导言
测温丈量和操控在当今社会日子中扮演着至关重要的人物，世界国内市场现有的多种测温技能涵盖了安检、市 场、日子、消防、科研等许多范畴。温度的丈量和操控在工 业出产中有广泛的运用，尤其在石油、化工、电力、冶金等 重要工业范畴中，对温度的丈量和监控是十分重要的一个环节。在传统的温度丈量体系中，温度收集器一般选用模仿温 度传感器，模仿信号在传输的过程中简略遭到搅扰然后影响丈量的准确度，模仿信号转化成数字信号，精度较高的A/D 转换器一般价格昂贵，关于传统体系存在的缺乏，结合国内外在温度监测体系上的研讨现状，本文进行了新的规划。
本文智能测温体系依据物联网技能与嵌入式技能完结 长途无线可移动的视频监控体系，依托于FS_S5PC100开发 渠道用三星公司先进的依据Cortex-A8 内核的 S5PC100处理 器和无线网卡WI-FI作为硬件载体，归纳运用WLAN、嵌入 式Linux和JSP技能等技能，以程序软件的通用性和易用性为 方向，完结无线视频和智能测温体系操控以及环境信息采
集。
图1 渠道硬件组成结构图
图2 体系软件结构框图
1 体系整体规划
1.1 渠道规划接口方针与功用
本文规划智能温度收集体系，需求具有温度收集、温 度数据的存储、温度数据的显现和网络通讯功用。因而，平 台拟规划的接口如下：
电路板规划温度传感器收集接口1路，温度传感器选用 DS18B20一线制通讯接口；因为渠道需求对收集的数据存储 一起又需求存储本地操作体系代码，需求有安稳的存储方 案，因而渠道规划NAND FLASH与SD卡结合的存储计划， 其间NAND FLASH首要用于存储本地代码，SD卡用于存储 收集数据；体系需求将收集的温度以及前史温度实时的显现
图3 S5PC100 DDR2 SDRAM电路原理图
图4 S5PC100 NandFlash电路原理
出来， 因而需求集成图形显现接口，体系中选用24bit TFT LCD接口电路；体系为满意长途对渠道收集数据拜访功用， 因而集成一路10M/100M 自适应以太网接口；为满意对温度 的监控需求，渠道集成一路PWM蜂鸣器接口以及一路RS232 接口，RS232接口可衔接GPRS模块。调试扩展接口：体系应集成1路RS232接口，用于运用操控终端对体系进行调试。课题规划渠道可完结守时温度收集、显现 以及温度超限报警等功用，其首要 作业流程如下：
1.渠道可以以定间距离对收集 温度传感器数据；
2.收集的温度数据按时刻次序保存在本地数据库中；
3 . 每次收集温度与设定温度上、下限进行比较，当温度超限后 可宣布本地报警或长途报警信号，本地报警信号经过蜂鸣器报警音实 现 ， 长途报警信号可以经过外接GPRS完结短信报警；
4 . 渠道具有长途数据拜访功用，可经过网络完结对本地数据库 的拜访。
1.2 渠道的硬件电路各模块选型
依据渠道的接口和功用需求，将体系依照功用区分进行模块化设 计，其个功用模块的选型如下：
1.2.1 渠道处理器单元
渠道需求具有温度收集、大容 量数据存储、网络通讯等功用。因 此，其处理器部分具有运转文件系 统以及网络协议簇的才能。课题提 出以ARM微操控器为中心处理器的 解决计划，运用ARM微操控器可搭 载操作体系和可以处理杂乱协议族 的才能；下降了体系规划的危险， 进步渠道计的可施行性与灵敏性。
A R M 微 控 制 器 在 本 系 统 中 的 效果首要是，收集温度传感器温度 值，并完结存储以及转发功用。渠道选用三星公司先进的 依据Cortex-A8 内核的 S5PC100处理器规划而成。S5PC100 处理器选用64位内部总线构架，包含强壮的硬件加快器， 如：动态视频处理，显现操控和缩放。支撑多种格局的硬件 编解码：MPEF-1/2/4、H263/H264、CV-1、DivX。其硬件
图5 S5PC100 SD卡电路原理图
图6 DS18B20与接口原理图
加快功用支撑实时的视频会议和模仿电视输出，支撑NTSC 和PAL形式的HDMI。S5PC100内部集成了24BIT LCD接口、 TVout接口、Camera输入接口、4路串口、SD卡接口、SPI、100M网口、USB2.0-OTG接口，USB Host接口、矩阵按键扫 描接口、SPI通讯、I2C通讯接口等硬件资源，适用于有高性 能要求的嵌入式体系运用场合。
在渠道中需求NAND FALSH、SD卡、以太网等杂乱接 口的支撑，S5PC100具有强壮的片内接口，渠道需求的外设 接口经过S5PC100搭载简略的外部电路即可完结，进步了系 统规划的集成度，因而S5PC100十分适用于本体系。
1.2.2 温度传感器
渠道选用美国DALL A S公司出产的DS18B20可组网数 字温度传感器。其耐磨耐碰，体积小，运用方便，封装形 式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温文操控范畴。
DS18B20具有一线通讯接口，只需求单根口线即可完结微控 制器通讯互联，极大地简化了外部温度传感器通讯线路。 DS18B20具有广泛的作业电压和温度丈量规模，750毫秒内 完结温度丈量，可在-10℃至+85℃规模到达±0.5℃的丈量精 度。DS18B20在出厂时内部集成了仅有的序号， 可用于完结 DS18B20经过一总线进行组网。DS18B20简化的通讯接口以 及快捷的组网办法可下降产品的规划本钱，进步体系的灵敏 性。现在，DS18B20现已被用于各种环控，设备温度监控测 量，以及各种温度丈量体系中。
1.3 渠道的硬件电路整体构成
渠道硬件组成如图1所示。其间中心模块为S5PC100， DD2 SDRAM、NAND FLASH、TFT LCD、SD卡、RS232接 口均可经过S5PC100内部外设接口直接扩展，以太网接口通 过S5PC100的外部静态总线接口衔接。
1.4 渠道首要软件计划的选定
在简略体系中 ， 一般选用前 、 后台编程办法规划软件，但在杂乱的体系中，前后台办法的软件规划办法无法满 足体系的要求，需求网络协议栈支撑、文件体系支撑、多进 程支撑后，前、后台软件因为其超循环编程办法的约束很 难完结体系的功用要求，因而杂乱的嵌入式体系往往参加 了嵌入式操作体系的支撑。 现在，常用嵌入式操作体系有 VxWorks、WinCE、Linux等。这儿我选用的是Linux，它是开 放源代码的类UNIX操作体系。现在经过长时间的开展Linux已 成为世界领先的操作体系，可以运转在服务器、大型机和超 级计算机， 因为Linux的可取舍性和可移植性，现在也广泛 运用在嵌入式设备上，如消费电子产品、交流设备、工业控 制等。
Linux具有良好的多进程与多线程支撑，而且支撑多种 网络协议、具有丰厚的文件体系，而且其开源代码的特性受 到广阔的开发者支撑。
在本体系中选用L inu x操作体系可以充分运用嵌入式 Linux中老练的网络协议簇以及模块化的取舍办法，下降系 统软件的开发难度，进步了体系规划的灵敏性。
1.5 体系软件架构
渠道规划的软件选用分层以及模块化的办法进行规划。因为选用嵌入式Linux操作体系作为解决计划。因而， 将软件区分为运用层、体系层、驱动层；体系层软件需求完 成Linux在操作体系上的移植和各个模块的驱动；运用层软 件需求完结温度收集模块、显现模块以及网络通讯模块的软 件规划。软件层次示意图如图2所示。
2 体系各首要接口硬件电路规划
图7 PWM接口蜂鸣器电路衔接图
图8 Linux体系软件安排示意图
2.1 S5PC100存储体系规划
规划的方针渠道中需求扩展三种类型的存储介质，分 别为DDR2 SDRAM、NAND FLASH以及SD卡电路。下面按 照三种存储介质在体系中的功用别离进行论述。
（1）DDR2 SDRAM电路
S5PC100 SDRAM操控器经过向外部16位或32位SDRAM
供给接口来扩展芯片存储才能。本渠道选用2片K4T1G164
16位宽度DD2 SDRAM组成32位内存，容量256MB，如图3。
（2）NANDFLASH电路与SD卡存储电路 因为体系需求运转Linux体系，体系代码较为杂乱，需
要必定容量的存储器寄存Linux操作体系源代码以及运用程 序，因为S5PC100内置了NAND FL ASH操控器，因而渠道 选用K9F2G08 256MB NAND FLASH直接与S5PC100 NAND FLASH操控器接口衔接。SD卡可经过S5PC100内置SDIO1总 线直接衔接。其NAND FLASH电路原理图如图4所示、SD卡 的原理图如图5所示。
2.2 温度传感器接口
渠道规划了选用DS18B20一线制温度传感器接口。选用 S5PC100处理器GPIO引脚接口操控温度传感器DS18B20的温 度丈量，LCD屏输出丈量温度，原理图如图6所示。
2.3 温度报警电路
本 设 计 采 用 软 件 处 理 报 警 ， 利 用 无 源 蜂 鸣 器 进 行 报 警，当所测温度超限后输出PWM信号，驱动蜂鸣器报警， 其电路原理图如图7所示。
3 体系软件规划
3.1 Linux操作体系移植
完好的嵌入式linux体系由bootloader、kernel、rootfs等
3个根本部分组成。其间bootloader用于引导和装载操作体系、kernel为linux内核程序、rootfs为文件体系，如图8。
3.1.1 穿插编译环境
嵌入式开发体系遭到本身硬件以及软件资源的约束， 无法完结代码的本地编译，其开发需求在宿主机上树立穿插 开发环境。
穿插开发环境是包含了编辑器、编译器、衔接器、调 试器和libc库等的程序环境。在开发嵌入式Linux相关软件 时，常用的穿插开发东西是GNU东西链。体系中宿主机使 用的开发环境为ubuntu12.04操作体系，方针板内核版别号为 规范linux-2.6.35，运用到的穿插编译器是arm-linux-gcc-4.5.1。
3.1.2 Bootloader程序规划
Bootloader是在操作体系运转前运转的一段专用程序， 可以完结渠道硬件设备的初始化，并能完结引导和调试操作 体系。 Bootloader依靠CPU体系结构，一般将Bootloader按功 能区分为两个阶段，其间第1阶段完结根本硬件电路的初始 化，为操作体系的运转预备环境。在渠道中，因为运用的是ARM微操控器，因而第一阶段需求完结设置处理器进入管 理形式、封闭处理器中止与快中止、设置处理器主频、高速 总线主频与告知外设主频、CPU封闭MMU与数据Cache，初 始化内存操控器，代码由存储器自搬运至内存，设置运转程 序需求的暂时仓库、BSS段清零等作业。第2阶段首要完结 进入交互形式或许自引导形式，完结操作体系的加载，一般 要依据操作体系与硬件渠道的需求完结相关硬件的初始化工 作， 如初始化GPIO、串口、网口等外部设备，完结向内核 传递发动参数等功用。
3.1.3 Linux内核的定制
Linux现在现已支撑了x86、ARM、MIPS等多种处理器 架构，支撑的渠道类型多达3000多种。各种ARM处理器的 规划厂商为了更好地推行处理器的运用，都会Linux中增加补丁， 使得该处理器可以在L i nu x 行正常运转。 渠道选用Linux-2.6.35版别，面临大规模的Linux源代码，咱们需求对Linux进行取舍移植。
Linux源代码选用模块化的安排办法，可以经过条件编 译的办法对Linux源码的功用进行取舍，可是条件编译法裁 剪的是功用模块，关于详细的硬件驱动和优化就需求对源代 码进行纤细的修改了。
3.1.4 根文件体系的树立
根文件体系是寄存各种东西软件、库文件、脚本、配 置文件的当地，任何包含这些Linux体系发动所有必要的文件 都可以成为根文件体系。Linux支撑jffs2，nfs，cramfs，yaffs2 等多种文件体系。在本体系中运用的Ramdisk文件体系，实 际上是把内存划出一部分当作硬盘运用，使得程序运转功率 更高。体系中的东西调集选用BusyBox完结，BusyBox 将许多 具有共性的小版别的UNIX东西结合到一个单一的可执行文 件。这样的调集可以代替大部分常用东西比方GNU fileutils， shellutils等东西，BusyBox供给了一个比较完善的环境，可 以适用于任何嵌入式设备。
3.2 温度传感器驱动程序的规划
在Linux中，为完结模型笼统和一致操作接口，设备驱 动程序躲藏了设备的详细细节，向用户供给了一致的设备接 口。Linux设备驱动运转于内核中，完结直接硬件操作、设 备办理等作业，并向用户供给了一致的接口模型。Linux下 将设备分为字符、块和网络设备三类，相同设备驱动也分为 字符驱动、块设备驱动和网络设备驱动。字符设备面向的设 备是流式设备，如鼠标、键盘等；块设备面向的是需求随 机存储的设备，它首要包含硬盘、光驱等存储设备；其间 DS18B20归于字符设备。
在字符与块设备中由一个主设备号和一个次设备号（minor number）标识驱动设备。主设备号用于标识设备类 型，次设备号用于辨认同类设备序号。字符驱动程序经过 file_operations结构的指针向用户程序供给接口笼统。
其内核界说如下：
struct file_operations
{
int (*read) (struct inode *inode,struct file *filp,char *buf,int count); /*设备读*/
int (*write) (struct inode *inode,struct file *filp,char *buf,int
count); /*设备写*/int (*ioctl) (struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int
cmd,unsigned int arg); /*I/O操控*/
int (*open) (struct inode *inode,struct file *filp); /*设备打 开*/
void (*release) (struct inode *inode,struct file *filp); /*设备 封闭*/
⋯⋯⋯⋯⋯⋯
};
在结构file_operations里，指出了设备驱动程序所供给的 进口点方位，别离是：
read读操作，完结由运用设备向运用程序传递的数据。 write写操作，完结由运用程序向设备发送的数据。 ioctl，进行读、写以外的其它指令操作。 open，打开设备预备进行I/O操作。 release，设备开释操作。 每一个字符设备驱动由一个cdev结构体笼统，详细的驱动的完结由 file_operations完结，用户程序经过dev_t代表设 备号查找到内核中的cdev，由cdev调用到file_operations，从 而调用到实践的硬件操作函数。
4 定论
本文以便携式手持温度测验仪为技能、运用布景，设 计了一套具有温度丈量、数据记载、LCD显现以及网络通讯 功用的温度测验设备。
因为便携式手持温度测验仪具有体积小、功耗低一起 又具有较高功用的要求，体系选用了ARM微操控器作为系 统的中心操控单元，并在渠道上移植了Linux操作体系以满 足体系对联网、存储方面的需求。比照很多的处理器，选用 了三星公司依据Cortex-A8 内核的 S5PC100处理器，环绕核 心电路规划了温度收集，大容量存储、人机交互、以及网络 通讯等单元电路；在渠道电路的基础上完结了Linux体系的 移植作业，并完结了这些设备接口电路的驱动移植作业； 在Linux体系下完结了DS18B20的驱动规划作业，并编写了基 于液晶显现的测验程序。经过实践测验，运用程序可以在 Linux下收集DS18B20的温度数据，并可以完结在LCD上的显 示、存储功用，存储文件可以经过网络的NFS服务导出到PC 端，完结了课题规划的功用。
