基于ARM7和LM35的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為了提高測量溫度的實時性及準確性，采用了基于ARM7的溫度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器LM35的測溫部分、S3C44BOX內(nèi)置的A／D轉(zhuǎn)換部分等，并用Protel設(shè)計此系統(tǒng)的電路，完成軟件設(shè)計，對實驗結(jié)果進行了分析比較。結(jié)果表明，此系統(tǒng)具有較強的實用性及拓展性。
關(guān)鍵詞：ARM；嵌入式系統(tǒng)；LM35；溫度采集

0 引言
    目前廣泛應(yīng)用的溫度采集設(shè)備，其溫控系統(tǒng)的內(nèi)部芯片普遍采用單片機，其缺點是采集終端硬件功能簡單、芯片性能低、軟件設(shè)計復(fù)雜、任務(wù)調(diào)度麻煩、系統(tǒng)升級困難等。隨著當(dāng)今社會科技的發(fā)展，人們對溫度采集系統(tǒng)也有了越來越高的要求，具體體現(xiàn)在系統(tǒng)的實時性、精度、軟件設(shè)計、升級等方面。由于嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展，本文設(shè)計了一種基于ARM7的溫度采系統(tǒng)，其具有采集精度高，軟件設(shè)計簡單，軟硬件功能修改方便、升級便利等優(yōu)點，有效地解決了過去采用單片機作為內(nèi)部芯片中的問題。該系統(tǒng)可用于溫室、倉庫等需要實時監(jiān)控溫度的場所，為人們的生活生產(chǎn)提供了便利的可靠的解決方案。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
1．1 系統(tǒng)總體設(shè)計
    該設(shè)計采用了Samsung公司所生產(chǎn)的S3C44B0X硬件平臺，配置嵌入式μCLinux操作系統(tǒng)。通過LM35溫度傳感器把溫度物理量轉(zhuǎn)換成模擬物理量的電流信號，同時放大信號，然后采用運算放大器把輸入的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)濾波器濾波送給A／D轉(zhuǎn)換器進行A／D轉(zhuǎn)換(采用S3CB4480本身集成的8路10位A／D轉(zhuǎn)換器)，轉(zhuǎn)換結(jié)果處理后在LED(發(fā)光二極管)上顯示。設(shè)計要求精確到0．1 ℃，反應(yīng)時間應(yīng)在1 s以內(nèi)，總體設(shè)計如圖1所示。

1．2 溫度傳感器LM35
    該系統(tǒng)說采用的溫度傳感器是用National Semiconductor所生產(chǎn)的LM35，其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換公式如式(1)。0℃時輸出為0 V，每升高1 ℃，輸出電壓增加10 mV。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到±1／4℃的準確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負雙電源2種，其接腳如圖2，圖3所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測，單電源模式在25 ℃下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4～20 V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電?？梢蕴峁?plusmn;1／4℃的室溫常用精度。
    Vout_LM35(T)=10×T (1)

    接下來實際對LM35進行測試，測試使用單電源模式，并且將輸出已非反相放大器放大10倍，以10 Hz的頻率記錄放大后的電壓值，得到如圖4的溫度時間圖。
1．3 A／D轉(zhuǎn)換模塊
    本系統(tǒng)選用的S3C4480X自帶的A／D轉(zhuǎn)換器為逐次逼近型8路模擬輸入的10位ADC。該ADC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括模擬AMXU(輸入多路復(fù)用器)、CO MP(自動調(diào)零比較器)、PSR(時鐘產(chǎn)生器)、10位逐次逼近寄存器SAP，ADCDART(輸入寄存器)。S3C44B0X內(nèi)部ADC的特征如表1所示。

    S3C44B0X的內(nèi)部ADC的功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。

    相關(guān)寄存器：
    (1)ADCCON(采樣控制寄存器)的位定義如表2所示。
    (2)ADCDAT(轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器)的位定義如表3所示。

    該寄存器的10位表示轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，全為1時為滿量程2．5 V。
    (3)ADCPSR(轉(zhuǎn)換預(yù)分頻寄存器)的位定義如表4所示。
    若系統(tǒng)當(dāng)前的時鐘頻率為X MHz，ADC預(yù)分頻為Y，N位數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時間為(X／2×(Y+1))／T。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
2．1 軟件環(huán)境
    (1)ARM ADS(ARM Developer Suite)是ARM公司推出的新一代ARM集成開發(fā)工具，支持軟件調(diào)試及JTAG硬件仿真調(diào)試，支持匯編、C、C++源程序，具有編譯效率高、系統(tǒng)庫功能強等特點，可在WindowsXP，Windows ME以及Redhat Linux上運行。ADS由命令行開發(fā)工具、ARM時實庫、GUI開發(fā)環(huán)境(CodeWarrior和AXD)、實用程序和支持軟件等組成，用戶可以為ARM系列的RISC處理器編寫和調(diào)試開發(fā)的應(yīng)用程序。
    (2)Code Warrior for ARM是一套完整的集成開發(fā)工具，充分發(fā)揮了ARM RISC的優(yōu)勢，它可以加速并簡化嵌入式開發(fā)過程中的每一個環(huán)節(jié)，使得開發(fā)人員只需要通過一個集成軟件就可以研制出ARM產(chǎn)品。在整個開發(fā)過程中，開發(fā)人員無需離開Code Warrior開發(fā)環(huán)境，使得開發(fā)人員有更多的精力投入到代碼的編寫上來。
    (3)ADS調(diào)試器本身是一個軟件，用戶可以通過這個軟件使用Debug agent對包含有調(diào)試信息的、正在運行的可執(zhí)行代碼進行查看、斷點的控制等調(diào)試操作。
    ADS包含有3個調(diào)試器：AXD是ARM擴展調(diào)試器；Armsd是ARM符號調(diào)試器；ADW／ADU是與老版本的Windows或Unix下的ARM調(diào)試工具。
2．2 軟件流程與設(shè)計
2．2．1 A／D轉(zhuǎn)換
    A／D轉(zhuǎn)換流程如圖6所示。

    采用以下語句對ADC相關(guān)寄存器進行初始化：
   
2．2．2 溫度采集部分主要程序
   
2．3 實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析
    用Protel設(shè)計此系統(tǒng)的電路，并完成軟件設(shè)計，做出電路板，將LM35傳感器置于室溫狀態(tài)下，測試溫度在超級終端下顯示并用0．01℃用溫度計所測試的溫度進行比較，如表5所示。

    從數(shù)據(jù)的結(jié)果來看，符合所要達到的設(shè)計要求，其精度為0．1℃，隨著溫度的改變，本系統(tǒng)的顯示結(jié)果也會相應(yīng)的改變，用秒表測量此結(jié)果變化均在1s以內(nèi)，證明了此系統(tǒng)的實時性比較好。

4 結(jié)語
    從實驗結(jié)果來看，用LM35傳感器與S3CCB0X構(gòu)建的溫度測試系統(tǒng)，具有測溫準確、實時性好、抗干擾能力強、設(shè)計簡單等優(yōu)點。此系統(tǒng)還可拓展其他功能，例如：可以采用Nand FLASH和UART分別存儲和傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期存儲和通信傳輸。