基于ARM的实时温度监控系统

1西 华 师 范 大 学毕业设计（论文）基于 ARM 的实时温度监控系统年 级: 2008 级 学 号:200813240511姓 名: 李 林 专 业: 通信工程 指导老师: 赵海军 二零壹贰年四月2目 录1 前 言 .42 监控系统主要元器件介绍 .52.1 基于 CORTEX-A8 的 FS_S5PC100 的开发板 .52.2 LM75 温度传感器 .62.2.1 LM75 功能特性 .72.2.2 LM75 引脚配置 .72.2.3 LM75 在本开发平台的电路原理图 .82.3 WISMO218 模块芯片 .82.3.1WISMO218 模块特性 .92.3.2 AT 指令介绍 .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 驱动蜂鸣器 .112.4.1 PWM 概述 .112.4.2 蜂鸣器概述 .112.4.3 PWM 驱动蜂鸣器 .122.4.4 PWM 驱动蜂鸣器在本开发平台的电路原理图 .123 监控系统各个模块功能实现 .133.1 PWM 驱动蜂鸣器 .133.1.1 蜂鸣器硬件原理图 .133.1.2 蜂鸣器驱动程序设计 .1333.1.3 蜂鸣器应用程序设计 .153.2 LED 报警灯 .153.2.1 LED 报警灯的原理图如图 9 所示 .153.2.2 LED 报警灯驱动程序设计 .163.2.3 蜂鸣器应用程序设计 .173.3 GSM 通信模块 .173.3.1GSM 通信模块设计流程图 .183.3.2 串口的初始化及读写 .183.3.3GPRS 模块初始化 .193.3.4 短信的发送 .193.3.5 经过封装后向外部提供的函数接口 .203.4 LM75 温度传感模块 .203.4.1 LM75 温度传感模块介绍 .203.4.2LM75 温度传感模块硬件原理图 .213.4.3 LM75 驱动程序设计 .213.4.4LM75 运用程序接口设计 .224 控制系统软件设计 .234.1 主程序 .235 结 论 .25参考文献 .25致 谢 .264基于 ARM 的实时温度监控系统（西华师范大学计算机学院 2008 级 5 班 李林）【摘 要】本文所介绍的是一种温度监控系统，该系统采用了时下流行的嵌入式技术，即采用三星公司的 S5PC100 的平台和 linux 2.6.35 内核。该系统通过温度传感器LM75 实时采集当前环境温度，一旦温度超过用户设定的极限值，便启动由 LED 灯和蜂鸣器组成的声光报警系统，并通过 GSM 模块发出短信通知相应人员。该系统测量精确度为 0.5，测量范围是-55 125。用户可以根据需求自定义报警温度上下限，该系统精确度高、测温范围广、报警及时等优点。可广泛的运用到实际的温度监控环境中。【关键词】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 温度是环境的一种最基本的参数，对我们人类而言，这不仅仅是一个物理参数的反映，而是与我们的生活息息相关。不论是工业生产中需要实时监控温度的变化，还是农业生产中也离不开对温度的测量。随着这些需要的不断提高，我们的先辈发明温度传感器。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。从 17 世纪初伽利5略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是 1821 年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。温度监控是生产中的一个重要环节，尤其在环境及其恶劣和复杂的工业现场，温度监控更是起着不可替代的作用。因此，研究温度测量的方法和装置具有重要的意义。而测量温度的关键是温度传感器。通过温度传感器实时采集环境的实时温度，对采集到的数据进行处理，发出相应的动作，已达到我们的需求。本系统的温度测量端采用 National semiconductor 公司的 lm75 芯片，该芯片是一种含 9 位 ADC、温度分辨率为 0.5的数字温度传感器，测量范围是-55 125。它提供两条支持 I2C 总线协议的接口来监测温度，并具备自校准功能。上位机可以随时要求 lm75 读取温度，当温度超过设定的温度时，芯片系统会自动输出一个超温报警信号。对环境温度进行数据的采集和存储。该系统具有读取数据方便、测温范围广、测温准确等优点。该温度监控系统由四个基本组件组成，分别由 lm75 温度传感器、LED 灯、蜂鸣器、 GSM 模块组成，其中由 LED 灯、蜂鸣器组成声光报警系统。该温度监控系统由 lm75 温度传感器实时采集当前环境温度，当环境温度超过用户设定的温度值时，将触发声光报警系统，使 LED 灯闪烁、蜂鸣器发出警告，并有 GSM 发出短信通知用户。2 监控系统主要元器件介绍 2.1 基于 Cortex-A8 的 FS_S5PC100 的开发板 FS_S5PC100 开发平台用三星公司先进的基于 Cortex-A8 内核的 S5PC100 处理器设计而成。S5PC100 处理器采用了 64/32 位的内部总线结构，最大 833M 赫兹的运算速度。包括强大的硬件加速器，如：动态视频处理，显示控制和缩放。支持多种格式的硬件编解码如 MPEF-1/2/4、H263/H264 等。其视频解码能力很强大并且省电， 编解码能力达到 1280x720 ，支持电视输出（NTSC/PAL/HDMI） 。支持 2D/3D 加速。本处理器广泛应用于智能手机、平板电脑等产品。2.1.1 FS_S5PC100 开发板FS_S5PC100 拥有丰富的硬件资源，开发板实物图如图 1 所示。存储器：256M Byte 的 NAND Flash，256M Byte 的 DDR2 内存，62M 的 NorFlash；显示输出接口：LCD 接口、VGA 接口、TVout 接口、HDMI 接口；视频输入接口：Camera 接口；串口：2 路 5 线串口、1 路 3 线串口；红外通讯接口：1 路红外收发；存储卡接口：SD 卡接口；SPI：SPI 的 E2PROM （用于 SPI 实验）；I2C：I2C 的温度传感器（用于 I2C 实验）；A/D: 变阻器（用于 A/D 实验）；USB：USB2.0-OTG 接口、 4 路 USB Host 接口；PWM：蜂鸣器（用于 PWM 实验）；网络接口：DM9000AE 以太网控制器，实现 10M/100M 自适应以太网 通信；外扩接口：蓝牙、wifi 等；音频接口：WM9714；图 1 FS_S5PC100 开发板2.2 LM75 温度传感器LM75 温度传感器包含一个 - 模/数转换器和一个数字过热检测器。主机可通过器件的 I2C 接口随时查询 LM75，读取温度数据。当温度超过7可编程温度门限时，漏极开路过热报警输出（OS）将吸入电流。OS 输出具有 2 种工作模式：比较器模式或中断模式。主机控制报警触发门限（TOS）和滞回温度（THYST），温度低于滞回门限时解除报警条件。另外，主机还可以读取 LM75 的 Tos 和 THYST 寄存器。 LM75 的地址有三个引脚设置，允许多个器件工作在同一个总线。器件上电时进入比较器模式，默认条件下 Tos = +80oC 且 THYST= +75 摄氏度。3.0V 至 5.5V 供电电压范围、低电源电流以及 I2C 接口使得 LM75 成为需要热管理和保护应用的理想选择。2.2.1 LM75 功能特性LM75 芯片如图 2 所示。 SO(SOP)和 uMAX(uSOP)封装； I2C 总线接口； 独立的漏极开路 OS 输出作为中断或比较器、温度调节器输入； 寄存器回读功能； 上电默认状态允许独立工作在温度调节状态； 3.0V 至 5.5V 供电电压； 较低的工作电流：250uA(典型值)、1mA（最大值）； 4uA（典型值）关断模式有效降低功耗； 同一总线可最多挂接 8 个 LM75； 引脚和寄存器兼容 Maxim 升级版传感器，例如：MAX7500、MAX6625。图 2 LM75 芯片2.2.2 LM75 引脚配置LM75 引脚配置如图 3 所示。8图 3 LM75 引脚配置2.2.3 LM75 在本开发平台的电路原理图LM75 在本开发平台的电路原理图如图 4 所示。图 4 LM75 在开发板的原理图2.3 WISMO218 模块芯片WISMO218 模块芯片如图 5 所示。图 5 WISMO218模块芯片92.3.1WISMO218 模块特性 WISMO 218 GSM / GPRS 无线通讯模块。它具有体积小，易用性强，品质优良等特性。以极具竞争力的价格，推向 M2M 行业。 频段:GSM900/1800MHz, CSD, SMS, FAX, GPRS class10,顺从 3GPP. 信号灵敏度: -108dbm . 全球认证: CE, GCF, China RTE, R&TTE,FCC, PTCRB, AT&T. 语音编码: HR, FR, EFR, AMR 温度范围: -30 - 75 度 工作电压: 3.2 - 4.8V 功耗: 36uA(off) / 1.6mA(Idle) / 205mA(connected) 硬件接口: 46PIN 邮票口封装, 1 个语音, 1 个 SPI, 1 个 ADC, 1 个 RTC, 1 个 BUZZER,1 个串口, 3 个 GPIO, 3 个 PWM . SIM 卡接口: 1.8 和 3V 尺寸: 25x25x2.8mm2.3.2 AT 指令介绍AT 即 Attention,AT 指令一般应用于终端设备与 PC 应用之间的连接与通信。AT 指令集是从终端设备（Terminal Equipment，TE)或数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE) 向终端适配器 (Terminal Adapter，TA)或数据电路终端设备(Data Circuit Terminal Equipment，DCE) 发送。其对所传输的数据包大小有定义：即对于 AT 指令的发送，除 AT 两个字符外，最多可以接收 1056 个字符的长度（包括最后的空字符）。每个 AT 命令行中只能包含一条 AT 指令；对于由终端设备主动向 PC 端报告的 URC 指示或者 response 响应，也要求一行最多有一个，不允许上报的一行中有多条指示或者响应。AT 指令以回车作为结尾，响应或上报以回车换行为结尾。2.3.3 AT 指令的基本用法AT 指令是以 AT 作首， 字符结束的字符串，AT 指令的响应数据包在 中。每个指令执行成功与否都有相应的返回。其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等)，模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。大概分为测试指令、读取指令和执行指令。1）测试命令(Test Command)在 AT 指令后面加上“=?”即构成测试命令。例10如“AT+CSCS=?”会列举出所有支