基于ARM和DS18B20設計網絡化的智能溫度傳感器

　　傳感器作為一種獲取信息的重要工具，在工業生產、科學技術等領域發揮著重大的作用。但隨著微處理器技術的迅猛發展以及測控系統自動化、智能化的發展，傳統的傳感器已與各種微處理器相結合，并連入網絡，形成了帶有信息檢測、信號處理、邏輯思維等一系列功能的智能，傳感器。

　　1 網絡化智能傳感器簡介

　　網絡化智能傳感器使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多點檢測發展；從被動檢測向主動進行信息處理方向發展；從就地測量向遠距離實時在線測控發展。網絡化使得傳感器可以就近接入網絡，傳感器與測控設備間再無需點對點連接，大大簡化了連接線路，易于系統的維護和擴充。網絡化智能傳感器一般由信號采集單元、數據處理單元和網絡接口單元組成。這3個單元可以是采用不同芯片構成合成式的，也可以是單片式結構。網絡化智能傳感器的核心便是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器具有體積小、功耗低、可靠性高、可抗干擾能力強等特點。本系統就是采用嵌入式微處理器作為核心，使用數字式的溫度傳感器作為采集單元。系統設計中采用的是信息技術領域最新的B／S(Brower／Server，瀏覽器／服務器)結構，用瀏覽器作為統一的客戶端，無需安裝軟件，使用起來更加方便。

　　2 系統硬件設計

　　2．1 總體框架

　　采用的嵌入式微處理器LPC2210是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16／32位ARM7TDMI—S CPU的微控制器。功耗極低，具有多個32位定時器、8路10位ADC、PWM輸出以及多達9個外部中斷，特別適用于工業控制、醫療系統；由于內置了寬范圍的串行通信接口，也非常適合于通信網關、協議轉換器、嵌入式軟Modem以及其他類型的應用。

　　該嵌入式Web智能溫度傳感器系統設計的總體框架如圖1所示。

　　2．2 電源模塊

　　LPC2200系列ARM7微控制器均要使用2組電源，I／O口供電電源為3．3 V，內核及片內外設供電電源為1．8 V應用系統。如圖2所示，首先由CZl電源接口輸入9 V直流電源，二極管D1防止電源反接，經過C1和C2兩個電容進行濾波；然后，通過LM7805將電源穩壓至5 V，再使用LDO芯片(低壓差電源芯片)穩壓輸出3．3 V及1．8 V電壓。

　　2．3 溫度傳感器

　　溫度傳感器采用單線數字溫度傳感器DS18B20，該傳感器是Maxim公司生產的、屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。測溫范圍較廣，為一55～+125℃，固有測溫分辨率為O．5℃。其支持“一線總線”接口，即從DS18B20讀出信息或向DS18B20寫入信息僅需要一根口線(單線接口)。溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20集溫度測量、A／D轉換于一體，可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式，具有體積小、接口方便、傳輸距離遠等特點。

　　DS18B20與微處理器LPC2210的連接圖如圖3所示。注意，應加入一個阻值為5．1 kΩ的上拉電阻。

　　2．4 網絡接口

　　網絡接口采用的是目前比較常用的lO Mbps嵌入式以太網控制芯片RTL8019。它是一種高度集成的以太網控制芯片，內部集成了DMA控制器、ISA總線控制器、16 KB SRAM和網絡PHY收發器。用戶可以通過DMA方式把需要發送的數據寫入片內SRAM中，讓芯片自動將數據發送出去；而芯片在接收到數據后，用戶也可以通過DMA方式將其讀出。

　　RTL8019AS與LPC2210一般通過外部總線進行連接，其連接關系如表1所列。

　　由表1可知，RTL8019AS使用LPC2210外部存儲控制的Bank2部分，而RTL8019AS的I／O地址為0x00300～Ox0031F，所以RTL8019AS在SA8=l、SA5=O時選通，其數據地址為0x83400000～Ox83400001F。

　　NET_RST為LPC2210輸出引腳，RTL8019AS中斷信號為中斷輸入信號，且為外部中斷。RTL8019AS的SDO～SDl5串了一個470 Ω電阻連接到LPC2210的D0～D15。此外，該系統還加入了LCM接口，可以直接支持SMG240128A點陣圖形液晶模塊，便于通過液晶實時顯示傳感器所接收的溫度。

　　3 系統軟件分析

　　3．1 總體設計

　　系統開發采用的是ARM公司的ADS1．2作為開發編譯環境。移植了μC／OS—II操作系統，主要采用C語言編寫。將μC／OS—II移植到ARM處理器上，需要修改3個與ARM體系結構相關的文件：OS_CPU．H、0S_CPU_A．ASM、OS_CPU_C．C。具體移植請參考相關書籍。

　　程序首先調用OSinit()初始化μC／OS—II，完成對操作系統內部一些變量、數據結構和宏定義的初始化。在開始多任務之前，還需建立一個名為Task0()的任務，這一點是非常重要的，否則用戶的應用程序就會崩潰。主任務中首先調用TargeTInit()函數將目標板初始化，模板中包含這個初始化函數，它完成對板上硬件的一些初始化工作。之后啟動多任務環境，創建3個任務來實現系統最終的目標。這3個任務包括：傳感器對溫度的采集和處理；溫度比較與液晶顯示；建立Web服務器。下面對設計過程中比較關鍵問題進行詳細的闡述。

　　3．2 軟件設計中的關鍵技術問題

　　3．2．1 傳感器的溫度采集

　　在對傳感器數據采集的軟件編程中，采用的是單線總線協議。通過單線總線訪問DSl8820的協議包括：初始化DSl8820、ROM操作命令、存儲器操作命令和讀數據／處理數據。

　　根據DSl8820的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫3個子程序：Init_DSl8820為初始化子程序；WriteOneChar為寫(命令或數據)子程序；ReadOneChar為讀數據子程序。所有的數據讀／寫均由最低位開始。

　　該系統的讀字節子程序的流程如圖4所示。

　　溫度傳感器采集的關鍵任務程序代碼如下：