基于ARM7和LM35的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了提高測(cè)量溫度的實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性，采用了基于ARM7的溫度測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器LM35的測(cè)溫部分、S3C44BOX內(nèi)置的A／D轉(zhuǎn)換部分等，并用Protel設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的電路，完成軟件設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析比較。結(jié)果表明，此系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)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(jī)，其缺點(diǎn)是采集終端硬件功能簡(jiǎn)單、芯片性能低、軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜、任務(wù)調(diào)度麻煩、系統(tǒng)升級(jí)困難等。隨著當(dāng)今社會(huì)科技的發(fā)展，人們對(duì)溫度采集系統(tǒng)也有了越來(lái)越高的要求，具體體現(xiàn)在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、精度、軟件設(shè)計(jì)、升級(jí)等方面。由于嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展，本文設(shè)計(jì)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(jì)簡(jiǎn)單，軟硬件功能修改方便、升級(jí)便利等優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了過(guò)去采用單片機(jī)作為內(nèi)部芯片中的問(wèn)題。該系統(tǒng)可用于溫室、倉(cāng)庫(kù)等需要實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度的場(chǎng)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(jì)
    該設(shè)計(jì)采用了Samsung公司所生產(chǎn)的S3C44B0X硬件平臺(tái)，配置嵌入式μCLinux操作系統(tǒng)。通過(guò)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(hào)，同時(shí)放大信號(hào)，然后采用運(yùn)算放大器把輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)濾波器濾波送給A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(jì)要求精確到0．1 ℃，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)在1 s以內(nèi)，總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

1．2 溫度傳感器LM35
    該系統(tǒng)說(shuō)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(shí)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(zhǔn)處理即可達(dá)到±1／4℃的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源2種，其接腳如圖2，圖3所示，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測(cè)，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。可以提供±1／4℃的室溫常用精度。
    Vout_LM35(T)=10×T (1)

    接下來(lái)實(shí)際對(duì)LM35進(jìn)行測(cè)試，測(cè)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(shí)間圖。[!--empirenews.page--]
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(dòng)調(diào)零比較器)、PSR(時(shí)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(shí)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(shí)鐘頻率為X MHz，ADC預(yù)分頻為Y，N位數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時(shí)間為(X／2×(Y+1))／T。
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2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
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(kāi)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(kù)功能強(qiáng)等特點(diǎn)，可在WindowsXP，Windows ME以及Redhat Linux上運(yùn)行。ADS由命令行開(kāi)發(fā)工具、ARM時(shí)實(shí)庫(kù)、GUI開(kāi)發(fā)環(huán)境(CodeWarrior和AXD)、實(shí)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(xiě)和調(diào)試開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序。
    (2)Code Warrior for ARM是一套完整的集成開(kāi)發(fā)工具，充分發(fā)揮了ARM RISC的優(yōu)勢(shì)，它可以加速并簡(jiǎn)化嵌入式開(kāi)發(fā)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，使得開(kāi)發(fā)人員只需要通過(guò)一個(gè)集成軟件就可以研制出ARM產(chǎn)品。在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員無(wú)需離開(kāi)Code Warrior開(kāi)發(fā)環(huán)境，使得開(kāi)發(fā)人員有更多的精力投入到代碼的編寫(xiě)上來(lái)。
    (3)ADS調(diào)試器本身是一個(gè)軟件，用戶可以通過(guò)這個(gè)軟件使用Debug agent對(duì)包含有調(diào)試信息的、正在運(yùn)行的可執(zhí)行代碼進(jìn)行查看、斷點(diǎn)的控制等調(diào)試操作。
    ADS包含有3個(gè)調(diào)試器：AXD是ARM擴(kuò)展調(diào)試器；Armsd是ARM符號(hào)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(jì)
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(yǔ)句對(duì)ADC相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化：
   
2．2．2 溫度采集部分主要程序
   
2．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析
    用Protel設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的電路，并完成軟件設(shè)計(jì)，做出電路板，將LM35傳感器置于室溫狀態(tài)下，測(cè)試溫度在超級(jí)終端下顯示并用0．01℃用溫度計(jì)所測(cè)試的溫度進(jìn)行比較，如表5所示。

    從數(shù)據(jù)的結(jié)果來(lái)看，符合所要達(dá)到的設(shè)計(jì)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(huì)相應(yīng)的改變，用秒表測(cè)量此結(jié)果變化均在1s以內(nèi)，證明了此系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性比較好。

4 結(jié)語(yǔ)
    從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，用LM35傳感器與S3CCB0X構(gòu)建的溫度測(cè)試系統(tǒng)，具有測(cè)溫準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。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(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和通信傳輸。