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　　引言
　　
　　在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和日常生活中，溫度是zui常用的被控參數(shù)之一。目前，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展迅速，其具有代碼少、速度快等特點(diǎn)，適合于可靠性和精度要求高的溫度實(shí)時(shí)系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)合嵌入式技術(shù)和無線傳感器技術(shù)的無線溫度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有高性能、低功耗的特點(diǎn)及快速處理數(shù)據(jù)的能力。
　　
　　一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　　
　　無線溫度采集系統(tǒng)主要由溫度信號(hào)采集模塊、ARM920T控制模塊、無線收發(fā)模塊、顯示模塊、供電模塊組成。
　　
　　無線溫度采集系統(tǒng)的核心采用韓國三星公司推出的ARM920T內(nèi)核S3C24l0的32位嵌入式微處理器，信號(hào)采集模塊選用溫度傳感器DS18B20，無線收發(fā)模塊選用CHIPCON公司生產(chǎn)的CC1100芯片。系統(tǒng)通過DSl8B20實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)；利用函數(shù)初始化，設(shè)置CC1100芯片的各個(gè)寄存器，并通過SPI串行接口把溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到CC1100芯片上。當(dāng)CC1100接收到調(diào)制數(shù)據(jù)后，先對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，然后將數(shù)據(jù)傳送到S3C2410上，S3C2410再經(jīng)過編制程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，zui后把溫度數(shù)據(jù)顯示在LCD液晶顯示屏上。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　
　　系統(tǒng)通過設(shè)定溫度測量時(shí)的上下界限，將環(huán)境溫度控制在所要求的范圍內(nèi)，當(dāng)溫度超出設(shè)定的范圍時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
　　
　　通過UART串行接口，控制模塊可以與PC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并繪制出溫度實(shí)時(shí)曲線，達(dá)到更加直觀、更加實(shí)時(shí)的無線溫度測量。
　　
　　二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　
　　2.1控制模塊
　　
　　ARM9的S3C2410芯片是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其直接控制DS18B20進(jìn)行溫度信號(hào)的采集，工作頻率zui高為202MHz。2片SDRAM，每片容量為32MB，用來存取系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的程序，32bit數(shù)據(jù)總線。片選NSCS6接2片HY57V561620單元作為片選信號(hào),CPU分配給這2片HY57V561620單元的地址空間為S3C24lO的Bank6區(qū)和Bank7區(qū)。
　　
　　32MB的NANDFlash存儲(chǔ)器K9F5608U用來保存Bootloader、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等配置參數(shù)。該存儲(chǔ)單元有8bit數(shù)據(jù)總線，由S3C2410的相關(guān)引腳直接控制，CPU分配給它的地址空間為0x00000000~0x01ffffff，啟動(dòng)代碼部分則放在從0x00000000開始的地址空間內(nèi)。系統(tǒng)將CPU的引腳OM[1:0]設(shè)置成00b，當(dāng)核心板上電復(fù)位時(shí)，系統(tǒng)首先將NANDFlash開始地址中0~4kbit的程序映射到StePPinStone區(qū)，然后從那里開始執(zhí)行。S3C2410具有一系列的外部接口：觸摸屏接口、HC總線接口、115總線接口、1個(gè)USB設(shè)備接口、2個(gè)USB主機(jī)接口、SD接口和MMC卡接口。本系統(tǒng)采用NANDFlash與SDRAM組合啟動(dòng)的方式。
　　
　　S3C2410在電源供給方式上也具有自身的特點(diǎn)，不同的部分需要不同的供電方式，如內(nèi)核用1.8v、存儲(chǔ)單元用3.3V、VDDQ用3.0/3V、I/O用3.3V。
　　
　　S3C24l0通過I2C總線與4線SPI接口（S1、SO、SCLK和SCn）對CCll00進(jìn)行配置、控制和數(shù)據(jù)收發(fā)。
　　
　　2.2無線收發(fā)模塊
　　
　　CCI1100為低功耗高集成性無線收發(fā)芯片，它為突發(fā)數(shù)據(jù)處理、清晰信道提供廣泛的硬件支持，非常適用于惡劣的無線環(huán)境。CCll00通過SPI接口來設(shè)定內(nèi)部寄存器的值并配置相應(yīng)的工作方式。接收方式下，射頻輸入信號(hào)先通過低噪聲放大器（LNA）進(jìn)行放大，然后通過混頻器把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)；在送給解調(diào)器之前，中頻信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，解調(diào)之后，進(jìn)行前向糾錯(cuò)和數(shù)據(jù)包處理，再把收到的數(shù)據(jù)存入接收FIFO中。在發(fā)射方式下，數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制之后被送到頻率合成器，再經(jīng)過90°的相移裝置發(fā)送給信號(hào)放大器（PA）。當(dāng)S3C2410檢測到振動(dòng)信號(hào)時(shí)，發(fā)送激活命令，CCll00進(jìn)入接收模式，如果CC1100準(zhǔn)備好接收，則可以開始接收數(shù)據(jù)。CC1100的RF收發(fā)器具有可配置的調(diào)制解調(diào)器，通過編程設(shè)置寄存器的參數(shù)，可使CCll00支持不同的調(diào)制格式，zui高可達(dá)到500kbit/s。
　　
　　2.3采集模塊
　　
　　DSl8B20是Dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字式溫度傳感器。該傳感器針對溫度進(jìn)行了內(nèi)部硬件修正，能直接與S3C2410相連，實(shí)現(xiàn)溫度測量，不需要A/D轉(zhuǎn)換電路，適用于低功耗的環(huán)境。DSl8B20電路圖如圖2所示。
　
　　DSl8B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)為3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測量范圍為-55~+125℃，可編程為9-12bitA/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度采用符號(hào)擴(kuò)展的16bit數(shù)字量方式串行輸出。DS18B20由4部分組成，即64bitROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64bit序列號(hào)是DS18BZO的地址序列碼，每一DSl8BZo的64bit序列號(hào)各不相同。DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，并顯示16bit符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式，表達(dá)成0.0625℃/LSB,S為符號(hào)位。LCD的控制器使用S3C24lO內(nèi)部集成的控制器，其具有189.81mm（1英寸＝25.4mm）、320x240像素、256色的彩屏，電源操作范圍為2.7-5.5V。
　　
　　三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　
　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括建立嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和移植。
　　
　　基本的嵌入式Linux系統(tǒng)包括3個(gè)基本元素：系統(tǒng)引導(dǎo)程序，用于完成機(jī)器加電后的系統(tǒng)定位引導(dǎo)；Linux系統(tǒng)內(nèi)核，為嵌入式應(yīng)用提供一個(gè)軟件環(huán)境，為應(yīng)用程序完成基本的底層資源管理工作；初始化過程，完成基本的初始化。
　　
　　3.1建立系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境
　　
　　包括操作系統(tǒng)以及包括連接器、編譯器、調(diào)試器在內(nèi)的軟件。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)采用交叉編譯調(diào)試的方式。交叉編譯調(diào)試環(huán)境建立在宿主機(jī)Host（即PC機(jī)）上，而嵌入式ARM9-S3C2410系統(tǒng)為目標(biāo)板Target，因此，通過網(wǎng)線把Host和Target相連，從而進(jìn)行跨平臺(tái)開發(fā)。
　　
　　系統(tǒng)安裝了1臺(tái)Redhat9.04系統(tǒng)的PC機(jī)作為宿主機(jī)。運(yùn)行Linux的宿主機(jī)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，使用宿主機(jī)上的交叉編譯、匯編及連接工具形成可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，再把這些二進(jìn)制代碼下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。采用ARM-LINUX-GCC3.3.2作為GNU交叉編譯工具，具體包括C/C++編譯器、匯編器、鏈接器、嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)C庫、GDB代碼調(diào)試器U。這些工具可以從網(wǎng)上下載。
　　
　　3.2U-boot的移植過程
　　
　　U-boot是德國DENX小組開發(fā)的、在嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行之前執(zhí)行的一段Bootloader程序，是一個(gè)公開源代碼的軟件。其代碼源可以從上獲得版本為1.1.4.
　　
　　通過U-boot進(jìn)行初始化硬件設(shè)備，建立內(nèi)層空間的映射表，并且建立適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)軟硬件環(huán)境，為運(yùn)行程序做好準(zhǔn)備。其具體過程如下。

　　
　　四、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
　　
　　4.1系統(tǒng)環(huán)境
　　
　　溫度測量系統(tǒng)軟件主要包括主程序、無線傳感器初始化子程序、無線傳感器讀數(shù)據(jù)子程序、溫度測量子程序、無線通信子程序等部分。
　　
　　傳感器讀數(shù)據(jù)的代碼如下：

　　
　　主程序流程如圖3所示：
　　
　　4.2系統(tǒng)測試結(jié)果
　　
　　未驗(yàn)證測試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)室設(shè)置了溫度測量系統(tǒng)，并采用精度為0.001℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作為溫度測量標(biāo)準(zhǔn)。其測量結(jié)果過如表1所示。
　　
　　五、結(jié)束語
　　
　　本文結(jié)合嵌入式技術(shù)與無線通信技術(shù)，提出了基于ARM9的無線溫度采集系統(tǒng)。系統(tǒng)采用單號(hào)線數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度采集，并利用無線通信模塊CC1100完成ARM9處理器與測溫節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，ARM9處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和溫度顯示。