基于ARM9的環(huán)境監(jiān)測(cè)與設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

李青華

（安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

0 引言

溫度，濕度和SO2濃度等環(huán)境參數(shù)是基本的物理量和化學(xué)量，幾乎所有的科研和生產(chǎn)過(guò)程都與環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)。因此，環(huán)境測(cè)量是現(xiàn)代測(cè)量中最普遍的測(cè)量之一。而準(zhǔn)確的測(cè)量和控制環(huán)境參數(shù)對(duì)于獲得正確的科研數(shù)據(jù)和保證產(chǎn)品質(zhì)量都是十分重要的。

時(shí)至今日，科技競(jìng)爭(zhēng)不斷升級(jí)，節(jié)能減排的呼聲日益高漲，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量越來(lái)越重視，尤其是在某些特殊的領(lǐng)域，如何對(duì)生產(chǎn)，科研局部環(huán)境參數(shù)進(jìn)行精確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，成為日趨嚴(yán)峻的任務(wù)。本就是針對(duì)以上實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出的相應(yīng)可行的解決方案。

1 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與分析

本系統(tǒng)是要求將現(xiàn)場(chǎng)空氣中的溫度、濕度和SO2氣體濃度的情況通過(guò)各自的傳感器收集起來(lái)，再通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳給ARM，再通過(guò)ARM的處理和液晶顯示屏將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為人眼可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，這樣就建立了一個(gè)以ARM為核心，以傳感器和AD轉(zhuǎn)換器等為輔助的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)系統(tǒng)需要解決兩個(gè)問(wèn)題：（1）ARM是如何控制A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；（2）ARM是怎樣去控制這些傳感器的。將這些問(wèn)題處理好并將轉(zhuǎn)到液晶屏上顯示出來(lái)，該系統(tǒng)就完成了。

2 數(shù)據(jù)采集部分

該部分是由傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成。傳感器有三類：溫度傳感器、濕度傳感器、SO2濃度傳感器，它的作用是將環(huán)境中的模擬量感知出來(lái)；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器送來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；再將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送到ARM進(jìn)行處理。下面對(duì)此進(jìn)行逐一介紹。

2.1 傳感器

2.1.1 溫度傳感器

本次使用溫度傳感器型號(hào)是DS18B20型數(shù)字傳感器。輸出的是電壓量，并支持“一線總線”接口，適用于多點(diǎn)監(jiān)測(cè)。測(cè)溫范圍：-55℃～+125℃，固有測(cè)溫誤差0.5℃。工作電壓：3～5V/DC，測(cè)量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳輸。

2.1.2 濕度傳感器

本次采用的濕度傳感器型號(hào)為HF3223型，它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時(shí)的輸出頻率為8750Hz（型值），當(dāng)相對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.3 SO2傳感器

本次采用的SO2傳感器型號(hào)為3SF CiTiceL型，它是一種電化學(xué)型的傳感器，輸出的是電壓量，輸出電壓：Vout=0.1*C*R，其中C為大氣中SO2的濃度，由ARM對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出相應(yīng)的SO2含量。它基于伽伐尼電池基本原理，具有體積小，重量輕，線性度好，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809

模數(shù)轉(zhuǎn)換器一方面接收傳感器送來(lái)的模擬信號(hào)，另一方面受ARM的控制轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)并輸出，它的工作流程圖如圖2所示。ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它是逐次逼近型8位8通道A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間典型值為100us，模擬信號(hào)輸入電壓0～5V，電源電壓為單電源5V。

圖2 ADC0809執(zhí)行流程

2.3 ARM S3C2440

ARM處理器是一種低功耗，高性能的32位的處理器，且一般具備以下特點(diǎn)：（1）體積小，低功耗，低成本，高性能；（2）支持 16位和 32位雙指令集，能很好的兼容8位和16位器件；（3）大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；（4）大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；（5）尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；（6）指令長(zhǎng)度固定。因此系統(tǒng)選用 S3C2440型ARM，它在數(shù)據(jù)采集部分中的作用就是控制ADC0809何時(shí)轉(zhuǎn)換，何時(shí)輸出數(shù)據(jù)。相應(yīng)的程序流程圖如圖3所示。

圖3 ARM的控制流程圖

2.4 嵌入式操作系統(tǒng)

因?yàn)長(zhǎng)INUX與其他的嵌入式操作系統(tǒng)相比，有很多優(yōu)勢(shì)：第一，LINUX內(nèi)核穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，支持多種硬件平臺(tái)，應(yīng)用軟件多，兼容性好；第二，LINUX的源代碼是開(kāi)放的，可免費(fèi)獲得，能大幅降低成本；第三，LINUX沿用了UNIX的發(fā)展方式，可以方便的獲得軟件廠商的支持；第四，具有良好的可移植性。因此，我選擇LINUX作為操作系統(tǒng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)使得我對(duì)嵌入式系統(tǒng)有了一個(gè)初步的了解，包括硬件部分和軟件部分。并取得了對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一些經(jīng)驗(yàn)，為以后對(duì)這方面的學(xué)習(xí)打下一個(gè)初步基礎(chǔ)。

［1］王英.高精度溫度檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009.

［2］袁國(guó)慶.基于嵌入式的溫度控制系統(tǒng)與算法研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2008.

［3］周青云,王建勛.嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2008.

［4］李善平,劉文峰,王煥龍.Linux與嵌入式系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

［5］于明,范書(shū)瑞,曾祥燁.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.