基于ARM的智能測溫系統(tǒng)設(shè)計

調(diào)試擴展接口：系統(tǒng)應(yīng)集成1路RS232接口，用于使用控制終端對系統(tǒng)進行調(diào)試。課題設(shè)
計平臺可實現(xiàn)定時溫度采集、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(shù)據(jù)；
2.采集的溫度數(shù)據(jù)按時間順序
保存在本地數(shù)據(jù)庫中；
3 . 每 次 采 集 溫 度 與 設(shè) 定 溫 度 上、下限進行比較，當(dāng)溫度超限后 可發(fā)出本地報警或遠程報警信號， 本地報警信號通過蜂鳴器報警音實 現(xiàn) ， 遠 程 報 警 信 號 可 以 通 過 外 接 GPRS實現(xiàn)短信報警；
4 . 平 臺 具 備 遠 程 數(shù) 據(jù) 訪 問 功 能，可通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對本地數(shù)據(jù)庫 的訪問。
1.2  平臺的硬件電路各模塊選型
根據(jù)平臺的接口和功能需求， 將系統(tǒng)按照功能劃分進行模塊化設(shè) 計，其個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(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)和能夠處理復(fù)雜協(xié)議族 的能力；降低了系統(tǒng)設(shè)計的風(fēng)險， 提 高 平 臺 設(shè) 計 的 可 實 施 性 與 靈 活
性。
A R M 微 控 制 器 在 本 系 統(tǒng) 中 的 作用主要是，采集溫度傳感器溫度 值，并實現(xiàn)存儲以及轉(zhuǎn)發(fā)功能。平臺采用三星公司先進的 基于Cortex-A8 內(nèi)核的 S5PC100處理器設(shè)計而成。S5PC100 處理器采用64位內(nèi)部總線構(gòu)架，包括強大的硬件加速器， 如：動態(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
加速功能支持實時的視頻會議和模擬電視輸出，支持NTSC 和PAL模式的HDMI。S5PC100內(nèi)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(tǒng)應(yīng)用場合。
在平臺中需要NAND FALSH、SD卡、以太網(wǎng)等復(fù)雜接 口的支持，S5PC100具備強大的片內(nèi)接口，平臺需要的外設(shè) 接口通過S5PC100搭載簡單的外部電路即可實現(xiàn)，提高了系 統(tǒng)設(shè)計的集成度，因此S5PC100非常適用于本系統(tǒng)。
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(shù) 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(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20具有一線通信接口，只需要單根口線即可實現(xiàn)微控 制器通信互聯(lián)，極大地簡化了外部溫度傳感器通信線路。 DS18B20具有寬泛的工作電壓和溫度測量范圍，750毫秒內(nèi) 完成溫度測量，可在-10℃至+85℃范圍達到±0.5℃的測量精 度。DS18B20在出廠時內(nèi)部集成了唯一的序號， 可用于實現(xiàn) DS18B20通過一總線進行組網(wǎng)。DS18B20簡化的通信接口以 及便捷的組網(wǎng)方式可降低產(chǎn)品的設(shè)計成本，提高系統(tǒng)的靈活 性。目前，DS18B20已經(jīng)被用于各種環(huán)控，設(shè)備溫度監(jiān)控測 量，以及各種溫度測量系統(tǒng)中。
1.3 平臺的硬件電路總體構(gòu)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S5PC100內(nèi)部外設(shè)接口直接擴展，以太網(wǎng)接口通 過S5PC100的外部靜態(tài)總線接口連接。
1.4 平臺主要軟件方案的選定
在 簡 單 系 統(tǒng) 中 ， 一 般 采 用 前 、 后 臺 編 程 方 式 設(shè) 計 軟 件，但在復(fù)雜的系統(tǒng)中，前后臺方式的軟件設(shè)計方法無法滿 足系統(tǒng)的要求，需要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧支持、文件系統(tǒng)支持、多進 程支持后，前、后臺軟件由于其超循環(huán)編程方法的限制很 難實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求，因此復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)往往加入 了嵌入式操作系統(tǒng)的支持。 目前，常用嵌入式操作系統(tǒng)有 VxWorks、WinCE、Linux等。這里我選用的是Linux，它是開 放源代碼的類UNIX操作系統(tǒng)。目前經(jīng)過長期的發(fā)展Linux已 成為世界領(lǐng)先的操作系統(tǒng)，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(yīng)用在嵌入式設(shè)備上，如消費電子產(chǎn)品、交換設(shè)備、工業(yè)控 制等。
Linux具備良好的多進程與多線程支持，并且支持多種 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、具備豐富的文件系統(tǒng)，并且其開源代碼的特性受 到廣大的開發(fā)者支持。
在本系統(tǒng)中采用L inu x操作系統(tǒng)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(tǒng)軟件的開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。
1.5 系統(tǒng)軟件架構(gòu)
平 臺 設(shè) 計 的 軟 件 采 用 分 層 以 及 模 塊 化 的 方 式 進 行 設(shè) 計。由于采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為解決方案。因此， 將軟件劃分為應(yīng)用層、系統(tǒng)層、驅(qū)動層；系統(tǒng)層軟件需要完 成Linux在操作系統(tǒng)上的移植和各個模塊的驅(qū)動；應(yīng)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(shè)計。軟件層次示意圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)各主要接口硬件電路設(shè)計

圖7   PWM接口蜂鳴器電路連接圖

圖8   Linux系統(tǒng)軟件組織示意圖
2.1  S5PC100存儲系統(tǒng)設(shè)計
設(shè)計的目標平臺中需要擴展三種類型的存儲介質(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(tǒng)中的功能分別進行闡述。