基于arm的實時溫度采集系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　一、設計目的2</b></p><p><b>　　二、設計要求2</b></p><p><b>　　三、題目分析3&l

2、t;/b></p><p>　　四、設計方法及步驟4</p><p>　　1、開發(fā)平臺介紹4</p><p>　　2、ds18b20的工作原理6</p><p>　　3、ds18b20的驅動程序9</p><p>　　4、QT界面設計13</p><p>　　5、驅動的掛載和運行

3、16</p><p><b>　　五、設計總結17</b></p><p><b>　　六、參考文檔18</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　近年來，隨著計算機技術及集成電路技術的發(fā)展，嵌入式技術日漸普及，在通訊、網(wǎng)絡、工控、醫(yī)療、電子等

4、領域發(fā)揮著越來越重要的作用。嵌入式系統(tǒng)無疑成為當前最熱門最有發(fā)展前途的IT應用領域之一。</p><p>　　實時溫度采集系統(tǒng)是是將環(huán)境溫度實時的進行采集并顯示的系統(tǒng)，在現(xiàn)在的許多家用電器、工業(yè)控制、甚至是高科技領域都有應用，它已經(jīng)普遍的融入了社會生活和生產(chǎn)之中，并且作為基礎的系統(tǒng)，在今后的生活生產(chǎn)中并不會被淘汰，應用范圍還會繼續(xù)擴大，因此，掌握此系統(tǒng)是必要的。</p><p>　　關鍵詞

5、：arm Linux ds18b20</p><p><b>　　一、設計目的</b></p><p>　　1、熟悉嵌入式系統(tǒng)的整個開發(fā)流程，具備獨立進行開發(fā)的能力；</p><p>　　2、熟悉Linux C，可以用Linux C編寫驅動程序；</p><p>　　3、熟悉C++，具備初步人機界面編程的能力；<

6、;/p><p>　　4、學習和掌握驅動的下載和燒寫。</p><p><b>　　二、設計要求</b></p><p>　　在Samsung公司S3C2410處理器的開發(fā)板上,嵌入式linux系統(tǒng)環(huán)境下，設計溫度實時采集系統(tǒng)，并設計顯示界面。</p><p>　　1、設計溫度實時采集系統(tǒng)，要求基于ARM9開發(fā)板，溫度傳感器可

7、以用ds18b20；</p><p>　　2、要求溫度值精確到個位；</p><p>　　3、要求自己設計QT界面，并在界面上顯示溫度值。</p><p><b>　　三、題目分析</b></p><p>　　在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差

8、問題等技術問題，才能夠達到較高的測量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案。</p><p>　　美國Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 "一線總線"接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B

9、0ARD）專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。</p><p>　　DS18B20可以程序設定9～12位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM

10、中，掉電后依然保存。DS18B20使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。</p><p><b>　　四、設計方法及步驟</b></p><p><b>　　1、開發(fā)平臺介紹</b></p><p>　　UP- 2410開發(fā)板主板資源：* 基于ARM 920T內(nèi)核的SAMSUNG S3C

11、2410處理器* 系統(tǒng)穩(wěn)定工作在202MHZ主頻* 64MB SDRAM* 可外接博創(chuàng)8寸640*480TFT真彩LCD或其他型號的TFT LCD屏* 可外接 觸摸屏* 1個主USB口、1個從USB口* 100M以太網(wǎng)口* 2個RS232標準串口* JTAG接口（14Pin標準）* CAN總線接口* 總線和可復用資源擴展接口* CF卡接口（IDE模式）* IDE接口* SD/MMC 接口* 64MB Nand

12、 Flash（可選更大容量）* 2MB NorFlash（可選）* 實現(xiàn)了MMU、AMBA總線* AD電位器* IIC接口* SPI接口* IIS音頻CODEC* 立體聲耳機、線路接口，板載MIC* 8通道10位AD轉換* 2位LED數(shù)碼管* 實時時鐘* IIC存儲器2片* PWM DA輸出* 3個可產(chǎn)生中斷的按鍵* 3個IO控制的LED</p><p>　　UP- 2410開發(fā)板軟件

13、資源:Linux:系統(tǒng)引導程序： VIVI操作系統(tǒng)： Linux2.4.18/Linux2.6.18（可選）文件系統(tǒng)： RAMDISK YAFFS圖形用戶界面： 支持QT/E設備驅動： 串口，Ethernet，Audio，SD卡，IDE，CF卡，AD/DA,USB，紅外，藍牙，LCD，觸摸屏，PS2 keyboard mouse, 17鍵數(shù)字鍵盤,SPI，I2C，RTC，GPIO等開發(fā)工具： JTAG燒寫Nor Flash

14、工具，arm-linux-gcc交叉編譯器，GDB，GDBSERVER調試工具，anjuta開發(fā)環(huán)境，sourceNavigator代碼編輯器，文件系統(tǒng)制作工具等多媒體軟件： mplayer媒體播放器，實現(xiàn)MPEG、MPEG2、MPEG4、AVI、WMV等多種媒體解碼；madplay音頻播放器WinCE：板級支持包： WinCE.net 4.2 /5.0（可選） BSP設備驅動： 串口，Ethernet，Audio，CF卡，SD

15、卡,USB，紅外，LCD，觸摸屏等多媒體軟件： mediaplayer媒體播放器，實現(xiàn)MPE</p><p>　　2、ds18b20的工作原理</p><p>　　如上圖所示，ds18b20只有三只引腳，GND，DQ和VDD，GND為電源地，DQ為數(shù)字信號輸入輸出端，VDD為電源輸入端。</p><p>　　DS18B20的內(nèi)部結構主要包括4部分；64位光刻ROM

16、、溫度傳感器、非易失的溫度報警觸發(fā)器TH和EL、配置寄存器，如下圖所示：</p><p>　　DS18B20的內(nèi)部結構</p><p>　　64位ROM中,在產(chǎn)品出廠前就被廠家通過光刻刻錄好了64位序列號。該序列號可以看作是 DS18B20 的地址序列碼,用來區(qū)分每一個 DS18B20 ,從而更好地實現(xiàn)對現(xiàn)場溫度的多點測量。</p><p>　　上圖中的暫存器是 D

17、S18B20 中最重要的寄存器。暫存器由9個字節(jié)組成,各字節(jié)定義如下表所列：</p><p><b>　　字節(jié)定義</b></p><p>　　0所測溫度值低8 位</p><p>　　1所測溫度值高8 位</p><p>　　2高溫報警值( TH)</p><p>　　3

18、低溫報警值( TL)</p><p><b>　　4配置寄存器</b></p><p><b>　　5~7保留</b></p><p>　　8循環(huán)冗余校驗(CRC)值</p><p>　　配置寄存器用于用戶設置溫度傳感器的轉換精度,其各位定義如下:</p><

19、p>　　TM位是測試模式位,用于設置DS18B20 是工作模式(0)還是測試模式(1) ,其出廠值為 0。R1、 R0 用于設置溫度傳感器的轉換精度:00 ,分辨率為9 位,轉換時間為93. 75ms ;01 ,分辨率為10 位,轉換時間為187. 5 ms ;10 ,分辨率為11 位,轉換時間為 375 ms ;11 ,分辨為 12 位,轉換時間為750 ms。R1、 R0 的出廠值為11。其余5 位值始終為1。第0 和第 1

20、字節(jié)為 16 位轉換后的溫度二進制值,其中前4 位為符號位,其余12 位為轉換后的數(shù)據(jù)位(分辨率為12 位) 。如果溫度大于0 ,則前4 位值為0 ,只要將測到的數(shù)值乘上0. 062 5 即可得到實際溫度值;如果溫度小于0 ,則前 4 位為 1 ,需將測得的數(shù)值取反加 1 后,再乘上0. 062 5。</p><p>　　按DS18B20 的供電方式, 其應用電路結構可分為如下3種:寄生電源供電方式;寄生源強上拉

21、供電方式;外部電源供方式。實際應用中,以外部電源供電方式為主。其應用原理圖如左圖所示。</p><p>　　根據(jù)DS18B20 的通信協(xié)議，MCU 對其操作主要有如下3個步驟：讀寫之前，對DS18B20 發(fā)送約500μs 的低電平進行復位；復位成功，發(fā)送 ROM 指令；發(fā)送 RAM指令。MCU 對DS18B20 的具體操作流程如下圖所示：</p><p>　　3、ds18b20的驅動程序&

22、lt;/p><p>　　寫程序前先確定使用的外擴端口，這里使用的是GPB0口。</p><p><b>　　源程序如下：</b></p><p>　　#include <linux/module.h></p><p>　　#include <linux/kernel.h></p>&

23、lt;p>　　#include <linux/fs.h></p><p>　　#include <linux/init.h></p><p>　　#include <linux/miscdevice.h></p><p>　　#include <linux/delay.h></p><p>

24、;　　#include <asm/irq.h></p><p>　　#include <asm/arch-s3c2410/regs-gpio.h></p><p>　　#include <asm/hardware.h></p><p>　　#define DEVICE_NAME"ds18b20"</p&

25、gt;<p>　　#define ds18b20_MAJOR 231</p><p>　　#define DQ S3C2410_GPB0</p><p>　　#define DQ_IN S3C2410_GPB0_INP</p><p>　　#define DQ_OUT S3C2410_GPB0_OUTP</p><p>　　

26、static char devicecount=0;//計數(shù)器，防止被多個人多次打開</p><p>　　void init_ds18b20(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　do{</b></p><p>　　s3c2410_gpio_cfgpin

27、(DQ,DQ_OUT);</p><p>　　s3c2410_gpio_setpin(DQ, 1);</p><p>　　udelay(1);</p><p>　　s3c2410_gpio_setpin(DQ, 0);</p><p>　　udelay(500);</p><p>　　s3c2410_gpio_setp

28、in(DQ, 1);</p><p>　　udelay(60);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while((s3c2410_gpio_getpin(DQ))!=0);</p><p>　　while((s3c2410_gpio_getpin(DQ))==0);</p><

29、;p><b>　　}</b></p><p>　　void write(char data)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　char i = 0;</p><p>　　s3c2410_gpio_cfgpin(DQ, DQ_OUT);</p><

30、p>　　s3c2410_gpio_pullup(DQ, 1);</p><p>　　for(i=0; i<8; i++){</p><p>　　s3c2410_gpio_setpin(DQ, 0); //產(chǎn)生下降沿</p><p>　　udelay(10);</p><p>　　s3c2410_gpio_setpin(DQ,

31、 data&0x01);</p><p>　　udelay(60);</p><p>　　s3c2410_gpio_setpin(DQ, 1);</p><p>　　data >>= 1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}<

32、/b></p><p>　　unsigned char read(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　unsigned char data=0;</p><p>　　s3c2410_gpio_cfgpi

33、n(DQ, DQ_OUT);</p><p>　　for(i=0; i<8; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　s3c2410_gpio_setpin(DQ, 0);</p><p>　　udelay(1);</p><p>　　s3c2410_gpio_

34、setpin(DQ, 1);</p><p>　　s3c2410_gpio_cfgpin(DQ, DQ_IN);</p><p>　　udelay(10);</p><p>　　data >>= 1;</p><p>　　if(s3c2410_gpio_getpin(DQ))</p><p>　　data

35、|= 0x80;</p><p>　　udelay(50);</p><p>　　s3c2410_gpio_cfgpin(DQ, DQ_OUT);</p><p>　　s3c2410_gpio_setpin(DQ, 1);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return

36、data;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/******************************************************************/</p><p>　　static int ds18b20_write(struct file *file, const char __

37、user *buffer, size_t count, loff_t * ppos)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************

38、**************************************************/</p><p>　　static int ds18b20_read(struct file *filp, char __user *buffer, size_t count, loff_t *ppos)</p><p><b>　　{</b></p>

39、<p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*******************************************************************/</p><p>　　static int ds18b20_open

40、(struct inode *inode,struct file *file)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　init_ds18b20();</p><p>　　if(devicecount >0) </p><p>　　return -ERESTARTSYS;</p>

41、<p>　　printk("device open : success\n");</p><p>　　devicecount++;</p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　static int

42、 ds18b20_release(struct inode *inode, struct file *filp)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　devicecount--;</p><p>　　printk("device release\n");</p><p>&l

43、t;b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/******************************************************************/</p><p>　　static int ds18b20_ioctl(struct ino

44、de *inode,struct file *file,unsigned int cmd,unsigned long arg)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int a, b;</p><p>　　unsigned int temperature=0;</p><p>　　

45、init_ds18b20();</p><p>　　write(0x0cc);</p><p>　　write(0x44);</p><p>　　udelay(500);</p><p>　　init_ds18b20();</p><p>　　write(0x0cc);</p><p>　　wr

46、ite(0x0be);</p><p>　　a = read();</p><p>　　b = read();</p><p>　　init_ds18b20();</p><p>　　temperature=((b<<=8) | a)*625/10000;</p><p>　　return temperat

47、ure;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　static struct file_operations ds18b20_fops = {</p><p>　　.owner =THIS_MODULE,</p><p>　　.ioctl =ds18b20_ioctl,</p>

48、<p>　　.write =ds18b20_write,</p><p>　　.read =ds18b20_read,</p><p>　　.open =ds18b20_open,</p><p>　　.release =ds18b20_release,</p><p><b>　　};</b>&

49、lt;/p><p>　　static int __init ds18b20_init(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int ret;</b></p><p>　　ret = register_chrdev(ds18b20_MAJOR, DEVICE_NA

50、ME, &ds18b20_fops);</p><p>　　if (ret < 0) {</p><p>　　printk(DEVICE_NAME " can't register major number\n");</p><p>　　return ret;</p><p><b>　　}

51、</b></p><p>　　printk(DEVICE_NAME " initialized\n");</p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　static void __exit ds18

52、b20_exit(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unregister_chrdev(ds18b20_MAJOR, DEVICE_NAME);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　module_init(ds18b20_init);&l

53、t;/p><p>　　module_exit(ds18b20_exit);</p><p><b>　　4、QT界面設計</b></p><p>　　界面的設計使用的軟件是Qt Creator，它是跨平臺的 Qt IDE， Qt Creator 是 Qt 被 Nokia 收購后推出的一款新的輕量級集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。此 IDE 能夠跨平臺運行，

54、支持的系統(tǒng)包括 Linux（32 位及 64 位）、Mac OS X 以及 Windows。根據(jù)官方描述，Qt Creator 的設計目標是使開發(fā)人員能夠利用 Qt 這個應用程序框架更加快速及輕易的完成開發(fā)任務。</p><p>　　它的應用界面如下圖所示：</p><p><b>　　源程序如下：</b></p><p><b>　

55、　Widget.h</b></p><p>　　#ifndef WIDGET_H</p><p>　　#define WIDGET_H</p><p>　　#include <QWidget></p><p>　　#include <QTimer></p><p>　　namespa

56、ce Ui {</p><p>　　class Widget;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　class Widget : public QWidget</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Q_OBJEC

57、T</b></p><p><b>　　public:</b></p><p>　　explicit Widget(QWidget *parent = 0);</p><p>　　~Widget();</p><p>　　QTimer *timer;</p><p><b>

58、　　private:</b></p><p>　　Ui::Widget *ui;</p><p>　　private slots:</p><p>　　void ds18b20();</p><p>　　void on_exit_clicked();</p><p>　　void on_pause_clic

59、ked();</p><p>　　void on_start_clicked();</p><p><b>　　};</b></p><p><b>　　#endif</b></p><p><b>　　main.cpp</b></p><p>　　#i

60、nclude <QtGui/QApplication></p><p>　　#include "widget.h"</p><p>　　int main(int argc, char *argv[])</p><p><b>　　{</b></p><p>　　QApplication a

61、(argc, argv);</p><p><b>　　Widget w;</b></p><p><b>　　w.show();</b></p><p>　　return a.exec();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　

62、widget.cpp</p><p>　　#include "widget.h"</p><p>　　#include "ui_widget.h"</p><p>　　#include <stdio.h></p><p>　　#include <stdlib.h></p&g

63、t;<p>　　#include <unistd.h></p><p>　　#include <sys/ioctl.h></p><p>　　#include<sys/types.h></p><p>　　#include<sys/stat.h></p><p>　　#includ

64、e<fcntl.h></p><p>　　int i = 0;</p><p><b>　　int fd;</b></p><p>　　Widget::Widget(QWidget *parent) :</p><p>　　QWidget(parent),</p><p>　　ui(n

65、ew Ui::Widget)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ui->setupUi(this);</p><p>　　fd = open("/dev/ds18b20",O_RDWR);</p><p>　　if (fd < 0) {</p>&l

66、t;p>　　perror("open device /dev/ds18b20");</p><p><b>　　exit(1);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　timer = new QTimer;</p><p>　　connect(

67、timer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(ds18b20()));</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Widget::~Widget()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delete ui;</p><

68、;p><b>　　}</b></p><p>　　void Widget::ds18b20()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　i=ioctl(fd,0,NULL);</p><p>　　ui->lcdNumber->display(i);</p&

69、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　　void Widget::on_start_clicked()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　timer->start(1000);</p><p><b>　　}</b>

70、;</p><p>　　void Widget::on_pause_clicked()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　timer->stop();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Widget::on_

71、exit_clicked()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　this->close();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　5、驅動的掛載和運行</p><p>　　本次課程設計使用的是博創(chuàng)s3c2410開發(fā)板。在

72、運行程序前，先啟動虛擬機，進如linux系統(tǒng)。在home目錄下簡歷myfile文件，再新建ds18b20.c源程序文件，寫入上面所寫的源程序并編譯，然后產(chǎn)生ds18b20.ko可執(zhí)行文件。</p><p>　　將Qt中所寫的幾個文件復制到myfile文件中，并進行編譯，產(chǎn)生my_temperature可執(zhí)行文件。</p><p>　　然后，運行超級終端，并接通開發(fā)板電源。在超級終端中輸入命

73、令：mount –t nfs –o intr,wsize=1024,rsize=1024,nolock 192.168.1.28:/home /tmp 此命令將pc機的home目錄掛載到開發(fā)板的tmp目錄下，然后再設置完環(huán)境變量后掛載和運行驅動程序和界面程序。</p><p><b>　　運行結果如下圖：</b></p><p><b>　　五、設計總結&

74、lt;/b></p><p>　　回顧起此次課程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在整整半個月的日子里，我學到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的內(nèi)容。</p><p>　　在實踐期間遇到了很多的問題，例如：本次課設使用的ds18b20溫度傳感器，僅僅只有一個工作端口，但工作過程卻很麻煩，理解它的工作過程是我花時間最長的。還有像驅動的編

75、寫，界面的設計，因為界面設計使用的是C++，而我對C++并不熟悉，熟悉C++也很花時間，還有開發(fā)板的環(huán)境設置，運行命令等，十分麻煩，只要稍微有問題就不能正常運行。</p><p>　　通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才是真正的知識，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p&

76、gt;<b>　　六、參考文檔</b></p><p>　　《嵌入式系統(tǒng)原理與應用技術》袁志勇 北京航空航天大學出版社 2009</p><p>　　《精通Linux C 編程》劉學勇 清華大學出版社 2009 </p><p>　　《C++ GUI QT4編程》Jasmin Blanchette 電子工業(yè)出版社 2008 第二版