论文部分内容阅读
摘要：当前，为保证日常工作的顺利进行，我们需要实时知道溫湿度的具体变化，人工测试方法费时费力、效率低测试的温湿度误差大随机性大，因此我们需要一种造价低廉、使用方便、准确测量、传输能力强和通信距离远的监控来有效地进行监管。因此，本文提出一种基于S3C4480x-ARM微处理器为核心，设计空气中的温度和湿度数据采集显示系统方案，以至于能更好实现智能化的温度数据采集、传输、处理与显示功能。
关键词：S3C44B0x-ARNI；数据采集；智能化
一、引言
嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模系统的设备。嵌入式系统以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是—个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
数据采集是指对温度、压力、流量、位移等模拟量进行采样、转换成数字量后由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集与处理系统。数据采集与处理系统的主要任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，由计算机进行相应的加工，并将处理结果进行显示或打印，以便实现对某些物理量的测量和监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具也是获取科学奥秘重要手段之一。总之，无论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时工作效率就越高。获得的经济效益就越大。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集，实时处理和实时控制对速度的要求。
二、基于s3C44B0x-ARM的温度采集方案的提出
目前嵌入式系统的研究和应用中，ARM芯片的使用越来越广泛。本文是在我们实验室实验内容“ARM的温湿度显示系统”的基础上，从而提出一种基于S3C44B0x-ARM的温度采集方案研究。在本方案的设计过程中，根据嵌入式系统的基本设计思想，系统采用了模块化的设计方法；并且根据系统的功能要求和技术指标，系统遵循自上而下、由大到小、由粗到细的设计思想；按照系统的功能层次，在设计中把硬件和软件分成若干功能模块分别设计和调试，然后全部连接起来统调。
本设计的基于ARM的嵌入式数据采集和显示装置的原理框图如图1所示。由图可见，本系统采用“电源部分+ARM核心控制模块+温度采集模块”实现所需功能。下面分别对各部分的工作原理做简要的说明：
为了实现系统方案所要求的功能和指标，并考虑到系统的可扩展性和延伸性，本系统方案采用主从CPU协同工作，实现了数据的实时采集、传输与显示，具有处理速度快、精度高、人机交互界面友好、稳定性高、扩展性好等优点。
三、基于S3C44B0x-ARM的温度采集方案的实现
1.电路设计
进行液晶屏控制电路设计时必须提供电源驱动、偏压驱动以及LCD显示控制器。由于S3C44BOX处理器本身自带LCD控制器，而且可以驱动实验板所选用的液晶屏，所以控制电路的设计可以省去显示控制电路，只需进行电源驱动和偏压驱动的电路设计即可。
2.MD转换设计
在S3C44BOX中A/D模块有8个模拟输入通道，通道的切换可以由内部的定时器完成。如果要进行8个通道连续变化的信号的转换，还必须在8个通道全部加采样保持器，采样保持的接口电路。模拟输入信号为需要转换的信号，驱动控制信号可以通过编程利用ARM里面的timer产生，也可以通过I/0口来控制，输出信号直接接到A/D模块中的输入通道。其中，分压电路比较简单，为了保证电压转换时是稳定的，可以直接调节可变电阻得到稳定的电压值。
3.电源电路设计
本系统的电源电路由两部分组成：系统总电源电路和RAM核心模块电源电路。如图：+12V恒定直流电源经电容滤波，分别进入7809和7805稳压，得到+9V和+5V的稳定电压输出后分别供给ARM核心控制模块和其余电路部分使用。IN4148是为了防止输出端并接高于本稳压模块的输出电压而烧坏7809和7805而特别设计，达到了可靠性电源设计目的。另外，由于系统正常工作电流较大，因此使用时均应在7809和7805上加散热片散热。系统采用双电源供电，提供了系统正常工作所需的电源电压。另外，由于考虑到便携目的，本系统采用+12V铅蓄电池提供系统所需的恒定直流电源。
4.温度采集电路设计
温度采集模块电路考虑到系统成本因素，此处采用AT89S52单片机作为模块的协控制器。对于温度传感器的选用DSl8820，因为DS18820是Dallas公司最新单总线数字温度传感器，该传感器集温度变换、A/D转换于同一芯片，输出直接为数字信号，大大提高了电路的效率。由于现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，且提高了CPU的效率。AT89S52单片机的P0口与8路温度传感器相连，用于采集温度数据；另外，模块提供RS-232串行口与RAM核心控制模块通信，达到数据传输的目的。
四、结束语
如今嵌入式已经渗透到各个行业当中，与我们的生活息息相关，本文设计的过程主要包括方案的提出和实现。系统的主要功能是从空气中采集数据，通过A/D转换器，转换为数字信号，并通过LCD液晶显示屏显示。基本上实现了智能化的温度数据采集、传输、处理与显示功能。
关键词：S3C44B0x-ARNI；数据采集；智能化
一、引言
嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模系统的设备。嵌入式系统以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是—个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
数据采集是指对温度、压力、流量、位移等模拟量进行采样、转换成数字量后由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集与处理系统。数据采集与处理系统的主要任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，由计算机进行相应的加工，并将处理结果进行显示或打印，以便实现对某些物理量的测量和监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具也是获取科学奥秘重要手段之一。总之，无论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时工作效率就越高。获得的经济效益就越大。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集，实时处理和实时控制对速度的要求。
二、基于s3C44B0x-ARM的温度采集方案的提出
目前嵌入式系统的研究和应用中，ARM芯片的使用越来越广泛。本文是在我们实验室实验内容“ARM的温湿度显示系统”的基础上，从而提出一种基于S3C44B0x-ARM的温度采集方案研究。在本方案的设计过程中，根据嵌入式系统的基本设计思想，系统采用了模块化的设计方法；并且根据系统的功能要求和技术指标，系统遵循自上而下、由大到小、由粗到细的设计思想；按照系统的功能层次，在设计中把硬件和软件分成若干功能模块分别设计和调试，然后全部连接起来统调。
本设计的基于ARM的嵌入式数据采集和显示装置的原理框图如图1所示。由图可见，本系统采用“电源部分+ARM核心控制模块+温度采集模块”实现所需功能。下面分别对各部分的工作原理做简要的说明：
为了实现系统方案所要求的功能和指标，并考虑到系统的可扩展性和延伸性，本系统方案采用主从CPU协同工作，实现了数据的实时采集、传输与显示，具有处理速度快、精度高、人机交互界面友好、稳定性高、扩展性好等优点。
三、基于S3C44B0x-ARM的温度采集方案的实现
1.电路设计
进行液晶屏控制电路设计时必须提供电源驱动、偏压驱动以及LCD显示控制器。由于S3C44BOX处理器本身自带LCD控制器，而且可以驱动实验板所选用的液晶屏，所以控制电路的设计可以省去显示控制电路，只需进行电源驱动和偏压驱动的电路设计即可。
2.MD转换设计
在S3C44BOX中A/D模块有8个模拟输入通道，通道的切换可以由内部的定时器完成。如果要进行8个通道连续变化的信号的转换，还必须在8个通道全部加采样保持器，采样保持的接口电路。模拟输入信号为需要转换的信号，驱动控制信号可以通过编程利用ARM里面的timer产生，也可以通过I/0口来控制，输出信号直接接到A/D模块中的输入通道。其中，分压电路比较简单，为了保证电压转换时是稳定的，可以直接调节可变电阻得到稳定的电压值。
3.电源电路设计
本系统的电源电路由两部分组成：系统总电源电路和RAM核心模块电源电路。如图：+12V恒定直流电源经电容滤波，分别进入7809和7805稳压，得到+9V和+5V的稳定电压输出后分别供给ARM核心控制模块和其余电路部分使用。IN4148是为了防止输出端并接高于本稳压模块的输出电压而烧坏7809和7805而特别设计，达到了可靠性电源设计目的。另外，由于系统正常工作电流较大，因此使用时均应在7809和7805上加散热片散热。系统采用双电源供电，提供了系统正常工作所需的电源电压。另外，由于考虑到便携目的，本系统采用+12V铅蓄电池提供系统所需的恒定直流电源。
4.温度采集电路设计
温度采集模块电路考虑到系统成本因素，此处采用AT89S52单片机作为模块的协控制器。对于温度传感器的选用DSl8820，因为DS18820是Dallas公司最新单总线数字温度传感器，该传感器集温度变换、A/D转换于同一芯片，输出直接为数字信号，大大提高了电路的效率。由于现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，且提高了CPU的效率。AT89S52单片机的P0口与8路温度传感器相连，用于采集温度数据；另外，模块提供RS-232串行口与RAM核心控制模块通信，达到数据传输的目的。
四、结束语
如今嵌入式已经渗透到各个行业当中，与我们的生活息息相关，本文设计的过程主要包括方案的提出和实现。系统的主要功能是从空气中采集数据，通过A/D转换器，转换为数字信号，并通过LCD液晶显示屏显示。基本上实现了智能化的温度数据采集、传输、处理与显示功能。