基于嵌入式系統(tǒng)數(shù)字溫度的測(cè)試系統(tǒng)

何小虎

摘 要： 針對(duì)許多溫度傳感器沒(méi)有對(duì)數(shù)字信號(hào)分析及處理，達(dá)到自動(dòng)化控制的效果。本文介紹了一個(gè)基于S3C6410的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板，使用嵌入式Linux系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以方便實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，可被用于各種復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)時(shí)溫度測(cè)量行為。

關(guān)鍵詞： 溫度傳感器 嵌入式系統(tǒng) 測(cè)試系統(tǒng)

1.引言

溫度傳感器是一類被廣泛應(yīng)用且被最先開(kāi)發(fā)的傳感器。但大多數(shù)溫度傳感器沒(méi)有對(duì)數(shù)字信號(hào)分析及處理，達(dá)到自動(dòng)化控制的效果。因此，本設(shè)計(jì)基于這種情況，利用相關(guān)軟硬件提高了溫度傳感器的實(shí)用價(jià)值。

2.總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

從需求分析可以看出，該系統(tǒng)的功能模塊應(yīng)包括以下幾個(gè)部分：實(shí)時(shí)溫度采集與更新模塊、自定義溫度警報(bào)模塊、超溫報(bào)警模塊。DS18B20采用了單總線方式的傳輸協(xié)議，即只需要一根管腳就可以對(duì)輸入輸出進(jìn)行控制。此種單總線傳輸協(xié)議在實(shí)際應(yīng)用中有很大優(yōu)勢(shì)，使用此種協(xié)議的芯片不需要任何外圍電路，對(duì)硬件設(shè)計(jì)時(shí)的復(fù)雜性大大簡(jiǎn)化了許多。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

2.2.1嵌入式操作系統(tǒng)選擇

在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，硬件平臺(tái)完全支持Linux、開(kāi)發(fā)便捷迅速、資料眾多、內(nèi)核小、效率高等優(yōu)點(diǎn)決定了在本設(shè)計(jì)當(dāng)中的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，均使得本設(shè)計(jì)采用了Linux作為開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)。

2.2.2應(yīng)用層程序語(yǔ)言選擇

應(yīng)用程序使用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使用Linux標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言接口，與驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行交互。

3.硬件設(shè)計(jì)

3.1整體硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件設(shè)計(jì)方案，在開(kāi)發(fā)中用到的硬件有Tiny6410開(kāi)發(fā)板、DS18B20數(shù)字溫度傳感器、USB轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)線。

3.2硬件連接方式

將USB轉(zhuǎn)串口線一端接在Tiny6410的串口1上，另一端連接PC機(jī)USB接口。兩個(gè)DS18B20傳感器的VCC與GND管腳并聯(lián)起來(lái)，與Tiny6410開(kāi)放的電源與地線接口相連，兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)接口一起連接在S3C6410的GPIO的管腳上。

4.軟件設(shè)計(jì)

4.1嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)在軟件方面主要由Linux內(nèi)核裁剪和移植、底層驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、上層應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)三部分組成。其中，Linux內(nèi)核的運(yùn)行需要有引導(dǎo)程序BootLoader、內(nèi)核的配置裁剪與編譯、根文件系統(tǒng)的編譯三個(gè)部分支持。

4.2驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)DS18B20數(shù)字溫度傳感器根據(jù)其數(shù)據(jù)手冊(cè)上的傳輸協(xié)議及參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)，首先要明確其控制參數(shù)及流程。本系統(tǒng)中對(duì)傳感器的操作流程如下：

DS18B20寫(xiě)操作：

（1）置數(shù)據(jù)線高電平；

（2）延時(shí)2微秒；

（3）置數(shù)據(jù)線低電平；

（4）延時(shí)15微秒；

（5）按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）；

（6）延時(shí)60微秒；

（7）數(shù)據(jù)線拉到高電平；

（8）循環(huán)上述步驟使9位傳送完畢；

（9）數(shù)據(jù)線拉高電平。

DS18B20讀操作：

（1）置數(shù)據(jù)線高電平；

（2）延時(shí)2微秒；

（3）數(shù)據(jù)線拉低電平；

（4）延時(shí)2微秒；

（5）數(shù)據(jù)線拉高電平；

（6）延時(shí)8微秒；

（7）讀數(shù)據(jù)線狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

（8）延時(shí)50微秒。

5.結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)在溫度的測(cè)量精度上較為準(zhǔn)確，系統(tǒng)能快速反應(yīng)并準(zhǔn)確顯示改變后的溫度。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下測(cè)量結(jié)果依然準(zhǔn)確，在實(shí)際生產(chǎn)生活的溫度測(cè)量工作中具有較大實(shí)用價(jià)值。同時(shí)系統(tǒng)中仍存在一些不足有待彌補(bǔ)。

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基金項(xiàng)目：陜西自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2014JM 1026），陜西教育廳教改項(xiàng)目：13BY91渭南師范學(xué)院項(xiàng)目：15YKP002，受校級(jí)特色學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（14TSXK02）資助。