基于ＡＲＭ和μＣ／ＯＳ－Ⅱ設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)化大田溫度檢測系統(tǒng)探析

馬明濤

摘要：采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＬＰC２２００ ＡＲＭ７實驗平臺為中央處理器，移植非商業(yè)化的μＣ／ＯＳ－Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化大田溫度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用ＤＳ１８Ｂ２０數(shù)字化溫度傳感器單總線方式將數(shù)字信號傳輸?shù)剑蹋校茫玻玻埃疤幚砥?，通過ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧將數(shù)據(jù)上傳到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，達(dá)到了實時可靠穩(wěn)定的目的。

關(guān)鍵詞：ＬＰＣ２２００；μＣ／ＯＳ－Ⅱ；ＤＳ１８Ｂ２０；Ｗｅｂ服務(wù)器

中圖分類號：Ｓ１２６文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）16－3603-04

Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ ａｎｄ μＣ／ＯＳ－Ⅱ

ＭＡ Ｍｉｎｇ－ｔａｏ

（Ｊｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｌｉｎ １３２１０１，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＬＰ２２００ ＡＲＭ７ ｔｅｓｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｒｏｍ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ａｓ ＣＰＵ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｎｏｎ－ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚｅｄ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ μＣ ／ ＯＳ－Ⅱ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ， ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｆｒｏｍ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ＤＳ１８Ｂ２０ ｗａｓ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ＬＰＣ２２００ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂｙ ｓｉｎｇｌｅ ｂｕｓ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｕｐｌｏａｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ＴＣＰ ／ ＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｓｔａｃｋ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ， ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＬＰＣ２２００； μＣ ／ ＯＳ－Ⅱ； ＤＳ１８Ｂ２０； Ｗｅｂ ｓｅｒｖｅｒ

溫度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的因素，對溫度信息的收集和處理對農(nóng)作物生長起著至關(guān)重要的作用［１］。傳感器作為一種獲取信息的重要工具，隨著微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展以及測控系統(tǒng)自動化、智能化的發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器已與各種微處理器相結(jié)合，并連入網(wǎng)絡(luò)，形成了帶有信息檢測、信號處理、邏輯思維等一系列功能的智能傳感器系統(tǒng)。本研究以體積小、功耗低、可靠性高、抗干擾能力強的嵌入式微處理器為核心，使用數(shù)字式的溫度傳感器作為采集單元，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化大田溫度檢測系統(tǒng)。

１整體設(shè)計

本設(shè)計采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＬＰＣ２２0０ ＡＲＭ７微處理器為核心，被測溫度經(jīng)數(shù)字化的傳感器ＤＳ１８Ｂ２０轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以“單總線”的方式傳入到ＬＰＣ２２００，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后根據(jù)ＴＣＰ協(xié)議經(jīng)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)送到上位機顯示。以Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＡＲＭ核處理器ＬＰＣ２２0０為核心來實現(xiàn)嵌入式Ｗｅｂ服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用Ｒｅａｈｅｋ公司的ＮＥ２０００兼容芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ，內(nèi)置１０ＢＡＳＥ－Ｔ收發(fā)器，通過ＨＲ９０１１７０Ａ器件接入以太網(wǎng)［２］?？傮w功能框圖如圖１所示。

２系統(tǒng)的硬件設(shè)計

２．１ＡＲＭ７微處理器

電路板上的ＬＰＣ２２0０微處理器［３］采用了Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＡＲＭ７ ＴＤＭＩ－Ｓ核。ＡＲＭ７ ＴＤＭＩ－Ｓ處理器是ＡＲＭ通用３２位微處理器家族的成員之一。ＡＲＭ處理器具有優(yōu)異的性能且功耗很低，其結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計算機（ＲＩＳＣ）原理而設(shè)計的指令集和相關(guān)的譯碼機制，比復(fù)雜指令集計算機要簡單得多［４，５］。

２．２電源模塊

ＬＰＣ２２００系列ＡＲＭ７微控制器均要使用２組電源，Ｉ／Ｏ口供電電源為３．３ Ｖ，內(nèi)核及片內(nèi)外設(shè)供電電源為１．８ Ｖ應(yīng)用系統(tǒng)。

２．３復(fù)位電路

由于ＡＲＭ芯片的高速、低功耗和低工作電壓導(dǎo)致其噪聲容限較低，對電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時鐘源的穩(wěn)定性和電源監(jiān)控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求。該開發(fā)板的復(fù)位電路使用了專用微處理器電源監(jiān)控芯片，以提高系統(tǒng)的可靠性。

２．４系統(tǒng)時鐘電路

ＬＰＣ２2００系列ＡＲＭ７微控制器可使用外部晶振或外部時鐘源，內(nèi)部ＰＬＬ電路可調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置，使系統(tǒng)運行速度更快（ＣＰＵ最大時鐘頻率為６０ ＭＨｚ）。本平臺使用了外部１１．０５９ ＭＨｚ晶振，目的是使串口波特率更精確，同時能夠支持ＬＰＣ２2００系列ＡＲＭ７微控制器芯片內(nèi)部的ＰＬＬ功能和ＩＳＰ功能。

２．５ＤＳ１８Ｂ２０應(yīng)用電路

ＤＳ１８Ｂ２０應(yīng)用電路是美國Ｄａｌｌａｓ半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器，是“一線總線”接口的溫度傳感器。在其內(nèi)部使用了在板（ＯＮ－ＢＯＡＲＤ）專利技術(shù)。測量范圍為－５５～＋１２５ ℃，精度為0．５ ℃。ＤＳ１８Ｂ２０可以程序設(shè)定９～１２位的分辨率，它還支持多點組網(wǎng)功能，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。系統(tǒng)選用了外部電源供電方式，在外部電源供電方式下，ＤＳｌ８Ｂ２０工作電源由ＶＤＤ引腳接入，此時Ｉ／Ｏ線不需要強上拉，也不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度。同時理論上在總線上可以掛接任意多個ＤＳ１８Ｂ２０傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)［６，７］。

２．６ＬＥＤ顯示電路

本系統(tǒng)采用ＬＥＤ顯示，使用ＺＬＧ７９２０芯片，ＺＬＧ７２９０與微控制器設(shè)計硬件電路連接只需要兩根信號線（一根數(shù)據(jù)線ＳＤＡ，一根時鐘信號線ＳＣＬ）。

２．７以太網(wǎng)接口電路

ＲＴＬ８０１９ＡＳ是一種高度集成的全雙工即插即用的以太網(wǎng)控制芯片，它在一塊芯片上集成了ＲＴＬ８０１９內(nèi)核和一個１６ kＢ的ＳＤＲＡＭ存儲器。能兼容ＲＴＬ８０１９控制軟件和ＮＥ２０００ ８ ｂｉｔ或１６ ｂｉｔ的傳輸。支持ＵＴＰ、ＡＵＩ、ＢＮＣ和ＰＮＰ自動檢測模式，其接口符合Ｅｔｈｅｒｎｅｔ２和ＩＥＥＥ８０２．３（１0Ｂａｓｅ５、 １０Ｂａｓｅ２、１０ＢａｓｅＴ）標(biāo)準(zhǔn)。ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片內(nèi)部集成了ＤＭＡ控制器、ＩＳＡ總線控制器和集成１６ kＳＲＡＭ、網(wǎng)絡(luò)ＰＨＹ收發(fā)器。用戶可以通過ＤＭＡ方式把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入片內(nèi)ＳＲＡＭ中，讓芯片自動將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；而芯片在接收到數(shù)據(jù)后，用戶也可以通過ＤＭＡ方式將其讀出。ＲＴＬ８０1９ＡＳ與ＬＰＣ２２0０一般通過外部總線進(jìn)行連接。接口電路圖如圖２所示。

３系統(tǒng)的軟件設(shè)計

ＡＤＳ集成開發(fā)環(huán)境是ＡＲＭ公司推出的ＡＲＭ核微控制器集成開發(fā)工具，ＡＤＳ１．２支持ＡＲＭ１０之前所有ＡＲＭ系列的微控制器，支持軟件調(diào)試及ＪＴＡＧ硬件仿真調(diào)試，支持匯編、Ｃ和Ｃ＋＋源程序，具有編譯效率高、系統(tǒng)庫功能強等特點，可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ９８、 Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００、 ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ以及ＲｅｄＨａｔ Ｌｉｎｕｘ上運行。

３．１μＣ／ＯＳ－Ⅱ操作系統(tǒng)

μＣ／ＯＳ－Ⅱ的移植，系統(tǒng)開發(fā)采用ＡＲＭ公司的ＡＤＳ１．２作為開發(fā)編譯環(huán)境，移植了μＣ／ＯＳ—Ⅱ操作系統(tǒng)，主要采用Ｃ語言編寫。將μＣ／ＯＳ—Ⅱ移植到ＡＲＭ處理器上，需要修改３個與ＡＲＭ體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件：ＯＳ＿ＣＰＵ.Ｈ、OＳ＿ＣＰＵ＿Ａ.ＡＳＭ、ＯＳ＿ＣＰＵ＿ Ｃ.Ｃ。

３．２傳感器的溫度采集

在對傳感器數(shù)據(jù)采集的軟件編程中，采用的是單線總線協(xié)議。通過單線總線訪問ＤＳｌ８B２０的協(xié)議包括：初始化ＤＳ1８B２０、ＲＯＭ操作命令、存儲器操作命令和讀數(shù)據(jù)／處理數(shù)據(jù)。根據(jù)ＤＳｌ８B２０的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫３個子程序：Ｉｎｉｔ＿ＤＳ1８B２０為初始化子程序；ＷｒｉｔｅＯｎｅＣｈａｒ為寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序；ＲｅａｄＯｎｅＣｈａｒ為讀數(shù)據(jù)子程序。所有的數(shù)據(jù)讀／寫均由最低位開始。

３．３Ｗｅｂ服務(wù)器的建立

要在微處理器中建立Ｗｅｂ服務(wù)器，主要需要實現(xiàn)ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧的移植。設(shè)計中主要采用ＺＬＧ／ＩＰ軟件包，由廣州周立功單片機發(fā)展有限公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧是ＺＬＧ系列中間件的重要成員之一。ＺＬＧ／ＩＰ提供實現(xiàn)Ｉｎｔｅrnet網(wǎng)絡(luò)上ＩＰ接點的功能，是一種高性能的嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧軟件。它使用μＣ／ＯＳ－Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)的信號機制來實現(xiàn)一個多任務(wù)并行、可重入的協(xié)議棧，完全使用ＡＮＳＩ Ｃ編寫，可以像μＣ／ＯＳ－Ⅱ一樣支持多種ＣＰＵ。ＺＬＧ／ＩＰ還具有層次清晰、易于升級和修改等特點［８，９］。

Web服務(wù)器關(guān)鍵部分程序：

void TaskE(void *pdata)

{

uint8 Temp=0;

uint16 TempLength;

int addrlen;

int ei;

unsigned charip_add[4]={192，168，0，1};

uint8 tempdata[400];

//uint8 err;

SOCKET s;

struct sockaddr servaddr，cliaddr;

Arp_Request(ip_add，0);

OSTimeDly(60);

servaddr.sin_family=0;

servaddr.sin_addr[0]=NetPort[0].My_Ip[0];

servaddr.sin_addr[1]=NetPort[0].My_Ip[1];

servaddr.sin_addr[2]=NetPort[0].My_Ip[2];

servaddr.sin_addr[3]=NetPort[0].My_Ip[3];

servaddr.sin_port=80;

s=*socket( 0， 0， 0);

ei=bind( (SOCKET * )&s;， (struct sockaddr*)&servaddr;，sizeof(servaddr));

ei=listen( (SOCKET * )&s;， 4 );

if(ei!=4)

while(1);

while (1)

{

Temp=accept( (SOCKET * )&s;， (struct sockaddr*)&cliaddr;，&addrlen; );

if(Temp!=0xff)

{

TempLength=recv( Temp，tempdata ，400， 0 );

if(tempdata[5]==‘ )

{

send( Temp，httpweb ，169， 0 );

//OSTimeDly(10);

send( Temp，web ，395， 0 );

}

else if(tempdata[5]==‘1)

{

send( Temp， httpgif，169， 0 );

//OSTimeDly(10);

send( Temp，bmp ，442， 0 );

}

memset(tempdata， 0，400);

OSTimeDly(20);

close(Temp);

}

}

}

３小結(jié)

系統(tǒng)經(jīng)過測試運行良好，能方便快捷地通過瀏覽器查詢溫度傳感器所采集的溫度值。本文主要介紹了系統(tǒng)硬件和μＣ／ＯＳ－Ⅱ的移植、ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧的分析使用、溫度數(shù)據(jù)采集等設(shè)計，經(jīng)過測試，該嵌入式Wｅｂ服務(wù)器可以在ＬＰＣ 2000微處理器目標(biāo)板上穩(wěn)定運行且效率良好。本系統(tǒng)的大部分程序都采用標(biāo)準(zhǔn)Ｃ程序［１０］，在網(wǎng)絡(luò)接口上采用ＺＬＧ ＴＣＰ／ＩＰ軟件包，具有很好的移植性，有良好的應(yīng)用前景，對農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化、智能化發(fā)展起到了一定的支撐作用。

參考文獻(xiàn)：

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