楊 沂（成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都，610059）

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基于ARM9溫濕度傳感器智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)計

楊 沂
（成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都，610059）

摘要：本文設(shè)計了基于ARM9的溫濕度智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，在深入研究學(xué)習(xí)無線通信網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、模糊控制算法等知識的基礎(chǔ)上，完成了溫濕度數(shù)據(jù)采集終端、通信網(wǎng)絡(luò)、溫濕度模糊控制算法、ARM9監(jiān)控中心及PC機(jī)監(jiān)控軟件等的設(shè)計與開發(fā)工作。

關(guān)鍵詞：無線通信；以太網(wǎng)；ARM9；Linux

1　溫濕度傳感器現(xiàn)狀

目前分布式控制系統(tǒng)是溫濕度監(jiān)控的主要發(fā)展方向。而且隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，高性能嵌入式 CPU 和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使溫濕度測量系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，并輔之以智能控制技術(shù)，基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式網(wǎng)絡(luò)化溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)將成為溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的一個新發(fā)展方向。

2　嵌入式系統(tǒng)簡介

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)于特定應(yīng)用系統(tǒng)。它一般由微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和特定用戶應(yīng)用程序四部分組成。

為了提高控制算法和溫濕度監(jiān)測的實時性，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮處理器的速度，而Samsung公司推出的基ARM920T 內(nèi)核的S3C2440 處理器是一款專用的以手持設(shè)備為主而設(shè)計的 16/32-bit RISC微處理器芯片，其低功耗、簡單、優(yōu)雅、且全靜態(tài)設(shè)計的特點很適合于對成本和功率敏感型的應(yīng)用。因此本文選S3C2440處理器芯片。

3　系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

如圖1所示，系統(tǒng)主要由五部分組成：ARM9監(jiān)控中心、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)濕度采集終端、PC 機(jī)以及 GSM 通信模塊。

溫濕度采集終端將采集的溫濕度數(shù)據(jù)以一定格式封裝后，選擇相應(yīng)的 Zig Bee 網(wǎng)絡(luò)路由路徑，經(jīng) RFD 設(shè)備和 FFD 設(shè)備傳送至 ARM9 監(jiān)控中心。ARM9 監(jiān)控中心實時顯示當(dāng)前各個監(jiān)測點溫濕度值，并且通過 Zig Bee 網(wǎng)絡(luò)接收本地 PC 的各項控制指令，同時，ARM9 監(jiān)控中心通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)和用戶手機(jī)的通信，為用戶提供實時數(shù)據(jù)查詢、自動監(jiān)控等功能。本地 PC 與遠(yuǎn)程 PC通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，在 PC 端同樣可以完成數(shù)據(jù)的實時顯示、數(shù)據(jù)庫建立、數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出以及數(shù)據(jù)曲線繪制等任務(wù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控功能。

系統(tǒng)具有智能監(jiān)控功能，用戶可通過PC端、用戶手機(jī)以及ARM 監(jiān)控中心方式設(shè)置。用戶設(shè)置完系統(tǒng)運行參數(shù)后，ARM9 監(jiān)控中心采用模糊控制算法控制執(zhí)行單元進(jìn)行加熱、加濕或通風(fēng)等措施使系統(tǒng)處于恒溫恒濕狀態(tài)。

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計

3.2.1溫濕度傳感器的選取

采用傳統(tǒng)的模擬式溫濕度傳感器需設(shè)計復(fù)雜的信號調(diào)理電路并經(jīng)過校準(zhǔn)、標(biāo)定過程，測量精度難以保證，且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面不盡如人意。DB113是一款單片溫濕度一體集成式傳感器，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上，非常方便使用?；?ARM9的溫濕度智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3.2.2DB113命令字

用戶在初始化數(shù)據(jù)傳輸時，應(yīng)發(fā)出“傳輸開始”命令，命令包括 SCK 為高時，DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個 SCK為高時將 DATA 升高。后續(xù)命令包含三個地址位（目前只支持“000”），和五位的命令字，其中命令字集的格式如表1所示。DB113會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8個SCK時鐘的下降沿之后，將 DATA下拉為低電平（ACK 位）。在第 9 個SCK 時鐘的下降沿之后，釋放 DATA（恢復(fù)高電平）。

表1　命令字集

3.2.3時鐘電路

DS1302就是一款高性能、低功耗、帶RAM的典型串行時鐘芯片。DS1302可以完成對年、月、周、日、時、分、秒的計時，對于小于 31 天的月，月末的日期自動進(jìn)行調(diào)整，且具有閏年補償功能，其工作電壓寬達(dá) 2.5-5.5V，只需 SCLK、I/O、RST 三條線就可以和單片機(jī)進(jìn)行通訊，可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。

DS1302與 DS1202 相比，增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，以便在主電源掉電的情況下由蓄電池供電從而能繼續(xù)保存時間信息以及數(shù)據(jù)。因此本文采用 DS1302 串行時鐘芯片，其電路原理圖2如圖所示。

3.2.4數(shù)據(jù)存儲電路

系統(tǒng)要求實現(xiàn)長時間在線監(jiān)測溫濕度數(shù)據(jù)，當(dāng) ARM9 或 PC機(jī)監(jiān)控中心關(guān)機(jī)時，為了保存溫濕度數(shù)據(jù)，溫濕度采集終端需要設(shè)計數(shù)據(jù)存儲電路。NVRAM是一種非易失性隨機(jī)存儲器。它的存儲電路由 SRAM和 E2PROM 共同構(gòu)成，在正常運行時和 SRAM 的功能相同，既可以隨時寫入，又可以隨時讀出。但在掉電或電源發(fā)生故障的瞬間，它可以立即把 SRAM 中的信息保存到E2PROM 中，使信息得到自動保護(hù)，兼具RAM 和 ROM 的優(yōu)良特性。因此本文選擇NVRAM DS1245Y 作為數(shù)據(jù)存儲器。

4　zigbee的搭建

Zig Bee設(shè)備具有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，有星型、樹型和MESH網(wǎng)等三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，星型和族樹型適合多點、距離相對較近的應(yīng)用，而 MESH 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)可以通過“多級跳”的方式來通信，同時具備自組織、自愈功能。Zig Bee 無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備搭建MESH網(wǎng)絡(luò)。

5　總結(jié)

本文設(shè)計基于ARM9的溫濕度智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。GSM通信網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)系統(tǒng)與人之間的遠(yuǎn)距離通信。操作簡單方便，大大提高了監(jiān)控效率。同時符合了人們對智能控制的要求，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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圖2　時鐘電路圖

Design of intelligent network monitoring system based on ARM9 temperature and humidity sensor

Yang Yi
（College of information science and technology， Chengdu University of Technology，Sichuan Chengdu，610059）

Abstract：This paper was designed based on ARM9 temperature and humidity intelligent network monitoring system，in-depth study of learning wireless communication network，embedded system development，fuzzy control algorithm and knowledge base，the completion of the temperature and humidity data acquisition terminal，communication network，temperature and humidity fuzzy control algorithm，ARM9 monitoring center and PC machine monitoring software design and development.

Keywords：wireless communication；Ethernet；ARM9；Linux