基于ARM9溫濕度傳感器智能網絡監控設計

楊 沂（成都理工大學信息科學與技術學院，四川成都，610059）

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基于ARM9溫濕度傳感器智能網絡監控設計

楊 沂
（成都理工大學信息科學與技術學院，四川成都，610059）

摘要：本文設計了基于ARM9的溫濕度智能網絡監控系統，在深入研究學習無線通信網絡、嵌入式系統開發、模糊控制算法等知識的基礎上，完成了溫濕度數據采集終端、通信網絡、溫濕度模糊控制算法、ARM9監控中心及PC機監控軟件等的設計與開發工作。

關鍵詞：無線通信；以太網；ARM9；Linux

1　溫濕度傳感器現狀

目前分布式控制系統是溫濕度監控的主要發展方向。而且隨著嵌入式系統的發展，高性能嵌入式 CPU 和無線傳感器網絡技術的發展，使溫濕度測量系統的體系結構發生了重大變化，并輔之以智能控制技術，基于無線網絡的分布式網絡化溫濕度智能監控系統將成為溫濕度監控系統的一個新發展方向。

2　嵌入式系統簡介

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應于特定應用系統。它一般由微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統和特定用戶應用程序四部分組成。

為了提高控制算法和溫濕度監測的實時性，在設計時應充分考慮處理器的速度，而Samsung公司推出的基ARM920T 內核的S3C2440 處理器是一款專用的以手持設備為主而設計的 16/32-bit RISC微處理器芯片，其低功耗、簡單、優雅、且全靜態設計的特點很適合于對成本和功率敏感型的應用。因此本文選S3C2440處理器芯片。

3　系統設計

3.1系統總體結構框圖

如圖1所示，系統主要由五部分組成：ARM9監控中心、ZigBee無線網絡濕度采集終端、PC 機以及 GSM 通信模塊。

溫濕度采集終端將采集的溫濕度數據以一定格式封裝后，選擇相應的 Zig Bee 網絡路由路徑，經 RFD 設備和 FFD 設備傳送至 ARM9 監控中心。ARM9 監控中心實時顯示當前各個監測點溫濕度值，并且通過 Zig Bee 網絡接收本地 PC 的各項控制指令，同時，ARM9 監控中心通過 GSM 網絡實現和用戶手機的通信，為用戶提供實時數據查詢、自動監控等功能。本地 PC 與遠程 PC通過以太網進行通信，在 PC 端同樣可以完成數據的實時顯示、數據庫建立、數據導入與導出以及數據曲線繪制等任務，實現系統的聯網監控功能。

系統具有智能監控功能，用戶可通過PC端、用戶手機以及ARM 監控中心方式設置。用戶設置完系統運行參數后，ARM9 監控中心采用模糊控制算法控制執行單元進行加熱、加濕或通風等措施使系統處于恒溫恒濕狀態。

圖1　系統架構圖

3.2數據采集終端的設計

3.2.1溫濕度傳感器的選取

采用傳統的模擬式溫濕度傳感器需設計復雜的信號調理電路并經過校準、標定過程，測量精度難以保證，且在線性度、重復性、互換性、一致性等方面不盡如人意。DB113是一款單片溫濕度一體集成式傳感器，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D 轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上，非常方便使用。基于 ARM9的溫濕度智能網絡監控系統設計

3.2.2DB113命令字

用戶在初始化數據傳輸時，應發出“傳輸開始”命令，命令包括 SCK 為高時，DATA由高電平變為低電平，并在下一個 SCK為高時將 DATA 升高。后續命令包含三個地址位（目前只支持“000”），和五位的命令字，其中命令字集的格式如表1所示。DB113會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8個SCK時鐘的下降沿之后，將 DATA下拉為低電平（ACK 位）。在第 9 個SCK 時鐘的下降沿之后，釋放 DATA（恢復高電平）。

表1　命令字集

3.2.3時鐘電路

DS1302就是一款高性能、低功耗、帶RAM的典型串行時鐘芯片。DS1302可以完成對年、月、周、日、時、分、秒的計時，對于小于 31 天的月，月末的日期自動進行調整，且具有閏年補償功能，其工作電壓寬達 2.5-5.5V，只需 SCLK、I/O、RST 三條線就可以和單片機進行通訊，可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或 RAM 數據。

DS1302與 DS1202 相比，增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力，以便在主電源掉電的情況下由蓄電池供電從而能繼續保存時間信息以及數據。因此本文采用 DS1302 串行時鐘芯片，其電路原理圖2如圖所示。

3.2.4數據存儲電路

系統要求實現長時間在線監測溫濕度數據，當 ARM9 或 PC機監控中心關機時，為了保存溫濕度數據，溫濕度采集終端需要設計數據存儲電路。NVRAM是一種非易失性隨機存儲器。它的存儲電路由 SRAM和 E2PROM 共同構成，在正常運行時和 SRAM 的功能相同，既可以隨時寫入，又可以隨時讀出。但在掉電或電源發生故障的瞬間，它可以立即把 SRAM 中的信息保存到E2PROM 中，使信息得到自動保護，兼具RAM 和 ROM 的優良特性。因此本文選擇NVRAM DS1245Y 作為數據存儲器。

4　zigbee的搭建

Zig Bee設備具有強大的組網能力，有星型、樹型和MESH網等三種網絡結構，星型和族樹型適合多點、距離相對較近的應用，而 MESH 拓撲結構的網絡可以通過“多級跳”的方式來通信，同時具備自組織、自愈功能。Zig Bee 無線數據通信設備搭建MESH網絡。

5　總結

本文設計基于ARM9的溫濕度智能網絡監控系統，Zigbee通信網絡用于實現數據采集。GSM通信網絡用于實現系統與人之間的遠距離通信。操作簡單方便，大大提高了監控效率。同時符合了人們對智能控制的要求，具有一定的經濟效益。

參考文獻

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［4］于明，范書瑞，曾祥燁. ARM9嵌入式系統設計與開發教程［M］.北京：電子工業出版社， 2006.

圖2　時鐘電路圖

Design of intelligent network monitoring system based on ARM9 temperature and humidity sensor

Yang Yi
（College of information science and technology， Chengdu University of Technology，Sichuan Chengdu，610059）

Abstract：This paper was designed based on ARM9 temperature and humidity intelligent network monitoring system，in-depth study of learning wireless communication network，embedded system development，fuzzy control algorithm and knowledge base，the completion of the temperature and humidity data acquisition terminal，communication network，temperature and humidity fuzzy control algorithm，ARM9 monitoring center and PC machine monitoring software design and development.

Keywords：wireless communication；Ethernet；ARM9；Linux