基于Linux/Qtopia的車(chē)載溫度網(wǎng)絡(luò )采集

摘要 本文將一線(xiàn)制溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )引入車(chē)載信息采集系統，介紹了嵌入式Linux下一線(xiàn)制溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )的內核驅動(dòng)模塊實(shí)現過(guò)程；設計了基于QTE/Qtopia溫度測量圖形界面應用程序，實(shí)現了溫度網(wǎng)絡(luò )的即時(shí)測量、數據保存、高溫報警等功能，并成功應用于車(chē)載信息采集系統。

關(guān)鍵詞  車(chē)載信息采集  嵌入式Linux  Qtopia  一線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )  溫度網(wǎng)絡(luò )采集  DS18B20

引言

　　本文在嵌入式Linux平臺上實(shí)現了車(chē)載信息采集系統的一部分——汽車(chē)常規溫度的數據采集，如采集車(chē)內溫度、暖風(fēng)或空調溫度、車(chē)外溫度、水箱溫度等。DS18B20是一種可組網(wǎng)單總線(xiàn)數字溫度傳感器，為信息采集提供了經(jīng)濟有效的可行方案。嵌入式Linux以其源碼開(kāi)放、容易定制和擴展、多硬件平臺支持和內置網(wǎng)絡(luò )功能等優(yōu)良性能，逐漸成為車(chē)載設備廣泛使用的系統平臺。本文涉及的系統使用三星公司的S3C2410AL20處理器,操作系統采用 2.6.8.1內核Linux，GUI采用Trolltech公司的Qtopia；功能上主要實(shí)現：各路溫度的采集顯示、音頻報警、溫度數據的存儲、相關(guān)功能設置等。當需要語(yǔ)音提示或報警時(shí)，應用程序調用語(yǔ)音模塊；當需要存儲或顯示歷史數據時(shí)，應用程序調用SD存儲模塊。

1  Linux系統開(kāi)發(fā)概述

　　驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)是嵌入式Linux開(kāi)發(fā)的主要任務(wù)之一。設備驅動(dòng)為上層應用程序提供控制硬件的設備接口，同時(shí)直接與Linux內核打交道。圖1描述了Linux系統開(kāi)發(fā)框架。

圖1  Linux系統開(kāi)發(fā)框架

　　應用程序開(kāi)發(fā)是嵌入式Linux開(kāi)發(fā)的另一個(gè)主要任務(wù)。Qt/Embedded 是著(zhù)名Qt 庫開(kāi)發(fā)商Trolltech 公司開(kāi)發(fā)的面向嵌入式系統的Qt 版本。Qtopia是在Qt/ Embedded 庫的基礎上,專(zhuān)門(mén)針對PDA、SmartPhone這類(lèi)運行嵌入式Linux 的移動(dòng)設備和手持設備所開(kāi)發(fā)的開(kāi)放源碼的一套應用程序包和開(kāi)發(fā)庫。它包括全套的個(gè)人信息管理PIM ( Personal Information Management) ,如地址本、日程安排、MPEG播放、圖像顯示、瀏覽器等。

2  車(chē)載信息系統及硬件平臺概述

　　車(chē)載信息采集系統開(kāi)發(fā)主要包括用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)，內核開(kāi)發(fā)，音頻模塊設計，串口模塊設計，CAN總線(xiàn)模塊設計，車(chē)輛狀態(tài)（又包含開(kāi)關(guān)量、模擬量、數字量等）檢測模塊設計等。

　　本設計著(zhù)重實(shí)現一線(xiàn)制溫度網(wǎng)絡(luò )的數據采集。一線(xiàn)制溫度網(wǎng)絡(luò )的溫度信號特點(diǎn)是：數值不高，多在0~100    ℃范圍內；溫度信號變化較慢；系統對采集到的溫度信號的實(shí)時(shí)性要求不高；精度要求不高。

　　一線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)在于能測量大量的物理量，所有的通信都通過(guò)一線(xiàn)協(xié)議，而與被測的具體量無(wú)關(guān)。一線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是能夠方便地搭建起由一線(xiàn)傳感器芯片組成的一系列測量環(huán)境參數的網(wǎng)絡(luò )。

　　DS18B20是一種可組網(wǎng)的單總線(xiàn)數字溫度傳感器，具有以下功能特點(diǎn)：

　?、?適應寬的電壓范圍（3.0～5.5 V），在寄生電源方式下可由數據線(xiàn)供電。
　?、?獨特的單線(xiàn)接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要1條口線(xiàn)即可實(shí)現微處理器與DS18B20的雙向通信。
　?、?溫度范圍為－55～+125 ℃，在-10～+85 ℃時(shí)精度為±0.5 ℃。
　?、?可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5 ℃、0.25 ℃、0.125 ℃和0.062 5 ℃，可實(shí)現較高的精度測溫。

　　單總線(xiàn)使得硬件開(kāi)銷(xiāo)極小，但需要相對復雜的軟件進(jìn)行補償。由于DS18B20采用單總線(xiàn)串行數據傳送，保證嚴格的讀寫(xiě)時(shí)序成為測溫關(guān)鍵,因此沒(méi)有采用I/O驅動(dòng)，而是單獨編寫(xiě)一線(xiàn)制溫度網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)。

　　本設計采用寄生電源連接方式，12位分辨率。寄生電源的優(yōu)點(diǎn)為：遠程溫度檢測無(wú)需本地電源；缺少正常電源條件下也可以讀ROM。為確保 DS18B20在其有效變換期內得到足夠的電源電流，在I/O線(xiàn)上通過(guò)MOSFET提供強的上拉（如圖2所示）。當使用寄生電源方式時(shí)，VDD引腳必須連接到地。

　　系統核心控制器S3C2410X是三星公司基于A(yíng)RM920T核的芯片。S3C2410X集成了1個(gè)LCD控制器(支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏)、SDRAM、觸摸屏、USB、SPI、SD和MMC等控制器,4個(gè)具有PWM功能的計時(shí)器和1個(gè)內部時(shí)鐘,8通道的10位 ADC,117位通用I/O口和24位外部中斷源,8通道10位AD控制器,處理器工作頻率最高達到203 MHz。系統顯示采用SHARP 3.5 in的TFT_LCD液晶顯示屏。系統框圖如圖2所示。

圖2  信息采集系統及部分電路連接原理

3  驅動(dòng)實(shí)現

　　本節將實(shí)現一線(xiàn)制溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )的驅動(dòng)模塊。驅動(dòng)從總體上看分為兩部分：驅動(dòng)與內核接口層、硬件設備接口層。

3.1  驅動(dòng)與內核接口層

　　驅動(dòng)與內核接口層主要完成驅動(dòng)模塊在Linux內核的注冊加載、卸載清除工作。這部分工作分別由初始化和退出函數完成。

　?、?初始化函數完成驅動(dòng)模塊加載：

static int __init DS18B20_init(void){
　　……
　　register_chrdev(DS18B20_MAJOR,DEVICE_NAME, &DS18B20_fops);//完成設備注冊
　　#ifdefCONFIG_DEVFS_FS//創(chuàng )建設備文件系統
　　　　devfs_mk_cdev(MKDEV(DS18B20_MAJOR,0),S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP,DEVICE_NAME);
　　#endif
　　……
}

　?、?退出函數完成驅動(dòng)模塊卸載：

static void __exit DS18B20_exit(void) {
　　#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
　　　　devfs_remove(DEVICE_NAME);//移除設備文件
　　#endif
　　unregister_chrdev(DS18B20_MAJOR,DEVICE_NAME); //完成設備注銷(xiāo)
　　……
}

3.2  硬件設備接口層

　　硬件設備接口層用來(lái)描述驅動(dòng)程序與設備的交互。這些工作通過(guò)虛擬文件系統與設備驅動(dòng)程序的接口實(shí)現。這個(gè)接口由file_operation結構定義，其結構如下：

static struct file_operations DS18B20_fops ={
　　.owner=THIS_MODULE, //指向擁有該結構的模塊，內核使用該結構維護模塊使用計數
　　.open=DS18B20_open, //打開(kāi)設備函數
　　.read=DS18B20_read, //讀接口函數
　　.write=DS18B20_write,//寫(xiě)接口函數
　　.fasync=DS18B20_fasync, //異步通知函數
　　.poll=DS18B20_poll,//poll函數
　　.release=DS18B20_release, //釋放設備函數
};

3.2.1  打開(kāi)設備函數

　　打開(kāi)設備函數主要完成設備的初始化。

DS18B20_open(struct inode *inode,struct file *filp) {
　　Initial_Timer( );//初始化定時(shí)器，使內核模塊按一定周期讀溫度
　　Initial_Device_DS18B20();//初始化硬件
　　readtemperature();//開(kāi)始讀取……
}
void readtemperature(void) {
　　……Temperature=DS18B20read();//讀取2個(gè)8位數據，此函數完成的硬件操作時(shí)序，由當前讀通道號變量指定當前通道
　　DS_SLOT_NO();//將本次讀通道號放入緩沖區
　　DS18B20Event();//數據放入緩沖區，喚醒等待隊列并啟動(dòng)異步通知
　　if(ReleaseFlag)
　　CycleTimer_Delay_Soft(hdelay);//如果沒(méi)有讀停止信號，通過(guò)內核定時(shí)器延時(shí)，進(jìn)行下一次讀，在中斷服務(wù)程序中再次啟動(dòng)讀
　　……
}

　　在使用內核定時(shí)器之前需定義一個(gè)定時(shí)器結構體 static struct timer_list CycleTimer。下面是定時(shí)器的具體操作：

static void Initial_Timer(void) {
　　init_timer(&CycleTimer); );//初始化定時(shí)器結構
　　CycleTimer.function=DS18B20_timer; //掛接定時(shí)中斷服務(wù)程序
}