基于ARM的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)

1西 華 師 范 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于 ARM 的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)年 級(jí): 2008 級(jí) 學(xué) 號(hào):200813240511姓 名: 李 林 專(zhuān) 業(yè): 通信工程 指導(dǎo)老師: 趙海軍 二零壹貳年四月2目 錄1 前 言 .42 監(jiān)控系統(tǒng)主要元器件介紹 .52.1 基于 CORTEX-A8 的 FS_S5PC100 的開(kāi)發(fā)板 .52.2 LM75 溫度傳感器 .62.2.1 LM75 功能特性 .72.2.2 LM75 引腳配置 .72.2.3 LM75 在本開(kāi)發(fā)平臺(tái)的電路原理圖 .82.3 WISMO218 模塊芯片 .82.3.1WISMO218 模塊特性 .92.3.2 AT 指令介紹 .92.3.3 AT 指令的基本用法 .92.3.4 AT 指令的常用命令 .102.4 PWM 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 .112.4.1 PWM 概述 .112.4.2 蜂鳴器概述 .112.4.3 PWM 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 .122.4.4 PWM 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器在本開(kāi)發(fā)平臺(tái)的電路原理圖 .123 監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)模塊功能實(shí)現(xiàn) .133.1 PWM 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 .133.1.1 蜂鳴器硬件原理圖 .133.1.2 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) .1333.1.3 蜂鳴器應(yīng)用程序設(shè)計(jì) .153.2 LED 報(bào)警燈 .153.2.1 LED 報(bào)警燈的原理圖如圖 9 所示 .153.2.2 LED 報(bào)警燈驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) .163.2.3 蜂鳴器應(yīng)用程序設(shè)計(jì) .173.3 GSM 通信模塊 .173.3.1GSM 通信模塊設(shè)計(jì)流程圖 .183.3.2 串口的初始化及讀寫(xiě) .183.3.3GPRS 模塊初始化 .193.3.4 短信的發(fā)送 .193.3.5 經(jīng)過(guò)封裝后向外部提供的函數(shù)接口 .203.4 LM75 溫度傳感模塊 .203.4.1 LM75 溫度傳感模塊介紹 .203.4.2LM75 溫度傳感模塊硬件原理圖 .213.4.3 LM75 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) .213.4.4LM75 運(yùn)用程序接口設(shè)計(jì) .224 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .234.1 主程序 .235 結(jié) 論 .25參考文獻(xiàn) .25致 謝 .264基于 ARM 的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)（西華師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 2008 級(jí) 5 班 李林）【摘 要】本文所介紹的是一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了時(shí)下流行的嵌入式技術(shù)，即采用三星公司的 S5PC100 的平臺(tái)和 linux 2.6.35 內(nèi)核。該系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器LM75 實(shí)時(shí)采集當(dāng)前環(huán)境溫度，一旦溫度超過(guò)用戶(hù)設(shè)定的極限值，便啟動(dòng)由 LED 燈和蜂鳴器組成的聲光報(bào)警系統(tǒng)，并通過(guò) GSM 模塊發(fā)出短信通知相應(yīng)人員。該系統(tǒng)測(cè)量精確度為 0.5，測(cè)量范圍是-55 125。用戶(hù)可以根據(jù)需求自定義報(bào)警溫度上下限，該系統(tǒng)精確度高、測(cè)溫范圍廣、報(bào)警及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛的運(yùn)用到實(shí)際的溫度監(jiān)控環(huán)境中。【關(guān)鍵詞】嵌入式；linux；LM75；GSM；S5PC100Real-Time Temperature Monitoring System Based on Arm(China West Normal University Computer College Grade 2008 Class 5 Li Lin)【Abstract】Described in this article is a temperature monitoring system, which uses the popular embedded technology, the Samsung S5PC100 platform and the the linux 2.6.35 kernel. Real-time acquisition system through the temperature sensor LM75 current ambient temperature, once the temperature exceeds the limits set by the user will start by the LED light and buzzer sound and light alarm system, and through the GSM module to send messages to notify the appropriate personnel. The measurement accuracy to 0.5 measurement range is -55 125 . According to the needs of self-defined alarm temperature lower limit of the system is high accuracy, wide temperature range, the alarm in a timely manner. Can be widely applied to the actual temperature monitoring environment.【Keywords】Embedded ; Linux; LM75; GSM; S5PC1001 前 言 溫度是環(huán)境的一種最基本的參數(shù)，對(duì)我們?nèi)祟?lèi)而言，這不僅僅是一個(gè)物理參數(shù)的反映，而是與我們的生活息息相關(guān)。不論是工業(yè)生產(chǎn)中需要實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度的變化，還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)對(duì)溫度的測(cè)量。隨著這些需要的不斷提高，我們的先輩發(fā)明溫度傳感器。溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā)，應(yīng)用最廣的一類(lèi)傳感器。從 17 世紀(jì)初伽利5略發(fā)明溫度計(jì)開(kāi)始，人們開(kāi)始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。真正把溫度變成電信號(hào)的傳感器是 1821 年由德國(guó)物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來(lái)的熱電偶傳感器。溫度監(jiān)控是生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，尤其在環(huán)境及其惡劣和復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，溫度監(jiān)控更是起著不可替代的作用。因此，研究溫度測(cè)量的方法和裝置具有重要的意義。而測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器。通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境的實(shí)時(shí)溫度，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作，已達(dá)到我們的需求。本系統(tǒng)的溫度測(cè)量端采用 National semiconductor 公司的 lm75 芯片，該芯片是一種含 9 位 ADC、溫度分辨率為 0.5的數(shù)字溫度傳感器，測(cè)量范圍是-55 125。它提供兩條支持 I2C 總線協(xié)議的接口來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，并具備自校準(zhǔn)功能。上位機(jī)可以隨時(shí)要求 lm75 讀取溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的溫度時(shí)，芯片系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)輸出一個(gè)超溫報(bào)警信號(hào)。對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。該系統(tǒng)具有讀取數(shù)據(jù)方便、測(cè)溫范圍廣、測(cè)溫準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。該溫度監(jiān)控系統(tǒng)由四個(gè)基本組件組成，分別由 lm75 溫度傳感器、LED 燈、蜂鳴器、 GSM 模塊組成，其中由 LED 燈、蜂鳴器組成聲光報(bào)警系統(tǒng)。該溫度監(jiān)控系統(tǒng)由 lm75 溫度傳感器實(shí)時(shí)采集當(dāng)前環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)用戶(hù)設(shè)定的溫度值時(shí)，將觸發(fā)聲光報(bào)警系統(tǒng)，使 LED 燈閃爍、蜂鳴器發(fā)出警告，并有 GSM 發(fā)出短信通知用戶(hù)。2 監(jiān)控系統(tǒng)主要元器件介紹 2.1 基于 Cortex-A8 的 FS_S5PC100 的開(kāi)發(fā)板 FS_S5PC100 開(kāi)發(fā)平臺(tái)用三星公司先進(jìn)的基于 Cortex-A8 內(nèi)核的 S5PC100 處理器設(shè)計(jì)而成。S5PC100 處理器采用了 64/32 位的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，最大 833M 赫茲的運(yùn)算速度。包括強(qiáng)大的硬件加速器，如：動(dòng)態(tài)視頻處理，顯示控制和縮放。支持多種格式的硬件編解碼如 MPEF-1/2/4、H263/H264 等。其視頻解碼能力很強(qiáng)大并且省電， 編解碼能力達(dá)到 1280x720 ，支持電視輸出（NTSC/PAL/HDMI） 。支持 2D/3D 加速。本處理器廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦等產(chǎn)品。2.1.1 FS_S5PC100 開(kāi)發(fā)板FS_S5PC100 擁有豐富的硬件資源，開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖如圖 1 所示。存儲(chǔ)器：256M Byte 的 NAND Flash，256M Byte 的 DDR2 內(nèi)存，62M 的 NorFlash；顯示輸出接口：LCD 接口、VGA 接口、TVout 接口、HDMI 接口；視頻輸入接口：Camera 接口；串口：2 路 5 線串口、1 路 3 線串口；紅外通訊接口：1 路紅外收發(fā)；存儲(chǔ)卡接口：SD 卡接口；SPI：SPI 的 E2PROM （用于 SPI 實(shí)驗(yàn)）；I2C：I2C 的溫度傳感器（用于 I2C 實(shí)驗(yàn)）；A/D: 變阻器（用于 A/D 實(shí)驗(yàn)）；USB：USB2.0-OTG 接口、 4 路 USB Host 接口；PWM：蜂鳴器（用于 PWM 實(shí)驗(yàn)）；網(wǎng)絡(luò)接口：DM9000AE 以太網(wǎng)控制器，實(shí)現(xiàn) 10M/100M 自適應(yīng)以太網(wǎng) 通信；外擴(kuò)接口：藍(lán)牙、wifi 等；音頻接口：WM9714；圖 1 FS_S5PC100 開(kāi)發(fā)板2.2 LM75 溫度傳感器LM75 溫度傳感器包含一個(gè) - 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)數(shù)字過(guò)熱檢測(cè)器。主機(jī)可通過(guò)器件的 I2C 接口隨時(shí)查詢(xún) LM75，讀取溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)溫度超過(guò)7可編程溫度門(mén)限時(shí)，漏極開(kāi)路過(guò)熱報(bào)警輸出（OS）將吸入電流。OS 輸出具有 2 種工作模式：比較器模式或中斷模式。主機(jī)控制報(bào)警觸發(fā)門(mén)限（TOS）和滯回溫度（THYST），溫度低于滯回門(mén)限時(shí)解除報(bào)警條件。另外，主機(jī)還可以讀取 LM75 的 Tos 和 THYST 寄存器。 LM75 的地址有三個(gè)引腳設(shè)置，允許多個(gè)器件工作在同一個(gè)總線。器件上電時(shí)進(jìn)入比較器模式，默認(rèn)條件下 Tos = +80oC 且 THYST= +75 攝氏度。3.0V 至 5.5V 供電電壓范圍、低電源電流以及 I2C 接口使得 LM75 成為需要熱管理和保護(hù)應(yīng)用的理想選擇。2.2.1 LM75 功能特性LM75 芯片如圖 2 所示。 SO(SOP)和 uMAX(uSOP)封裝； I2C 總線接口； 獨(dú)立的漏極開(kāi)路 OS 輸出作為中斷或比較器、溫度調(diào)節(jié)器輸入； 寄存器回讀功能； 上電默認(rèn)狀態(tài)允許獨(dú)立工作在溫度調(diào)節(jié)狀態(tài)； 3.0V 至 5.5V 供電電壓； 較低的工作電流：250uA(典型值)、1mA（最大值）； 4uA（典型值）關(guān)斷模式有效降低功耗； 同一總線可最多掛接 8 個(gè) LM75； 引腳和寄存器兼容 Maxim 升級(jí)版?zhèn)鞲衅?，例如：MAX7500、MAX6625。圖 2 LM75 芯片2.2.2 LM75 引腳配置LM75 引腳配置如圖 3 所示。8圖 3 LM75 引腳配置2.2.3 LM75 在本開(kāi)發(fā)平臺(tái)的電路原理圖LM75 在本開(kāi)發(fā)平臺(tái)的電路原理圖如圖 4 所示。圖 4 LM75 在開(kāi)發(fā)板的原理圖2.3 WISMO218 模塊芯片WISMO218 模塊芯片如圖 5 所示。圖 5 WISMO218模塊芯片92.3.1WISMO218 模塊特性 WISMO 218 GSM / GPRS 無(wú)線通訊模塊。它具有體積小，易用性強(qiáng)，品質(zhì)優(yōu)良等特性。以極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，推向 M2M 行業(yè)。 頻段:GSM900/1800MHz, CSD, SMS, FAX, GPRS class10,順從 3GPP. 信號(hào)靈敏度: -108dbm . 全球認(rèn)證: CE, GCF, China RTE, R&TTE,FCC, PTCRB, AT&T. 語(yǔ)音編碼: HR, FR, EFR, AMR 溫度范圍: -30 - 75 度 工作電壓: 3.2 - 4.8V 功耗: 36uA(off) / 1.6mA(Idle) / 205mA(connected) 硬件接口: 46PIN 郵票口封裝, 1 個(gè)語(yǔ)音, 1 個(gè) SPI, 1 個(gè) ADC, 1 個(gè) RTC, 1 個(gè) BUZZER,1 個(gè)串口, 3 個(gè) GPIO, 3 個(gè) PWM . SIM 卡接口: 1.8 和 3V 尺寸: 25x25x2.8mm2.3.2 AT 指令介紹AT 即 Attention,AT 指令一般應(yīng)用于終端設(shè)備與 PC 應(yīng)用之間的連接與通信。AT 指令集是從終端設(shè)備（Terminal Equipment，TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal Equipment，DTE) 向終端適配器 (Terminal Adapter，TA)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(Data Circuit Terminal Equipment，DCE) 發(fā)送。其對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小有定義：即對(duì)于 AT 指令的發(fā)送，除 AT 兩個(gè)字符外，最多可以接收 1056 個(gè)字符的長(zhǎng)度（包括最后的空字符）。每個(gè) AT 命令行中只能包含一條 AT 指令；對(duì)于由終端設(shè)備主動(dòng)向 PC 端報(bào)告的 URC 指示或者 response 響應(yīng)，也要求一行最多有一個(gè)，不允許上報(bào)的一行中有多條指示或者響應(yīng)。AT 指令以回車(chē)作為結(jié)尾，響應(yīng)或上報(bào)以回車(chē)換行為結(jié)尾。2.3.3 AT 指令的基本用法AT 指令是以 AT 作首， 字符結(jié)束的字符串，AT 指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在 中。每個(gè)指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。其他的一些非預(yù)期的信息(如有人撥號(hào)進(jìn)來(lái)、線路無(wú)信號(hào)等)，模塊將有對(duì)應(yīng)的一些信息提示，接收端可做相應(yīng)的處理。大概分為測(cè)試指令、讀取指令和執(zhí)行指令。1）測(cè)試命令(Test Command)在 AT 指令后面加上“=?”即構(gòu)成測(cè)試命令。例10如“AT+CSCS=?”會(huì)列舉出所有支