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1、Linux设备驱动程序实现的功能包括驱动程序的注册与注销、设备的打开与释放、设备的读写操作、设备的控制操作等。当用户需要通过设备文件与硬件通信时，必须通过调用open、read、write、close、ioctl等系统函数实现，这些函数都由file_operations结构体的函数指针成员给出入口地址，file_operations结构体的每一个成员名都对应一个系统函数嗍。用户进程利用系统调用在对设备文件进行诸如read、write操作时，系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序，然后读取该数据结构相应的函数指针，接着把控制权交给该函数。因此，编写设备驱动程序就是编写file_op
2、erations数据结构的各个函数指针对应的各个函数，随着Linux设备驱动程序的复杂程度越来越高，file operations结构体的成员数越来越多，但并不是每种设备的驱动程序都需要利用file_operations中的全部功能，大多数驱动程序只是利用其中一部分，对于驱动程序中无需提供的功能，只需将相应位的数值设为NULL。本系统将ADS8364作为字符型设备设计驱动程序，对于字符设备来说，file_operations结构体中要提供的主要入口有：打开设备文件open()、释放设备文件release()、读取AD转换的数据read()、启动AD转换和选取AD转换的读数通道号write()、
3、AD转换参数快速设置ioctl()。 结合ADS8364与S3c24lO的接口电路，设计驱动程序时，采用中断方式或者查询方式读取转换数据。采用查询方式在驱动程序中需将通用输入输出引脚GPF4设置成输入模式，在应用程序中反复查询GPF4的输入状态，当查询到低电平时表明AD转换器完成一次转换，此时可调用驱动程序中的read()函数读取转换结果；采用中断方式需在驱动程序中将GPF4设置中断方式，将中断触发方式设置下降沿触发，ADS8364产生的EOC信号触发Linux系统的外中断EINT4，应用程序只需打开ADS8364所对应的设备文件，并采用write()函数启动相应通道开始转换，然后由驱动程序中
4、的中断服务函数将数据存放到一个全局变量中，应用程序通过read()函数读取数据，因此，利用中断方式采集数据速度更高、读数控制更简单。图4为采用中断方式的程序流程。5 测试结果 该系统已应用于某油田的井口多参数采集装置，前端分别接压力、流量、流速、温度等传感器，用来测量采油井井口的多种参数。经测试，该系统与传统的基于单片机的多参数测量装置相比，具有界面美观，易操作，精度高，可方便利用存储卡或U盘存储重要设置参数、系统运行状态的数据和测量数据，便于使用者管理和维修等优点。表1为该系统设计所测量值与实际值的对比情况。 从表1看出，该系统的测量误差很小，其中所测量的多个电压点，相对误差都小于O08，这
5、样的精度可满足数据采集应用需求。6 结束语 本文提出的基于嵌入式Linux技术的便携式数据采集系统，与传统的单片机或DSP技术实现的数据采集系统相比较，具有功耗低、体积小、用户操作界面友好、采集精度高、便于扩展升级等优点。ARM的片上资源丰富，Linux操作系统的功能强大，该系统通过外接不同传感器可实现多种参数采集，利用系统的丰富GPIO接口编程设计多个外部设备控制动作，完成多通道PWM输出。该系统在石油钻采、工厂自动化等领域具着广泛的应用前景。 目 录 前言21 井下压力、流速数据采集系统概述41.1 设计目标41.2 设计描述42硬件系统设计62.1信号电路板设计62.2 压力传感器62.
6、2.1压力传感器的定义62.2.2压力传感器原理62.3 磁电式转速传感器72.4信号调理电路82.4.1.压力信号调理电路82.4.2 流速信号调理电路82.5 仪表放大器82.5.1 仪表放大器的概念82.6主机板电路设计102.7 通信电路板设计123软件设计143.1压力数据采集子程序143.2 流速数据采集子程序163.3串行口设置和串行中断服务子程序173.4 IDL方式，延时等待子程序204调试过程2141 软件调试2142仿真调试215 结论22附录23什么是压力传感器以及其分类23什么是磁电式传感器23仪表放大器及应用24参考文献25 油井压力、流速数据采集系统前言目前, 我
7、国油井测试仍以手工测试为主, 半自动为辅。在测试过程中, 由于外界干扰及人为因素造成的测试稳定性和准确性较差等问题较为突出。因此, 迫切需要研究具有高效、高性能的测试方法和测试设备。计算机功能强大, 可以帮助我们解决这一难题, 但由于计算机过于笨重, 携带不方便, 对现场工况条件要求较高, 抗干扰能力较差, 通常无法胜任于条件较为恶劣的环境。因此, 我们考虑用单片机去完成。目前, 单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优点, 在过程控制、数据采集、机电一体化方面得到了广泛应用。在石油开采过程中，需要确切地了解油井内部的原油压力和流速，这对于有效地提高油井的产量有十分重要的
8、意义。本系统可以随油井钻头深入井下，实地采集并存储第一手的压力和流速数据。返回地面后，把数据送入计算机内，为分析油井状况提供准确的原始资料基于上述条件, 我们设计出一种用于井下压力、流量数据采集系统, 可以方便地到油田现场采集数据。1 井下压力、流速数据采集系统概述1.1 设计目标本系统使用89C51作为控制芯片，对来自压力及流速传感器的信号进行采集，并把采集到的数据存放在数据存储器中。系统可以工作在标定和实际测量两种工作状态下。标定状态是为了修正系统误差而在测量前进行一组标准压力和流量数据的测量。具有可与通用计算机连接的串行通信接口。在等待状态时，系统工作在低功耗方式。系统具有工作状态显示系
9、统，可以显示标定、测量、通信、等待等不同的工作状态。1.2 设计描述为取得特定油井深度下的原油压力及流速数据，本系统的工作时序必须与钻头进入油井的时间和所到达的深度相符合。在转头进入油井后的确定时间内，系统处于等待状态；当钻头到达预定的深度以后，系统自动开启并开始采集第一次数据；随后进入等待状态，等待下一次的数据采集。这样的采集进行六次，随后系统便停止工作，处于低功耗状态；系统框图如下复位电路串行通信接口压力传感器流量传感器参考电源 外部数据存储器主控单元（89C51）晶振V-F变换器仪表放大器模拟电源脉冲整形、放大状态指示图1-1 系统框图待重新回到地面后，再与计算机连接，把采集到的数据输入
10、计算机进行进一步的处理。由于系统在工作前可以进行标定，所以处理后的数据能比较准确地反映油井内原油的压力和流速的真实情况。由于系统处于地下高温的工作环境中，对于所有芯片的温度要求比较苛刻；再者受钻头尺寸大小的限制，需要整个系统小型化；系统一次工作时间可能长达八小时，仅靠小型电池供电；所以要求整个系统的功耗极低。选用89C51芯片，它的丰富的I/O功能满足了系统的要求。其特有的低功耗工作方式用于系统的等待状态可以极大地降低功耗。2硬件系统设计2.1信号电路板设计信号电路板由压力传感器和流量传感器组成。2.2 压力传感器2.2.1压力传感器的定义传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的转换规律转换成
11、可用的输出信号的器件或装置压力传感器是以压力为被测量，进而转换为电信号的装置，它具有广泛的用途。2.2.2压力传感器原理电阻应变式传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。图2-1 压力传感器2.3 磁电式转速传感器磁电式转速传感器, 又称变磁阻式转速传感器（以下简称传感器
12、）它和测速发电机都属于感应式转速变换器, 都是利用法拉弟电磁感应原理将机械转速量转换成电量的能量转换型检测器。传感器的基本结构如图2-2所示。它主要由两部分组成。由磁铁1、感应线圈以（下简称线圈）2和用软铁制成的极靴（又称极掌）构成固定部分。这里的磁铁可以是永久磁铁, 也可以是套在软铁上并通以直流电流的线圈一一电磁铁。传感齿轮4是可动部分。它是用铁磁材料制成的, 可随被测轴转动, 又称为感应齿轮或脉冲齿轮（以下简称齿轮）。传感器的可动部分还可以制成叶轮、槽轮或凸轮等形状, 常以制成齿轮形状为多。将线圈套在磁铁或极靴上, 极靴对准齿轮轮齿并与其相隔一定工作问隙就构成一个最基本的传感器。当使传感器
13、工作时, 齿轮由被测轴带动旋转。其齿顶和齿谷交替经过极靴。由于极靴与轮齿间空气间隙的交替变化引起磁场中磁路磁阻Rm的改变, 使通过线圈的磁通也交替变化, 从而线圈两端就产生电势。齿轮每转过一个齿, 电势正好经历一个周期T。若齿轮齿数为Z, 转动数度为ns/min, 则 T=60/Zn(s) (2-10)电势频率为 f=Zn/60(Hz) (2-11) 可见传感器的电势频率与被测转速成正比, 故人们可以用电子计数器通过测量信号频率来确定被测转速。 图2-2磁电式转速传感器2.4信号调理电路信号电路板原理图如图3-1所示。它通过插座W与压力传感器相连，通过插座W与流速传感器相连。其中包含压力信号调
14、理电路流速信号调理电路、流速信号调理电路和模拟电源控制电路。模拟电源控制电路：为了降低整个系统的功耗，模拟电路的电源仅在采集信号和流速信号时才开通，而在其他时间是关闭的。电源开关由三极管P1（9012）担当其基极由单片机的P1.0口线控制2.4.1.压力信号调理电路这里包含稳电源、仪表放大器、负电压发生电路及VF变换电路。 稳电源电路是为压力传感器桥路提供恒压源。由稳压管Z(LM136),电阻R3及运放U6组成。运放U6:B(LM224)的作用是增强驱动能力。 负电压发生电路主要产生一个5V的电压，为仪表放大器U4(INA118)提供负电源。电路由U7和电容C5、C6组成。 仪表放大器U4（INA118）可将压力传感器桥路输出毫伏（mV）级电压放大，以适应VF变换器U5(AD654)的需要。电阻R7是调节仪表放大器的放大倍数用的。 VF变换电路：由VF变换U5(AD654)/、输入电阻R10、R11及电容C3组成。输入信号的范围为01V，频率输出范围在0100kHz。频率输出信号输入单片机的T0端，用定时器/计数器 T0 来
