【应用】基于匠芯创D21X系列MPU平台开发的彩屏无纸记录仪方案，日常维护工作量小且运行费用低

彩屏无纸记录仪是一种用于记录和存储数据的设备，它可以替代传统的纸质记录方式，实现数据的自动化记录和管理。在无纸记录仪的方案设计中，需要考虑到硬件设计、软件开发和数据管理等多个方面。在硬件架构上主要由彩色LCD液晶屏、按键、匠芯创Artinchip D211DCV芯片为核心的主板、主电源、外供变送器电源、智能通道板、大容量FLASH等构成，可输入标准电流、标准电压、频率、毫伏、热电偶、热电阻等信号。具有传感器隔离配电输出、继电器报警输出、变送输出、流量积算、温压补偿、历史数据转存、打印以及远程通讯功能。

内置大容量FLASH，可通过U盘快速将FLASH中的数据转储到计算机中。内置的FLASH的容量为64M字节，8通道时若10秒记录一次可记录35天，最快1秒记录一次所有通道的数据。

一、功能特点

无笔、无纸记录，日常维护工作量非常小，运行费用低；

采用LVDS高亮度彩色LCD液晶屏，CCFL背光、画面清晰；

具有闪动报警显示，同时指示各路通道的下下限、下限、上限、上上限报警；

配备标准USB 2.0接口，历史数据转存快捷方便；

标准串行通讯接口，带光偶隔离的RS485和RS232；

支持标准ModBus RTU通讯协议(选配功能)；

采用新型开关电源，能在交流电源AC 85V~265V宽电压范围内正常工作；

提供变送器DC 24V隔离配电；

单台主机测试64通道；

二、硬件设计

选择合适的核心芯片：无纸记录仪的核心芯片是匠芯创D21X工业级MPU芯片。该芯片具有高性能、低功耗、多种存储介质支持、多种通信接口支持、强大的数据处理能力、安全性保障、高可靠性等优势，非常适合作为无纸记录仪的核心处理器。

传感器选择：根据无纸记录仪的具体应用场景和需求，选择合适的传感器。例如，温度记录仪需要选择温度传感器，湿度记录仪需要选择湿度传感器，压力记录仪需要选择压力传感器等。传感器的选择要考虑到精度、稳定性、响应速度等因素。

外设接口设计：匠芯创D21X芯片具有丰富的外设接口，如UART、SPI、I²C、以太网等。根据无纸记录仪的具体需求，设计相应的外设接口。例如，如果需要与电脑进行数据传输，可以选择UART接口；如果需要与其他设备进行通信，可以选择SPI或I²C接口。

电源管理设计：无纸记录仪通常是依靠电池供电，因此需要设计合适的电源管理电路。电源管理电路要能够提供稳定的电压和电流，同时具备低功耗和高效能的特点，以延长电池的使用寿命。

存储介质设计：匠芯创D21X芯片支持多种存储介质，如闪存、EEPROM等。根据无纸记录仪的数据存储需求，选择合适的存储介质。闪存具有容量大、读写速度快的特点，适合存储大量的数据；EEPROM具有非易失性的特点，适合存储重要的数据。

外壳设计：无纸记录仪的外壳设计要考虑到产品的外观美观、结构稳定和使用便捷性。外壳材料可以选择塑料、金属等，根据产品的使用环境和要求进行选择。

三、软件开发

系统架构设计：根据无纸记录仪的功能需求，设计系统的软件架构。软件架构要考虑到数据采集、数据处理、数据存储和数据传输等功能模块的设计和实现。

数据采集模块：数据采集模块负责从传感器中读取数据，并进行相应的处理。根据传感器的类型和接口，编写相应的驱动程序，实现数据的采集和处理。

数据处理模块：数据处理模块负责对采集到的数据进行处理和分析。根据无纸记录仪的具体需求，编写相应的算法和逻辑，实现数据的处理和分析。

数据存储模块：数据存储模块负责将处理后的数据存储到存储介质中。根据选择的存储介质，编写相应的驱动程序，实现数据的存储和读取。

数据传输模块：数据传输模块负责将存储的数据传输到其他设备或平台。根据无纸记录仪的具体需求，选择合适的通信接口和协议，编写相应的驱动程序，实现数据的传输和共享。

用户界面设计：用户界面设计要考虑到用户的操作习惯和使用便捷性。根据无纸记录仪的功能和特点，设计相应的用户界面，实现用户与设备的交互。

系统测试和调试：在软件开发过程中，进行系统测试和调试，确保系统的稳定性和可靠性。测试和调试过程中，要进行功能测试、性能测试、稳定性测试等，发现和解决问题。

四、数据管理

数据存储和备份：无纸记录仪产生的数据需要进行存储和备份，以防止数据丢失和损坏。可以将数据存储到云端服务器或本地服务器，实现数据的远程存储和备份。

数据分析和报告生成：无纸记录仪产生的数据可以进行分析和统计，生成相应的报告。根据无纸记录仪的应用场景和需求，选择合适的数据分析工具和算法，实现数据的分析和报告生成。

数据安全和隐私保护：无纸记录仪产生的数据涉及到用户的隐私和机密信息，需要进行数据安全和隐私保护。可以采用数据加密、访问控制等技术，保护数据的安全性和隐私性。

数据共享和交流：无纸记录仪产生的数据可以进行共享和交流，以实现数据的共享和协作。可以通过云端平台、移动应用等方式，实现数据的共享和交流。

五、系统架构

匠芯创国产自主工业级MPU D21X系列芯片特点如下：

(1)国产工业级MPU

RISC-V 64bit 600MHz@1.2V

SiP DDR2 512Mb or DDR3 1Gb

QFN88/100/128

(2)满足工控场景需求

实时异步接口PBUS，与外部FPGA、SRAM等实现扩展

8xUART，传输速度可达3Mbps，支持软件/硬件流控，RS-485支持硬件使能

2xCAN，支持CAN2.0A和CAN2.0B协议

集成4 Line      RTP，节省BOM成本

两层板接触放电8KV，EMI CLASS B级标准

最大支持-40~125℃结温

(3)丰富的互联接口

支持100M      RMII/1000M RGMII 2路以太网，支持IEEE1588精确时间协议

2xUSB 2.0，支持Host/Device

2xSDIO，4xSPI，4xI²C，1xCIR

1x12bits SAR ADC，最多支持8个模拟信号输入

(4)自主专利的安全引擎

支持SPI总线在线加解密，防止固件盗用支持AES、TDES、HMAC、SHA、MD5、RSA、TRNG等密码算法硬件加速

自定义芯片Secure      ID，省去外部加密芯片

支持安全启动、安全固件签名和解密、固件烧录防回滚

(5)高性能显示和图形硬件加速

支持RGB565/666/888,      dual-link LVDS, QSPI, MCU, 4 lane-MIPI，最高性能1920*1080@60fps

高性能G2D硬件加速，完美对接QT、LVGL等图形框架

支持4K分辨率长条屏

(6)完善的多媒体编解码

H.264 1080P@30fps Decode

MJPEG/PNG Decode，JPEG      Encode

支持1xAMIC模拟音频输入，支持2xDMIC立体声音频输入，最大支持两路I²S接口

支持YUV422和BT.656两种视频输入

广东匠芯创科技有限公司，作为中国工业控制芯片的研发企业，立志成为世界一流工业应用芯片方案领导者。公司创始团队历经多次创业成功，具有丰富的公司管理、团队管理以及企业成功上市经验。公司核心成员在多媒体、人工智能、通信、存储、SoC芯片设计等方面具有丰富的经验，曾经设计的多种芯片产品获得全球市场份额第一。