基于ARM—智能化的溫度采集方案分析

摘 要：當前，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、準確測量、傳輸能力強和通信距離遠的監控來有效地進行監管。因此，本文提出一種基于S3C44B0x-ARM微處理器為核心，設計空氣中的溫度和濕度數據采集顯示系統方案，以至于能更好實現智能化的溫度數據采集、傳輸、處理與顯示功能。

關鍵詞：S3C44B0x-ARM；數據采集；智能化

1 引言

嵌入式系統是用來控制或者監視機器、裝置、工廠等大規模系統的設備。嵌入式系統以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是一種專用的計算機系統，作為裝置或設備的一部分。通常，嵌入式系統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，所有帶有數字接口的設備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含操作系統，但大多數嵌入式系統都是由單個程序實現整個控制邏輯。

數據采集是指對溫度、壓力、流量、位移等模擬量進行采樣、轉換成數字量后由計算機進行存儲、處理、顯示或打印的過程，相應的系統稱為數據采集與處理系統。數據采集與處理系統的主要任務就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉換成計算機能識別的數字信號，由計算機進行相應的加工，并將處理結果進行顯示或打印，以便實現對某些物理量的測量和監視，其中一部分數據還將被生產過程中的計算機控制系統用來控制某些物理量。在生產過程中，應用這一系統可對生產現場的工藝參數進行采集、監視和記錄，為提高產品質量、降低成本提供信息和手段。在科學研究中，應用數據采集系統可獲得大量的動態信息，是研究瞬間物理過程的有力工具也是獲取科學奧秘重要手段之一。總之，無論在哪個應用領域中，數據采集與處理越及時工作效率就越高。獲得的經濟效益就越大。數據采集系統性能的好壞，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

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

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

為了實現系統方案所要求的功能和指標，并考慮到系統的可擴展性和延伸性，本系統方案采用主從CPU協同工作，實現了數據的實時采集、傳輸與顯示，具有處理速度快、精度高、人機交互界面友好、穩定性高、擴展性好等優點。

3 基于ARM-智能化的溫度采集方案的實現

3.1 電路設計

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

3.2 A/D轉換設計

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部的定時器完成。如果要進行8個通道連續變化的信號的轉換，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換的信號，驅動控制信號可以通過編程利用ARM里面的timer產生，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，為了保證電壓轉換時是穩定的，可以直接調節可變電阻得到穩定的電壓值。

3.3 電源電路設計

本系統的電源電路由兩部分組成：系統總電源電路和RAM核心模塊電源電路。如圖：+12V恒定直流電源經電容濾波，分別進入7809和7805穩壓，得到+9V和+5V的穩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壓模塊的輸出電壓而燒壞7809和7805而特別設計，達到了可靠性電源設計目的。另外，由于系統正常工作電流較大，因此使用時均應在7809和7805上加散熱片散熱。系統采用雙電源供電，提供了系統正常工作所需的電源電壓。另外，由于考慮到便攜目的，本系統采用+12V鉛蓄電池提供系統所需的恒定直流電源。

3.4 溫度采集電路設計

溫度采集模塊電路考慮到系統成本因素，此處采用AT89S52單片機作為模塊的協控制器。對于溫度傳感器的選用DS18B20，因為DS18B20是Dallas公司最新單總線數字溫度傳感器，該傳感器集溫度變換、A/D轉換于同一芯片，輸出直接為數字信號，大大提高了電路的效率。由于現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性，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，用于采集溫度數據；另外，模塊提供RS-232串行口與RAM核心控制模塊通信，達到數據傳輸的目的。

4 結束語

如今嵌入式已經滲透到各個行業當中，與我們的生活息息相關，本文設計的過程主要包括方案的提出和實現。系統的主要功能是從空氣中采集數據，通過A/D轉換器，轉換為數字信號，并通過LCD液晶顯示屏顯示。基本上實現了智能化的溫度數據采集、傳輸、處理與顯示功能。

參考文獻

[1]田澤.嵌入式系統開發與應用教程.北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2]沈蘭蓀.數據采集與處理.北京：能源出版社，1987.

[3]王宇行.ARM程序分析與設計.北京：北京航空航天大學出版社，2008.

作者簡介

金仕奇（1982-），男，江西高安，本科，助教，方向：計算機科學與技術。