谈ARM对多传感器的精确定时

1、谈ARM对多传感器的精确定时刘敦放（重庆普天通信设备有限公司，重庆400050）煤矿井下环境十分恶劣，随时可能遇到的塌方和煤粉尘大等情况，影响固定报警器检查瓦斯浓度的正常工作。安全检查最可靠的方式是，所有的下井人员人人都随身携带煤矿瓦斯报警器，随时检查井下瓦斯浓度；但仅检查瓦斯浓度往往是不够的，当井下的一氧化碳的浓度升高时对人体也是十分有害的。为了确保下井人员的安全，不仅随时要检查瓦斯浓度，同时也要检查一氧化碳浓度。能同时检查两种刘敦放（重庆普天通信设备有限公司，重庆 400050）煤矿井下环境十分恶劣，随时可能遇到的塌方和煤粉尘大等情况，影响固定报警器检查瓦斯浓度的正常工作。安全检查最可靠的

2、方式是，所有的下井人员人人都随身携带煤矿瓦斯报警器，随时检查井下瓦斯浓度；但仅检查瓦斯浓度往往是不够的，当井下的一氧化碳的浓度升高时对人体也是十分有害的。为了确保下井人员的安全，不仅随时要检查瓦斯浓度，同时也要检查一氧化碳浓度。能同时检查两种以上有害气体的装置，既要便于携带，又要精确定时检查多种有害气体，这里选用32位ARM微处理器来实现该功能。利用32位ARM微处理器的优势，可以满足便于携带与精确定时报警的要求。本文将针对精确定时这一问题进行一些探讨。1 ARM嵌入式随身瓦斯报警器的基本原理如图1所示，瓦斯报警器主要包括：ARM芯片外部的输入输出部分，ARM芯片内部与外部输入连接的AD转换部

3、分和与芯片内部与外部输出连接的GPIO部分。1.1输入输出部分输入部分：由瓦斯传感器与一个模拟信号放大器通过跳线电阻与LED发光告警二极管连接；P0.19引脚通过470 电阻与一个蜂鸣器相连，电阻的作用是分压，以便产生中度蜂鸣告警；P0.20引脚直接与另一蜂鸣器相连，以便产生强度蜂鸣告警。ARM LPC2103微处理器AD转换器的特性是：10位逐次逼近式模数转换器；测量范围为03.3 V；10位转换时间2.44s；1路或多路输入的Burst转换模式；转换触发信号可选择输人引脚的跳变或定时器的匹配情况；AD转换器的基本时钟由VPB时钟提供，可编程分频器将时钟调整至4.5 MHz(逐次逼近转换的最

4、大时钟)，10位精度要求的转换需要11个AD转换时钟。ARM微处理器运行程序在AD控制寄存器参数的控制下，将AIN0采集到的瓦斯模拟信号送入10位逐次逼近式模数转换器，转换后的数字信号值存入ADDR 0 AD数字寄存器0。将这一值与瓦斯初告警值、瓦斯中度告警值、瓦斯强度告警值进行比较，在哪一种告警范围，立即进行哪一种告警。将AIN1采集到的一氧化碳模拟信号送入10位逐次逼近式模数转换器，转换后的数字信号值存入ADDR1AD数字寄存器1。将这一值与一氧化碳初告警值、一氧化碳中度告警值、一氧化碳强度告警值进行比较，在哪一种告警范围，立即进行哪一种告警。1.2模拟信号采集通道的选择与设置从图1可看到

5、，P0.22引脚连接AIN0通道，通过设置ADOCR AD控制寄存器，选择通道0采集瓦斯浓度信息，并设置转换时钟频率为1 MHz；BURST=0，软件控制转换操作；CLKS=0，使用11clock转换；PDN=1，正常工作模式；START=4，当EDGE选择的边沿出现在MAT0.1时启动AD转换；EDGE=0，MAT0.1下降沿触发。P0.23引脚连接AIN1通道，通过设置ADOCR AD控制寄存器，选择通道1采集一氧化碳浓度信息，设置转换时钟频率为1 MHz；BURST=0，软件控制转换操作；CLKS=0，使用11clock转换；PDN=1，正常工作模式；START=5，当EDGE选择的边沿

6、出现在MAT0.3时启动AD转换；EDGE=0，MAT0.3下降沿触发。2精确的定时触发AD转换的硬件触发可通过定时器翻转功能触发AD转换，这样无需CPU干预就能精确地定时触发(这是本文主要讨论的问题)。ARM LPC2103定时器0寄存器结构框图如图2所示。初始化定时器0时，使定时器0匹配1(TOMR1)每逢第5 s时MAT0.1输出翻转；同时使定时器0匹配3(TOMR1)每逢第10 s时MAT0.3输出翻转。对定时器0设置代码如下：因对于ADCR AD转换控制寄存器的START位选择100111时，MAT信号不必输出到引脚上。对于上述代码初始化定时器需要说明，MAT0.1的START=4即

7、十六进制的100，下降沿触发启动AD转换。对于MAT0.3的START=5即二进制的101，下降沿触发启动AD转换器。怎样精确地定时触发呢?先设置定时器0清零复位(Fpclk=1 s)，每隔5 s，定时器计数器MR2值相等时，响应中断服务进行瓦斯值判断与告警并设置MAT0.3的启动转换；当TC值与MR3值相等时，设置MAT3输出信号翻转并同时TC复位。这样循环往复，可以无需CPU干预就能精确地定时触发，精确地按时进行多个传感器的触发和多个判断告警，即通过中断服务程序实现了有害气体检测告警服务。结 语根据上述原理，使用ARM LPC2103芯片，已完成了一个可随身携带的煤矿瓦斯报警器。它能及时检测与显示煤矿、隧道及各种地下工程等环境中的瓦斯(即甲烷)及一氧化碳浓度。当达到有害浓度值时，可进行不同级别的声光报警。此种报警器不仅适用于煤矿，安