基于A(yíng)RM的智能測溫系統設計

調試擴展接口：系統應集成1路RS232接口，用于使用控制終端對系統進(jìn)行調試。課題設
計平臺可實(shí)現定時(shí)溫度采集、顯示 以及溫度超限報警等功能，其主要 工作流程如下：
1.平臺能夠以定間間隔對采集 溫度傳感器數據；
2.采集的溫度數據按時(shí)間順序
保存在本地數據庫中；
3 . 每 次 采 集 溫 度 與 設 定 溫 度 上、下限進(jìn)行比較，當溫度超限后 可發(fā)出本地報警或遠程報警信號， 本地報警信號通過(guò)蜂鳴器報警音實(shí) 現 ， 遠 程 報 警 信 號 可 以 通 過(guò) 外 接 GPRS實(shí)現短信報警；
4 . 平 臺 具 備 遠 程 數 據 訪(fǎng) 問(wèn) 功 能，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對本地數據庫 的訪(fǎng)問(wèn)。
1.2  平臺的硬件電路各模塊選型
根據平臺的接口和功能需求， 將系統按照功能劃分進(jìn)行模塊化設 計，其個(gè)功能模塊的選型如下：
1.2.1 平臺處理器單元
平臺需要具備溫度采集、大容 量數據存儲、網(wǎng)絡(luò )通信等功能。因 此，其處理器部分具備運行文件系 統以及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議簇的能力。課題提 出以ARM微控制器為核心處理器的 解決方案，利用ARM微控制器可搭 載操作系統和能夠處理復雜協(xié)議族 的能力；降低了系統設計的風(fēng)險， 提 高 平 臺 設 計 的 可 實(shí) 施 性 與 靈 活
性。
A R M 微 控 制 器 在 本 系 統 中 的 作用主要是，采集溫度傳感器溫度 值，并實(shí)現存儲以及轉發(fā)功能。平臺采用三星公司先進(jìn)的 基于Cortex-A8 內核的 S5PC100處理器設計而成。S5PC100 處理器采用64位內部總線(xiàn)構架，包括強大的硬件加速器， 如：動(dòng)態(tài)視頻處理，顯示控制和縮放。支持多種格式的硬件 編解碼：MPEF-1/2/4、H263/H264、CV-1、DivX。其硬件

圖5    S5PC100 SD卡電路原理圖

圖6   DS18B20與接口原理圖
加速功能支持實(shí)時(shí)的視頻會(huì )議和模擬電視輸出，支持NTSC 和PAL模式的HDMI。S5PC100內部集成了24BIT LCD接口、 TVout接口、Camera輸入接口、4路串口、SD卡接口、SPI、
100M網(wǎng)口、USB2.0-OTG接口，USB Host接口、矩陣按鍵掃 描接口、SPI通信、I2C通信接口等硬件資源，適用于有高性 能要求的嵌入式系統應用場(chǎng)合。
在平臺中需要NAND FALSH、SD卡、以太網(wǎng)等復雜接 口的支持，S5PC100具備強大的片內接口，平臺需要的外設 接口通過(guò)S5PC100搭載簡(jiǎn)單的外部電路即可實(shí)現，提高了系 統設計的集成度，因此S5PC100非常適用于本系統。
1.2.2 溫度傳感器
平臺采用美國DALL A S公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數 字溫度傳感器。其耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形 式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20具有一線(xiàn)通信接口，只需要單根口線(xiàn)即可實(shí)現微控 制器通信互聯(lián)，極大地簡(jiǎn)化了外部溫度傳感器通信線(xiàn)路。 DS18B20具有寬泛的工作電壓和溫度測量范圍，750毫秒內 完成溫度測量，可在-10℃至+85℃范圍達到±0.5℃的測量精 度。DS18B20在出廠(chǎng)時(shí)內部集成了唯一的序號， 可用于實(shí)現 DS18B20通過(guò)一總線(xiàn)進(jìn)行組網(wǎng)。DS18B20簡(jiǎn)化的通信接口以 及便捷的組網(wǎng)方式可降低產(chǎn)品的設計成本，提高系統的靈活 性。目前，DS18B20已經(jīng)被用于各種環(huán)控，設備溫度監控測 量，以及各種溫度測量系統中。
1.3 平臺的硬件電路總體構成
平臺硬件組成如圖1所示。其中核心模塊為S5PC100， DD2 SDRAM、NAND FLASH、TFT LCD、SD卡、RS232接 口均可通過(guò)S5PC100內部外設接口直接擴展，以太網(wǎng)接口通 過(guò)S5PC100的外部靜態(tài)總線(xiàn)接口連接。
1.4 平臺主要軟件方案的選定
在 簡(jiǎn) 單 系 統 中 ， 一 般 采 用 前 、 后 臺 編 程 方 式 設 計 軟 件，但在復雜的系統中，前后臺方式的軟件設計方法無(wú)法滿(mǎn) 足系統的要求，需要網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧支持、文件系統支持、多進(jìn) 程支持后，前、后臺軟件由于其超循環(huán)編程方法的限制很 難實(shí)現系統的功能要求，因此復雜的嵌入式系統往往加入 了嵌入式操作系統的支持。 目前，常用嵌入式操作系統有 VxWorks、WinCE、Linux等。這里我選用的是Linux，它是開(kāi) 放源代碼的類(lèi)UNIX操作系統。目前經(jīng)過(guò)長(cháng)期的發(fā)展Linux已 成為世界領(lǐng)先的操作系統，可以運行在服務(wù)器、大型機和超 級計算機， 由于Linux的可剪裁性和可移植性，目前也廣泛 應用在嵌入式設備上，如消費電子產(chǎn)品、交換設備、工業(yè)控 制等。
Linux具備良好的多進(jìn)程與多線(xiàn)程支持，并且支持多種 網(wǎng)絡(luò )協(xié)議、具備豐富的文件系統，并且其開(kāi)源代碼的特性受 到廣大的開(kāi)發(fā)者支持。
在本系統中采用L inu x操作系統能夠充分利用嵌入式 Linux中成熟的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議簇以及模塊化的剪裁方法，降低系 統軟件的開(kāi)發(fā)難度，提高了系統設計的靈活性。
1.5 系統軟件架構
平 臺 設 計 的 軟 件 采 用 分 層 以 及 模 塊 化 的 方 式 進(jìn) 行 設 計。由于采用嵌入式Linux操作系統作為解決方案。因此， 將軟件劃分為應用層、系統層、驅動(dòng)層；系統層軟件需要完 成Linux在操作系統上的移植和各個(gè)模塊的驅動(dòng)；應用層軟 件需要完成溫度采集模塊、顯示模塊以及網(wǎng)絡(luò )通信模塊的軟 件設計。軟件層次示意圖如圖2所示。

2 系統各主要接口硬件電路設計

圖7   PWM接口蜂鳴器電路連接圖

圖8   Linux系統軟件組織示意圖
2.1  S5PC100存儲系統設計
設計的目標平臺中需要擴展三種類(lèi)型的存儲介質(zhì)，分 別為DDR2 SDRAM、NAND FLASH以及SD卡電路。下面按 照三種存儲介質(zhì)在系統中的功能分別進(jìn)行闡述。