协议与上位机进行通信。802.11n协议是Wi-Fi联盟在802.11a/b/g后面的一个无线传输标准协议，它比802.11a/b/g具有更快的数据传输速度和更强的信号稳定性。协议目的是为实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平。在此，我们采用雷凌RALINK RT3070高速无线网卡，此网卡驱动支持Windows CE、Linux等嵌入式操作系统，兼容IEEE802.11b/g/n标准，具有体积小、信号稳定、数据传输速度快(最高可达150Mbps)等优点。

　　结语

　　本文以工业现场传感器及音视频信号的一体化采集为研究内容，把数据量巨大的音频及视频信号分别进行了硬件压缩编码，节省了CPU数据处理过程中的资源占用及数据传输带宽。利用S3C6410处理器集成度高、数据处理速度快的特点，设计了集多种物理量采集、处理、传输为一体的数据采集仪硬件平台。该采集仪具有体积小、集成度高、信号稳定、使用灵活等优点，可用于井下、电站、工厂等场所的数据采集及监控，具有广阔的应用前景。