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基于單片機和FPGA的遠程溫度監控系統

作者： 時(shí)間：2009-05-06 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
單片機與上位機的通信電路如圖3所示。8051單片機本身提供了一組全雙工串行傳輸接口，由TXD引腳來(lái)傳送串行數據而由RXD引腳來(lái)接收數據，可是其工作邏輯電平皆為T(mén)TL電平(0 V，5 V)。所以單片機與PC之間的數據通信必須經(jīng)過(guò)RS 232信號(+12 V，-12 V)電平的轉換。本系統使用MAX232電平轉換芯片，只要加4只電容就能完成接口電平的轉換。單片機的11腳(TXD)接232的10腳，單片機的10腳(RXD)接232的9腳。與上位機連接的RS 232-C接口采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線(xiàn)采用屏蔽雙絞線(xiàn)。電源部分采用市售的9 V直流穩壓電源，經(jīng)7805后濾波穩壓得到穩定的5 V電源。
2.3.3 基于NiosⅡ嵌入式上位機
系統主要包括以下幾個(gè)部分：包括NiosⅡ軟核CPU、操作系統使用的定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧使用的定時(shí)器、CPU同外圍設備的接口(Avlaon總線(xiàn))；EPCS4用來(lái)在上電時(shí)對FPGA進(jìn)行配置；FLASH主要用來(lái)存放軟件代碼以及一些需要保存的參數；SRAM用來(lái)在系統運行時(shí)的代碼和數據存儲；網(wǎng)絡(luò )接口芯片采用Smsc公司的LAN91C111芯片作為網(wǎng)絡(luò )接口。該器件是一個(gè)以太網(wǎng)控制器，實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )7層協(xié)議棧中的傳輸層和MAC層的功能。另外，它具有10／100 Mb／s自適應、雙工／半工自適應等功能，有很好的網(wǎng)絡(luò )兼容性。采用串口UART和單片機通信。利用QuartusⅡ中的SOPC Builde構建的CPU如圖4所示。
3 監控系統的軟件系統設計
單片機控制程序設計框圖如圖5和圖6所示。
串口中斷程序功能為接收由上位機發(fā)送的數據采集周期以及開(kāi)始、停止指令。溫度信號濾波通過(guò)軟件實(shí)現。濾波算法采用加權平均值法，即對最新檢測到的N個(gè)溫度信號序列去除最大值和最小值，并取加權平均運算。
4 基于NiosⅡ的Web服務(wù)器的實(shí)現
把構建好的CPU及相應的模塊進(jìn)行分析引腳分配、綜合后再進(jìn)行編譯，用NiosⅡIDE(集成開(kāi)發(fā)環(huán)境)通過(guò)移植實(shí)時(shí)操作系統μCLinux來(lái)實(shí)現嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)控制系統，開(kāi)發(fā)相應的網(wǎng)頁(yè)并進(jìn)行服務(wù)器移植和配置。本系統采用μCLinux下的Boa。Boa是一個(gè)單線(xiàn)程的HTTP服務(wù)器，它不同于其它傳統的Web服務(wù)器，不為每個(gè)連接創(chuàng )建一個(gè)進(jìn)程，只有當CGI程序運行時(shí)才創(chuàng )建一個(gè)新的進(jìn)程。通過(guò)移植Boa來(lái)實(shí)現智能監控系統的Web服務(wù)器功能，最后通過(guò)編寫(xiě)CGI程序并結合Flash動(dòng)畫(huà)實(shí)現了動(dòng)態(tài)Web交互功能。
5 結語(yǔ)
采用AT89S51系列單片機、傳感器DS18B20和NiosⅡ設計的遠程溫度控制系統具有結構新穎、電路簡(jiǎn)單、體積小和控制方便等優(yōu)點(diǎn)?？梢詮V泛用于電站、學(xué)校、醫院等相關(guān)重點(diǎn)設備的溫度遠程監控。也適用于人體無(wú)法接近的高溫或危險場(chǎng)所的溫度監控。如果變換傳感器稍加改變也可以成為其他參數的遠程監控系統，如壓力、濕度或瓦斯等。
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