基于ARM—智能化的溫度采集方案分析

摘 要：當(dāng)前，為保證日常工作的順利進行，我們需要實時知道溫濕度的具體變化，人工測試方法費時費力、效率低測試的溫濕度誤差大隨機性大，因此我們需要一種造價低廉、使用方便、準(zhǔn)確測量、傳輸能力強和通信距離遠的監(jiān)控來有效地進行監(jiān)管。因此，本文提出一種基于S3C44B0x-ARM微處理器為核心，設(shè)計空氣中的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)方案，以至于能更好實現(xiàn)智能化的溫度數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與顯示功能。

關(guān)鍵詞：S3C44B0x-ARM；數(shù)據(jù)采集；智能化

1 引言

嵌入式系統(tǒng)是用來控制或者監(jiān)視機器、裝置、工廠等大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個程序?qū)崿F(xiàn)整個控制邏輯。

數(shù)據(jù)采集是指對溫度、壓力、流量、位移等模擬量進行采樣、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后由計算機進行存儲、處理、顯示或打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的主要任務(wù)就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字信號，由計算機進行相應(yīng)的加工，并將處理結(jié)果進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的測量和監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計算機控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具也是獲取科學(xué)奧秘重要手段之一?？傊瑹o論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越及時工作效率就越高。獲得的經(jīng)濟效益就越大。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。在保證精度的條件下應(yīng)有盡可能高的采樣速度，以滿足實時采集，實時處理和實時控制對速度的要求。

2 基于ARM-智能化的溫度采集方案的提出

目前嵌入式系統(tǒng)的研究和應(yīng)用中，ARM芯片的使用越來越廣泛。本文是在我們實驗室實驗內(nèi)容“ARM的溫濕度顯示系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上，從而提出一種基于ARM-智能化的溫度采集方案研究。在本方案的設(shè)計過程中，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計思想，系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計方法；并且根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)遵循自上而下、由大到小、由粗到細的設(shè)計思想；按照系統(tǒng)的功能層次，在設(shè)計中把硬件和軟件分成若干功能模塊分別設(shè)計和調(diào)試，然后全部連接起來統(tǒng)調(diào)。

本設(shè)計的基于ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集和顯示裝置的原理框圖如圖1所示。由圖可見，本系統(tǒng)采用“電源部分+ARM 核心控制模塊+溫度采集模塊”實現(xiàn)所需功能。下面分別對各部分的工作原理做簡要的說明：

為了實現(xiàn)系統(tǒng)方案所要求的功能和指標(biāo)，并考慮到系統(tǒng)的可擴展性和延伸性，本系統(tǒng)方案采用主從CPU協(xié)同工作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸與顯示，具有處理速度快、精度高、人機交互界面友好、穩(wěn)定性高、擴展性好等優(yōu)點。

3 基于ARM-智能化的溫度采集方案的實現(xiàn)

3.1 電路設(shè)計

進行液晶屏控制電路設(shè)計時必須提供電源驅(qū)動、偏壓驅(qū)動以及LCD 顯示控制器。由于S3C44B0X處理器本身自帶LCD 控制器，而且可以驅(qū)動實驗板所選用的液晶屏，所以控制電路的設(shè)計可以省去顯示控制電路，只需進行電源驅(qū)動和偏壓驅(qū)動的電路設(shè)計即可。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計

在S3C44B0X中A/D模塊有8 個模擬輸入通道，通道的切換可以由內(nèi)部的定時器完成。如果要進行8個通道連續(xù)變化的信號的轉(zhuǎn)換，還必須在8個通道全部加采樣保持器，采樣保持的接口電路。模擬輸入信號為需要轉(zhuǎn)換的信號，驅(qū)動控制信號可以通過編程利用ARM里面的timer產(chǎn)生，也可以通過I/O 口來控制，輸出信號直接接到A/D模塊中的輸入通道。其中，分壓電路比較簡單，為了保證電壓轉(zhuǎn)換時是穩(wěn)定的，可以直接調(diào)節(jié)可變電阻得到穩(wěn)定的電壓值。

3.3 電源電路設(shè)計

本系統(tǒng)的電源電路由兩部分組成：系統(tǒng)總電源電路和RAM核心模塊電源電路。如圖：+12V恒定直流電源經(jīng)電容濾波，分別進入7809和7805穩(wěn)壓，得到+9V和+5V的穩(wěn)定電壓輸出后分別供給ARM核心控制模塊和其余電路部分使用。IN4148是為了防止輸出端并接高于本穩(wěn)壓模塊的輸出電壓而燒壞7809和7805而特別設(shè)計，達到了可靠性電源設(shè)計目的。另外，由于系統(tǒng)正常工作電流較大，因此使用時均應(yīng)在7809和7805上加散熱片散熱。系統(tǒng)采用雙電源供電，提供了系統(tǒng)正常工作所需的電源電壓。另外，由于考慮到便攜目的，本系統(tǒng)采用+12V鉛蓄電池提供系統(tǒng)所需的恒定直流電源。

3.4 溫度采集電路設(shè)計

溫度采集模塊電路考慮到系統(tǒng)成本因素，此處采用AT89S52單片機作為模塊的協(xié)控制器。對于溫度傳感器的選用DS18B20，因為DS18B20是Dallas公司最新單總線數(shù)字溫度傳感器，該傳感器集溫度變換、A/D轉(zhuǎn)換于同一芯片，輸出直接為數(shù)字信號，大大提高了電路的效率。由于現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，且提高了CPU的效率。AT89S52單片機的P0 口與8路溫度傳感器相連，用于采集溫度數(shù)據(jù)；另外，模塊提供RS-232串行口與RAM核心控制模塊通信，達到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

4 結(jié)束語

如今嵌入式已經(jīng)滲透到各個行業(yè)當(dāng)中，與我們的生活息息相關(guān)，本文設(shè)計的過程主要包括方案的提出和實現(xiàn)。系統(tǒng)的主要功能是從空氣中采集數(shù)據(jù)，通過A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過LCD液晶顯示屏顯示?；旧蠈崿F(xiàn)了智能化的溫度數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與顯示功能。

參考文獻

[1]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2]沈蘭蓀.數(shù)據(jù)采集與處理.北京：能源出版社，1987.

[3]王宇行.ARM程序分析與設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

作者簡介

金仕奇（1982-），男，江西高安，本科，助教，方向：計算機科學(xué)與技術(shù)。