基于ARM的智能測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

調(diào)試擴(kuò)展接口：系統(tǒng)應(yīng)集成1路RS232接口，用于使用控制終端對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。課題設(shè)
計(jì)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)定時(shí)溫度采集、顯示 以及溫度超限報(bào)警等功能，其主要 工作流程如下：
1.平臺(tái)能夠以定間間隔對(duì)采集 溫度傳感器數(shù)據(jù)；
2.采集的溫度數(shù)據(jù)按時(shí)間順序
保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中；
3 . 每 次 采 集 溫 度 與 設(shè) 定 溫 度 上、下限進(jìn)行比較，當(dāng)溫度超限后 可發(fā)出本地報(bào)警或遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)， 本地報(bào)警信號(hào)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警音實(shí) 現(xiàn) ， 遠(yuǎn) 程 報(bào) 警 信 號(hào) 可 以 通 過(guò) 外 接 GPRS實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警；
4 . 平 臺(tái) 具 備 遠(yuǎn) 程 數(shù) 據(jù) 訪 問(wèn) 功 能，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù) 的訪問(wèn)。
1.2  平臺(tái)的硬件電路各模塊選型
根據(jù)平臺(tái)的接口和功能需求， 將系統(tǒng)按照功能劃分進(jìn)行模塊化設(shè) 計(jì)，其個(gè)功能模塊的選型如下：
1.2.1 平臺(tái)處理器單元
平臺(tái)需要具備溫度采集、大容 量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。因 此，其處理器部分具備運(yùn)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(jì)的風(fēng)險(xiǎn)， 提 高 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 的 可 實(shí) 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(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)以及轉(zhuǎn)發(fā)功能。平臺(tái)采用三星公司先進(jìn)的 基于Cortex-A8 內(nèi)核的 S5PC100處理器設(shè)計(jì)而成。S5PC100 處理器采用64位內(nèi)部總線構(gòu)架，包括強(qiáng)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(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(chǎng)合。
在平臺(tái)中需要NAND FALSH、SD卡、以太網(wǎng)等復(fù)雜接 口的支持，S5PC100具備強(qiáng)大的片內(nèi)接口，平臺(tái)需要的外設(shè) 接口通過(guò)S5PC100搭載簡(jiǎn)單的外部電路即可實(shí)現(xiàn)，提高了系 統(tǒng)設(shè)計(jì)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(tái)采用美國(guó)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(cè)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(shí)現(xiàn)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路。 DS18B20具有寬泛的工作電壓和溫度測(cè)量范圍，750毫秒內(nèi) 完成溫度測(cè)量，可在-10℃至+85℃范圍達(dá)到±0.5℃的測(cè)量精 度。DS18B20在出廠時(shí)內(nèi)部集成了唯一的序號(hào)， 可用于實(shí)現(xiàn) DS18B20通過(guò)一總線進(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(shè)計(jì)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(cè) 量，以及各種溫度測(cè)量系統(tǒng)中。
1.3 平臺(tái)的硬件電路總體構(gòu)成
平臺(tái)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(nèi)部外設(shè)接口直接擴(kuò)展，以太網(wǎng)接口通 過(guò)S5PC100的外部靜態(tài)總線接口連接。
1.4 平臺(tái)主要軟件方案的選定
在 簡(jiǎn) 單 系 統(tǒng) 中 ， 一 般 采 用 前 、 后 臺(tái) 編 程 方 式 設(shè) 計(jì) 軟 件，但在復(fù)雜的系統(tǒng)中，前后臺(tái)方式的軟件設(shè)計(jì)方法無(wú)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(jìn) 程支持后，前、后臺(tái)軟件由于其超循環(huán)編程方法的限制很 難實(shí)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(kāi) 放源代碼的類UNIX操作系統(tǒng)。目前經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展Linux已 成為世界領(lǐng)先的操作系統(tǒng)，可以運(yùn)行在服務(wù)器、大型機(jī)和超 級(jí)計(jì)算機(jī)， 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(fèi)電子產(chǎn)品、交換設(shè)備、工業(yè)控 制等。
Linux具備良好的多進(jìn)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(kāi)源代碼的特性受 到廣大的開(kāi)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(kāi)發(fā)難度，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。
1.5 系統(tǒng)軟件架構(gòu)
平 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 的 軟 件 采 用 分 層 以 及 模 塊 化 的 方 式 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì)。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(dòng)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(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)；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(jì)。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(jì)

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(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的目標(biāo)平臺(tái)中需要擴(kuò)展三種類型的存儲(chǔ)介質(zhì)，分 別為DDR2 SDRAM、NAND FLASH以及SD卡電路。下面按 照三種存儲(chǔ)介質(zhì)在系統(tǒng)中的功能分別進(jìn)行闡述。