如何設計基于A(yíng)RM的智能測溫系統？

引言

測溫測量和控制在當今社會(huì )生活中扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色，國際國內市場(chǎng)現有的多種測溫技術(shù)涵蓋了安檢、市 場(chǎng)、生活、消防、科研等諸多領(lǐng)域。溫度的測量和控制在工 業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應用，尤其在石油、化工、電力、冶金等 重要工業(yè)領(lǐng)域中，對溫度的測量和監控是非常重要的一個(gè)環(huán)節。在傳統的溫度測量系統中，溫度采集器通常采用模擬溫 度傳感器，模擬信號在傳輸的過(guò)程中容易受到干擾從而影響測量的準確度，模擬信號轉化成數字信號，精度較高的A/D 轉換器一般價(jià)格昂貴，對于傳統系統存在的不足，結合國內外在溫度監測系統上的研究現狀，本文進(jìn)行了新的設計。

本文智能測溫系統基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與嵌入式技術(shù)實(shí)現 遠程無(wú)線(xiàn)可移動(dòng)的視頻監控系統，依托于FS_S5PC100開(kāi)發(fā) 平臺用三星公司先進(jìn)的基于Cortex-A8 內核的 S5PC100處理 器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡WI-FI作為硬件載體，綜合應用WLAN、嵌入 式Linux和JSP技術(shù)等技術(shù)，以程序軟件的通用性和易用性為 方向，實(shí)現無(wú)線(xiàn)視頻和智能測溫系統控制以及環(huán)境信息采集。

圖2 系統軟件結構框圖

1 系統總體設計

1.1 平臺設計接口目標與功能

本文設計智能溫度采集系統，需要具備溫度采集、溫 度數據的存儲、溫度數據的顯示和網(wǎng)絡(luò )通信功能。因此，平 臺擬設計的接口如下：

電路板設計溫度傳感器采集接口1路，溫度傳感器采用 DS18B20一線(xiàn)制通信接口;由于平臺需要對采集的數據存儲 同時(shí)又需要存儲本地操作系統代碼，需要有穩定的存儲方 案，因此平臺設計NAND FLASH與SD卡結合的存儲方案， 其中NAND FLASH主要用于存儲本地代碼，SD卡用于存儲 采集數據;系統需要將采集的溫度以及歷史溫度實(shí)時(shí)的顯示

圖3 S5PC100 DDR2 SDRAM電路原理圖

圖4 S5PC100 NandFlash電路原理

出來(lái)， 因此需要集成圖形顯示接口，系統中采用24bit TFT LCD接口電路;系統為滿(mǎn)足遠程對平臺采集數據訪(fǎng)問(wèn)功能， 因此集成一路10M/100M 自適應以太網(wǎng)接口;為滿(mǎn)足對溫度 的監控需要，平臺集成一路PWM蜂鳴器接口以及一路RS232 接口，RS232接口可連接GPRS模塊。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。

圖6 DS18B20與接口原理圖

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