第ｌ７卷第２期 鄂州大学学报 ２０１０年３月 Ｖｏ１．１７ Ｎｏ．２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍａｒ．２ＯｌＯ 基于ＡＲＭ的嵌入式温度采集系统设计 潘勇刚 （鄂州职业大学电子电气工程系，湖北鄂州４３６０００） 摘要：该文以Ｐｈｍｐｓ公司ＬＰＣ２２１０ ＡＲＭ７微处理器和嵌入式操作系￣ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ为平台，构建了通 过网络实现多路温度数据的以太网远程传输与监控系统。该系统利用数字化温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０将温度 模拟量转化成数字信号通过“一线总线”方式送Ａ－ＬＰＣ２２１０再将处理后的数据通过ＴＣＰ协议上传到 Ｉｎｔｅｒｎｅｔｏ 关键词：ＤＳ１８Ｂ２０；ＬＰＣ２２１０；ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ；ＴＣＰ 中图分类号：ＴＰ３６８．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—９００４（２０１０）０２—００１７—０４ 上世纪９０年代以来，随着因特网的高速发展， 度要达到ｌ℃，测量温度范围一５５℃一１２５ｏＣ。 使得更快捷、更方便、更经济地获取并交流信息成 １温度采集系统的硬件设计 为可能，测控系统也因此而变成这种全球化网络的 １．１总体设计 客户端。基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的远程测控系统具有信息传递 温度采集系统的总体硬件框图如图ｌ所示，除 快捷、交互性强、经济方便等特点，能实现数据共 了以ＬＰＣ２２１０为核心的最小系统外．还包括 享。本系统将多个测温点的温度数据每隔１ｓ采集一 ＤＳＩ８Ｂ２０应用电路、以太网接口电路。 次，通过公用互联网将数据传输到上位机。温度精 下 Ｐ０．１４ －ＬＰＣ２２１０ ｔ太ＲＴ网Ｌ８接０１口９Ａ电Ｓ路ＦＡ ｌＤＳ１８Ｂ２０ ＤＳ１８Ｂ２Ｏ ＭＣＵ 一ＩＴＣＰ ｝Ｆ＝＝ 一一ｎ一一一 ｌＩ Ｐ ｃ机’ Ｉｌ 图１总体硬件框图 本设计采￣Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＬＰＣ２２１０ ＡＲＭ７微处 ＫＢＳＲＡＭ，通过外部存储器接口配置成４组，每组的 理器为核心。被测温度经数字化温度传感器 容量达１６ ＭＢ。ＬＰＣ２２１０采用１４４脚封装，功耗极低， ＤＳ１８Ｂ２０转换成数字信号以“一线总线”送人 具有多个３２位定时器、８路ｌ０位ＡＤＣ、ＰＷＭ输出，最 ＬＰＣ２２１０，经过数据处理后根据ＴＣＰ协议经Ｉｎｔｅｍｅｔ 多可提供７６个ＧＰＩＯ以及多达９个外部中断引脚：采 网络送到上位机显示。 用３级流水线技术，极大地提高了指令执行效率，通 ＡＲＭ核处理器ＬＰＣ２２１０基于支持实时仿真和 过可编程的片内锁相￣（ＰＬＬ）ｚ－－Ｉ实现最大６０ ＭＨｚ的 嵌入跟踪的３２／ｌ６位ＡＲＭ７ＴＤＭＩ—Ｓ ＣＰＵ。片内有１６ ＣＰＵ操作频率。 收稿日期：２００９—１０—１０ 作者简介：潘勇刚（１９７６一），湖北鄂州人，鄂州职业大学电子电气工程系讲师，硕士，研究方向：计算机应用。 １８ 鄂州大学学报 第１７卷 以Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＡＲＭ核处理器ＬＰＣ２２１０为核 源供电方式、寄生电源强上拉供电方式及外部电源 供电方式。 心来实现嵌入式Ｗｅｂ服务器；网络接口芯片采用 Ｒｅａｈｅｋ公司的ＮＥ２０００兼容芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ，它内 置了１０ＢＡＳＥ－Ｔ收发器。通过ＨＲ９０１１７０Ａ器件接入 以太网。［１１ １．２ ＤＳ１８Ｂ２０应用电路 要想使ＤＳ１８Ｂ２０进行精确的温度转换， 线必 须保证在温度转换期间提供足够的能量。由于每个 ＤＳ１８Ｂ２０在温度转换期间工作电流达至０ｌｍＡ。当几 个温度传感器挂在同一根Ｉ／Ｏ线上进行多点测温 美国Ｄａｌｌａｓ半导体公司的数字化温度传感器 ＤＳ１８Ｂ２０是“一线总线”接口的温度传感器．在其内 时，只靠４．７ｋｆｌ上拉电阻就无法提供足够的能量，会 造成无法转换温度或温度误差极大。外部电源供电 方式是ＤＳ１８Ｂ２０最佳的工作方式，工作稳定可靠， 抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出 稳定可靠的多点温度监控系统。因此本系统选用了 部使用了在板（ＯＮ—ＢＯＡＲＤ）专利技术。全部传感元 件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路 内。现在。新一代的ＤＳ１８Ｂ２０体积更小、更经济、更 灵活。同时可传送ＣＲＣ校验码，具有极强的抗干扰 纠错能力。测量范围一１０￣Ｃ－＋１２５。Ｃ，精度为 ．５。Ｃ。 ＤＳ１８Ｂ２０可以程序设定９—１２位的分辨率，它还支持 多点组网功能，实现组网多点测温。它与微处理器 外部电源供电方式，其典型接法如图２所示。在外部 电源供电方式下，ＤＳｌ８Ｂ２０工作电源由ＶＤＤ引脚接 入，此时Ｉ／Ｏ线不需要强上拉，也不存在电源电流不 足的问题。可以保证转换精度．同时在总线上理论 连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 ＤＳｌ８Ｂ２０的双向通讯。其应用电路有三种：寄生电 ＶＣＣ 上可以挂接任意多个ＤＳ１８Ｂ２０传感器，组成多点测 温系统 ＤＳｌ８Ｂ２Ｏ ＤＳ１８Ｂ２０ ＤＳ１８Ｂ２Ｏ ＿＝三・ＶＣＣ ＶＣＣ ＶＣＣ 图２多路ＤＳ１８Ｂ２０的外部电源供电连接方式 １＿３以太网接口电路 舢０１９ＡＳ是一种高度集成的全双工即插即 用的以太网控制芯片，它在一块芯片上集成了 ＲＴＬ８０１９内核和一个１６ＫＢ的ＳＤＲＡＭ存储器。 能兼容ＲＴＬ８０１９控制软件和ＮＥ２０００ ８ｂｉｔ或 这种方式要耗费系统资源。采用哪种方式由 ＲＴＬ８０１９ＡＳ的６５脚０Ｐ）决定。本系统采用第一种即 跳线方式，这时ＪＰ要接高电平；第三种方式一般用 于ＰＣ机中，未用第二种方式又可以省掉一片９３Ｃ４６ 芯片，不但简化了硬件电路设计，而且降低了成本。 ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片内部集成了ＤＭＡ控制器、 ＩＳＡ总线控制器和集成１６ＫＳＲＡＭ、网络ＰＨＹ收发 器。用户可以通过ＤＭＡ方式把需要发送的数据写 １６ｂｉｔ的传输。支持ＵＴＰ，ＡＵＩ，ＢＮＣ和ＰＮＰ自动 检测模式．其接口符合Ｅｔｈｅｒｎｅｔ２和ＩＥＥＥ８０２．３ （１ＯＢａｓｅ５，１０Ｂａｓｅ２，１０ＢａｓｅＴ）标准。 哪０１９ＡＳ支持三种工作方式：第一种为跳 入片内ＳＲＡＭ中，让芯片自动将数据发送出去：而 芯片在接收到数据后，用户也可以通过ＤＭＡ方式 将其读出。ＲＴＬ８０ｌ９ＡＳ与ⅡＩＣ２２１０一般通过外部总 线方式。网络控制器的Ｉ／Ｏ地址和中断都由跳线决 定；第二种为免跳线方式，Ｉ／Ｏ地址和中断由外接 的Ｅ２ＰＲＯＭ ９３Ｃ４６里的内容所决定：第三种为即插 线进行连接。ＲＴＬ８０ｌ９ＡＳ与ＬＰＣ２２０ｏ其硬件连接如 图３所示，限于篇幅ＲＴＬ８０１９ＡＳ有些引脚未画出。 根据地址总线的接线方式ｎＣＳ３参与片选．则 即用方式（ＰＮＰ），Ｉ／Ｏ地址和中断都由软件或操作系 统自动进行管理和配置，用户不必过多干预，当然 第２期 潘勇刚：基于ＡＲＭ的嵌入式温度采集系统设计 ＮＥＴ＿１９ 可知ＲＴＬ８０１９ＡＳ使用ＬＰＣ２２００外部存储控制的 Ｂａｎｋ３部分，而ＲＴＬ８０１９ＡＳ的ＩＯ地址为０ｘ００３００～ ０ｘ００３１Ｆ，所１２ＲＴＬ８０１９ＡＳ在ＳＡ８＝Ｉ；）ＳＡ５＝０的时候 ＲＳＴ为ＬＰＣ２２００输出引脚，ＲＴＬ８０１９ＡＳ中断信 号为中断输入信号，且为外部中断。ＲＴＬ８０１９ＡＳ的 ＳＤ０一ＳＤ１５串了一个４７０欧姆电阻连接到ＬＰＣ２２００ 选通，其数据地址：０ｘ８３４０００００～０ｘ８３４００００１Ｆ。 的ＤＯ～Ｄ１５。 ‘ 图３ ＲＴＬＳ０１９ＡＳ的应用电路 ＲＴＬ８Ｏ１９ＡＳ通过网络变压器ＨＲ９Ｏｌｌ７０Ａ和目 ２．２ ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ移植【２】 前市场上广泛使用的ＲＪ４５接口接人Ｉｎｔｅｍｅｔ，隔离 ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ是一种免费公开源代码、结构小巧、 网络上的干扰信号，而且价格也很低廉．保证系统 具有可剥夺实时内核的实时操作系统。对ｕＣ／ＯＳ— 的正常工作，而且降低了成本。 ＩＩ的移植实际上就是对与处理器有关的代码进行 ２温度采集系统的软件设计 重写或修改，移植工作包括以下三部分内容： ２．１系统的初始化 （１）ＯＳ＿ＣＰＵ．Ｈ文件中，设置１个常量的值，声 为了能够进行系统初始化．采用一个汇编文 明１０个数据类型和３个宏。 件做启动代码，用它实现向量表的定义、堆栈初始 （２）ＯＳ＿ＣＰＵ—Ｃ．Ｃ文件中，用Ｃ语言编写１Ｏ个简 化、系统变量初始化、中断系统初始化、Ｉ／Ｏ初始化、 单的函数。 外围初始化、地址重映射等操作。系统的初始化流 （３）ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ａ．ｓ（ｏｓ＿ＣＰＵ＿Ａ．ＡＳＭ）文件中，编 程如图４所示 写４个汇编语言函数。 ２．３应用任务的设计 ｒｅｓｅｔ 系统的应用任务设计包括ＤＳ１８Ｂ２０转换和以 １ ｒ 太网数据传输。在ｍａｉｎ函数里面建立了一个任务 ● 初始化系统各部分时钟 ｖｏｉｄ ＴＡＳＫ—ＳＴＡＲＴ（ｖｏｉｄ＊ｐｄａｔ￣专门用来建立任务。 设置程度入日指针ＰＣ ２．３．１ ＤＳ１８Ｂ２０转换任务（ＤＳ１８Ｂ２０Ｔａｓｋ） １ ｒ ● 根据ＤＳ１８Ｂ２０的通讯协议，主机（ＡＲＭ）控制 设置中断向量表 初始化存储器和加速模块 ＤＳＩ８Ｂ２０完成温度转换必须经过三个步骤：每一次 １ ｒ 读写之前都要对ＤＳ１８Ｂ２０进行复位操作，复位成功 １ｒ 初始化片内外端口 后发送一条ＲＯＭ指令，最后发送ＲＡＭ指令。这样才 初始化ｃＰｕ堆栈及寄存器 能对ＤＳ１８Ｂ２０进行预定的操作。所以首先要完成对 ｒ １ｒ 初始化应用程序内存空间装 ＤＳ１８Ｂ２０初始化、ＤＳ１８Ｂ２０写、和ＤＳ１８Ｂ２０读的三 初始化存储系统 载空问、数据空间、零初始 个子程序的编写。 Ｉ 化空间 完成了以上这三个基本函数编写之后就可以 实现对ＤＳＩ８Ｂ２０的操作。完成一个温度的转换与读 图４系统的初始化流程 取需要经过以下流程ｆ图５）： 鄂州大学学报 第１７卷 下函数： Ｗｒ Ｄ￥１８２０（ＯｘＳ５） （】）ＳＯＣＫＥＴ ｓｏｃｋｅｔ（ｕｉｎｔｌ６ ａｆ，ｕｉｎｔｌ６ ｔｙｐｅ， 匹配命令 ｕｉｎｔｌ６ ｐｒｏｔｏｃｏ１） 功能描述 创建一个ＳＯＣＫＥＴ 、 （２）ｉｎｔ ｂｉｎｄ（ＳＯＣＫＥＴ Ｓ，ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ ｈ蠢＿Ｊ＇ｓｌ∞Ｏ‘黼ｆ 他 Ｗｒ＿ＤＳ１８２０（Ｏｘｂｅ）发送暂 存器命令 ◆ ｗ 矗ｌ船叩 ｃ，ｔ过多 。静●曩赣掰 ｛Ｒｄ．＿ＤＳ１８２００￣ｔ取慨位 ｎａｍｅ，ｕｉｎｔ ｌ ６ ｎａｍｅｌｅｎ） ◆ 功能描述 ．）Ｉｌ：ｍｉｌｌ ｇｄ＿ＤＳｌＳ２００￣ｇ取青位 对已创建的ＳＯＣＫＥＴ绑定本地 ｗ￡ ￥ｌ ｌ ＦＩ●羲囊令 ｌ ＩＰ地址和本地端口 （３）ｉｎｔ ｃｌｏｓｅｓｏｃｋｅｔ（ＳＯＣＫＥＴ ｓ） ◆ 晦 ｓｌ。２．（期慵亿 ｛ 薮据处理得科十选翻 度 值，保存辫全局变量中 功能描述 ｂａｃｋｌｏｇ） 功能描述端口连接数量 删除已建立的ＳＯＣＫＥＴ ◆ Ｗｒ＿ＤＳ１１２０（颤静》复囊备 曩黄●ｉｎ） ｌ（４）ｉｎｔ ｌｉｓｔｅｎ（ＳＯＣＫＥＴ ｓ，ｕｉｎｔ８＊ｂｕｆ，ｕｉｎｔｌ６ ＿＿一Ｎ— 有通道匹配完毕？ ◆ ＆酣 ．曩０隧《潦备麝传 ●豢ｍ霸鼍蠢羹存入金 冀变量 Ｙ 用于ＴＣＰ服务器定义监听ＳＯＣＫＥＴ ＯＳＳｅｍＰｏｓｔ（ＳｅｎｄＳｔｒ）发送信 号量麓发以太同传 任务 ＯＳＴＩｍｅＤｌｙＨＭＳＭ（Ｏ，Ｏ，Ｉ．０） （５）ｕｉｎｔｌ６ ｓｅｎｄ（ＳＯＣＫＥＴ ｓ，ｕｉｎｔ８书ｂｕｆ， ｕｉｎｔｌ６ ｌｅｎ，ｉｎｔ ｆｌａｇｓ） 廷时ｌ０ 功能描述 图５ ＤＳＩ８Ｂ２０温度转换流程 用于ＴＣＰ连接建立后的数据发 送 ２．３．２以太网数据传输任务（ＴｃｐＴｒａｎｓｍｉｔＴａｓｋ） 这部分主要完成的功能有：实现以太网芯片 ＲＴＬ８０１９ＡＳ的收发数据驱动、在目标系统中运行 （６）ｕｉｎｔ８ ａｃｃｅｐｔ（ＳＯＣＫＥＴ Ｓ，ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ ａｄｄｒ，ｉｎｔ ａｄｄｄｅｎ） 功能描述 用于ＴＣＰ服务器确认客户机的主 动连接 ３结束语 ＴＣＰ，ＩＰ，从而实现以太网数据的收发功能而使采 集处理完的数据通过Ｉｎｔｅｍｅｔ上传到远程ＰＣ机。ＰＣ 机上显示采用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｅｘｐｌｏｒｅｒ浏览器。全速运行系 统后在地址栏内ＳＨ入ａｒｍＪ］￣务器的ＩＰ地址．就可以 远程监控到温度。ＳＯＣＫＥＴ接口函数是ＴＣＰ／ＩＰ的 本文所设计的以太网数据传输系统．很好地 满足了设计的要求，温度采集准确。运行比较稳 定。除用于温度监测外，在系统中的ＡＲＭ外围可接 ＡＰＩ。这部分设计采用ＺＬＧ／ＩＰ协议栈软件包。ＺＬＧ／ ＩＰ是广州周立功单片机发展有限公司开发的面向 嵌入式系统开发的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，是ｚＬＧ系列中 间件的重要成员之一。ＴＣＰ通信用到的ＡＰＩ包括以 人控制电路、其他性能的传感器甚至摄像头等，还 可以实现多种其他特殊需要的远程监测及控制，如 水位监测、视频监控等，具有十分广阔的应用前景。 【参考文献】 【１凋立功．ＡＲＭ嵌入式系统基础教程【Ｍ】．北京：北京航天航空出版社，２００７：８８． ［２］Ｊｅａｎ．Ｌａｂｒｏｓｓｅ．嵌入式实时操作系统ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ（第２版）［Ｍ】．邵贝贝译． Ｅ京：北京航天航空出版社，２００６：２８３．
