基于ARM和DS18B20设计网络化的智能温度传感器

2010-08-03 12:10:10来源: 互联网

  传感器作为一种获取信息的重要工具,在工业生产、科学技术等领域发挥着重大的作用。但随着微处理器技术的迅猛发展以及测控系统自动化、智能化的发展,传统的传感器已与各种微处理器相结合,并连入网络,形成了带有信息检测、信号处理、逻辑思维等一系列功能的智能,传感器。

  1 网络化智能传感器简介

  网络化智能传感器使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多点检测发展;从被动检测向主动进行信息处理方向发展;从就地测量向远距离实时在线测控发展。网络化使得传感器可以就近接入网络,传感器与测控设备间再无需点对点连接,大大简化了连接线路,易于系统的维护和扩充。网络化智能传感器一般由信号采集单元、数据处理单元和网络接口单元组成。这3个单元可以是采用不同芯片构成合成式的,也可以是单片式结构。网络化智能传感器的核心便是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器具有体积小、功耗低、可靠性高、可抗干扰能力强等特点。本系统就是采用嵌入式微处理器作为核心,使用数字式的温度传感器作为采集单元。系统设计中采用的是信息技术领域最新的B/S(Brower/Server,浏览器/服务器)结构,用浏览器作为统一的客户端,无需安装软件,使用起来更加方便。

  2 系统硬件设计

  2.1 总体框架

  采用的嵌入式微处理器LPC2210是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI—S CPU的微控制器。功耗极低,具有多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出以及多达9个外部中断,特别适用于工业控制、医疗系统;由于内置了宽范围的串行通信接口,也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软Modem以及其他类型的应用。

  该嵌入式Web智能温度传感器系统设计的总体框架如图1所示。

嵌入式Web智能温度传感器系统设计的总体框架

  2.2 电源模块

  LPC2200系列ARM7微控制器均要使用2组电源,I/O口供电电源为3.3 V,内核及片内外设供电电源为1.8 V应用系统。如图2所示,首先由CZl电源接口输入9 V直流电源,二极管D1防止电源反接,经过C1和C2两个电容进行滤波;然后,通过LM7805将电源稳压至5 V,再使用LDO芯片(低压差电源芯片)稳压输出3.3 V及1.8 V电压。

电源模块

  2.3 温度传感器

  温度传感器采用单线数字温度传感器DS18B20,该传感器是Maxim公司生产的、属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。测温范围较广,为一55~+125℃,固有测温分辨率为O.5℃。其支持“一线总线”接口,即从DS18B20读出信息或向DS18B20写入信息仅需要一根口线(单线接口)。温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。DS18B20集温度测量、A/D转换于一体,可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式,具有体积小、接口方便、传输距离远等特点。

  DS18B20与微处理器LPC2210的连接图如图3所示。注意,应加入一个阻值为5.1 kΩ的上拉电阻。

DS18820与微处理器LPC2210的连接图

  2.4 网络接口

  网络接口采用的是目前比较常用的lO Mbps嵌入式以太网控制芯片RTL8019。它是一种高度集成的以太网控制芯片,内部集成了DMA控制器、ISA总线控制器、16 KB SRAM和网络PHY收发器。用户可以通过DMA方式把需要发送的数据写入片内SRAM中,让芯片自动将数据发送出去;而芯片在接收到数据后,用户也可以通过DMA方式将其读出。

  RTL8019AS与LPC2210一般通过外部总线进行连接,其连接关系如表1所列。

RTL8019AS与LPC2210的连接关系

  由表1可知,RTL8019AS使用LPC2210外部存储控制的Bank2部分,而RTL8019AS的I/O地址为0x00300~Ox0031F,所以RTL8019AS在SA8=l、SA5=O时选通,其数据地址为0x83400000~Ox83400001F。

  NET_RST为LPC2210输出引脚,RTL8019AS中断信号为中断输入信号,且为外部中断。RTL8019AS的SDO~SDl5串了一个470 Ω电阻连接到LPC2210的D0~D15。此外,该系统还加入了LCM接口,可以直接支持SMG240128A点阵图形液晶模块,便于通过液晶实时显示传感器所接收的温度。

  3 系统软件分析

  3.1 总体设计

  系统开发采用的是ARM公司的ADS1.2作为开发编译环境。移植了μC/OS—II操作系统,主要采用C语言编写。将μC/OS—II移植到ARM处理器上,需要修改3个与ARM体系结构相关的文件:OS_CPU.H、0S_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C。具体移植请参考相关书籍。

  程序首先调用OSinit()初始化μC/OS—II,完成对操作系统内部一些变量、数据结构和宏定义的初始化。在开始多任务之前,还需建立一个名为Task0()的任务,这一点是非常重要的,否则用户的应用程序就会崩溃。主任务中首先调用TargeTInit()函数将目标板初始化,模板中包含这个初始化函数,它完成对板上硬件的一些初始化工作。之后启动多任务环境,创建3个任务来实现系统最终的目标。这3个任务包括:传感器对温度的采集和处理;温度比较与液晶显示;建立Web服务器。下面对设计过程中比较关键问题进行详细的阐述。

  3.2 软件设计中的关键技术问题

  3.2.1 传感器的温度采集

  在对传感器数据采集的软件编程中,采用的是单线总线协议。通过单线总线访问DSl8820的协议包括:初始化DSl8820、ROM操作命令、存储器操作命令和读数据/处理数据。

  根据DSl8820的初始化时序、写时序和读时序,分别编写3个子程序:Init_DSl8820为初始化子程序;WriteOneChar为写(命令或数据)子程序;ReadOneChar为读数据子程序。所有的数据读/写均由最低位开始。

  该系统的读字节子程序的流程如图4所示。

系统的读字节子程序的流程

  温度传感器采集的关键任务程序代码如下:

程序

程序

[1] [2]

关键字:网络化智能传感器  LPC2210  DS18B20  RTL8019AS

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2010/0803/article_3229.html
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