基于嵌入式系統數字溫度的測試系統

何小虎

摘 要： 針對許多溫度傳感器沒有對數字信號分析及處理，達到自動化控制的效果。本文介紹了一個基于S3C6410的嵌入式系統開發板，使用嵌入式Linux系統作為軟件平臺，采用DS18B20數字溫度傳感器的數字測溫系統。該系統可以方便實現溫度采集和顯示，可被用于各種復雜環境下的實時溫度測量行為。

關鍵詞： 溫度傳感器 嵌入式系統 測試系統

1.引言

溫度傳感器是一類被廣泛應用且被最先開發的傳感器。但大多數溫度傳感器沒有對數字信號分析及處理，達到自動化控制的效果。因此，本設計基于這種情況，利用相關軟硬件提高了溫度傳感器的實用價值。

2.總體設計

2.1系統功能模塊設計

從需求分析可以看出，該系統的功能模塊應包括以下幾個部分：實時溫度采集與更新模塊、自定義溫度警報模塊、超溫報警模塊。DS18B20采用了單總線方式的傳輸協議，即只需要一根管腳就可以對輸入輸出進行控制。此種單總線傳輸協議在實際應用中有很大優勢，使用此種協議的芯片不需要任何外圍電路，對硬件設計時的復雜性大大簡化了許多。

2.2系統軟件設計方案

2.2.1嵌入式操作系統選擇

在本設計當中，硬件平臺完全支持Linux、開發便捷迅速、資料眾多、內核小、效率高等優點決定了在本設計當中的穩定性等優點，均使得本設計采用了Linux作為開發的操作系統。

2.2.2應用層程序語言選擇

應用程序使用C語言進行開發，使用Linux標準C語言接口，與驅動層進行交互。

3.硬件設計

3.1整體硬件電路設計

根據硬件設計方案，在開發中用到的硬件有Tiny6410開發板、DS18B20數字溫度傳感器、USB轉串口數據線。

3.2硬件連接方式

將USB轉串口線一端接在Tiny6410的串口1上，另一端連接PC機USB接口。兩個DS18B20傳感器的VCC與GND管腳并聯起來，與Tiny6410開放的電源與地線接口相連，兩個傳感器的數據接口一起連接在S3C6410的GPIO的管腳上。

4.軟件設計

4.1嵌入式系統架構

本系統在軟件方面主要由Linux內核裁剪和移植、底層驅動程序開發、上層應用程序開發三部分組成。其中，Linux內核的運行需要有引導程序BootLoader、內核的配置裁剪與編譯、根文件系統的編譯三個部分支持。

4.2驅動程序設計

在本設計當中，對DS18B20數字溫度傳感器根據其數據手冊上的傳輸協議及參數進行驅動編寫，首先要明確其控制參數及流程。本系統中對傳感器的操作流程如下：

DS18B20寫操作：

（1）置數據線高電平；

（2）延時2微秒；

（3）置數據線低電平；

（4）延時15微秒；

（5）按從低位到高位的順序發送字節（一次只發送一位）；

（6）延時60微秒；

（7）數據線拉到高電平；

（8）循環上述步驟使9位傳送完畢；

（9）數據線拉高電平。

DS18B20讀操作：

（1）置數據線高電平；

（2）延時2微秒；

（3）數據線拉低電平；

（4）延時2微秒；

（5）數據線拉高電平；

（6）延時8微秒；

（7）讀數據線狀態進行數據處理；

（8）延時50微秒。

5.結語

本設計在溫度的測量精度上較為準確，系統能快速反應并準確顯示改變后的溫度。在長時間運行下測量結果依然準確，在實際生產生活的溫度測量工作中具有較大實用價值。同時系統中仍存在一些不足有待彌補。

參考文獻：

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[4]Tiny6410刷機指南[M].廣州友善之臂計算機科技有限公司，2013-05-14.

基金項目：陜西自然科學基礎研究計劃項目（2014JM 1026），陜西教育廳教改項目：13BY91渭南師范學院項目：15YKP002，受校級特色學科建設項目（14TSXK02）資助。