嵌入式设计背景.doc

1.1设计背景：
在数字化推进速度加快的大背景下，全球农业也由传统农业向现代农业方向转变，而实现农业信息与数字化则是现代化农业的重要标志与核心技术。我国农业具有地域分散、对象多样、生物自身变异大、环境因子不确定等特点，也是受环境影响最明显的领域，因此对环境与生物信息的监测显得十分重要。同时现代无线网络信息技术和计算机应用等技术近几年得到了长足的发展，广泛的应用于工业的各个领域。因此，将这些最新的技术应用于相对发展较慢的农业各领域显得迫在眉睫。 本文根据农业对象具有偏远、分散、易变、多样等特点，提出了一种针对农业环境信息远程监测的...
近年来，出现了气候异常、全球变暖、厄尔尼诺等一系列的环境问题。中美两国相继宣布减排行动目标，让“哥本哈根”旋风一夜间席卷全球。环境问题受到了人们高度的关注。研究环境问题一个关键步骤就是环境监测。传统的环境监测都是基于计算机的监测系统，此类系统体积庞大，成本高，系统工作环境苛刻，不能满足大面积的、长时间的实时环境监测的要求；利用传感网组建的无线环境监测系统体积小，成本低，适应性好，可以实现实时自动监控，是大面积长时间环境监测的最佳方案。
无线环境监测技术应用很广泛。如：在农业上的应用，用于温室室内温度，湿度，光照，风速，风向以及雨量等气候的因子的监测，根据监测出来的结果通过一些调控措施，对温室环境进行调控，创造出适合作物生长的生态环境；在生活中的应用，用于对室内气候因子，根据监测出来的结果再通过调控给人创造出更舒适的生活环境，还可以根据这个监测系统的原理制造智能家居，给家庭的日常生活带来很多便利；在工业上，应用于地下石油、煤矿、存放粮食仓库的温度等的探测；在医学上，利用无线环境监测技术监测病人的病情，便于下一步的治疗，为病人早日康复提供了有力保障；此外无线环境监测技术在地震等自然灾害中发挥了重要作用，利用无线探测仪探测出废墟是否有生命迹象，给救援人员提供可靠信息，大大降低了灾害中的伤亡人数，将财产损失降到了最低点。

1.2现状及应用分析

环境的检测在一些生产制造行业起着举足轻重的作用,广泛应用于社会生活的各个领城,适用于家电、食品、汽车、材料、电力电子等行业,尤其在石油、化工、电力、冶金等重要工业领域,对温湿度的测量和监控是非常重要的一个环节,对于保证产品生产质量具有重要的现实意义。所以生产出一个便携的、灵活、操作简单、功能强大的环境监测系统具有非常重要的意义。 在国内监测仪器行列,技术相对比较落后,与国外一些先进的环境监测系统相比,存在许多不足,不能满足当前对环境监测质量的要求。针对这种情况,提出了本课题,本文探讨了一种以ARM9为硬件平台,采用嵌入式Linux操作系统的温湿度监测系统的研究和实现。 本文首先论述了环境监测系统的重要作用,以及国内温湿度监测仪存在的不足之处,并根据需求对系统整体进行了分析和设计旨在开发一个功能强大的基于ARM9的便携式环境监测系统。该系统选择了S3C2410微处理器,代替了以往功能单一的单片机,丰富的外围接口、较高的处理能力使得该系统功能更加完善。同时引入了Linux操作系统,实现任务,资源的合理调度。使用ZigBee无线组网协议,开发大面积多测点的数据采集网络。网关通过串口跟嵌入式平台传输数据,以MiniGUI为图形用户界面支持系统,SQLite为数据库引擎,进行系统的软件设计,从而实现采集数据的存储与显示。 本文简单介绍了软硬件平台的设计和方案和嵌入式系统的相关概念后,重点论述了软件环境的建立、相关组件的的选择、以及嵌入式平台上应用程序的设计和开发,最后,对论文和工作进行了总结和展望。因此在工业、农业、生产业、制造业及家庭等方面有广泛的应用前景和趋势。

针对特定环境进行基于ARM处理器的监测系统。整个监测环境参数采集系统由现场采集终端和通信控制单元两部分组成。从而完成对特定环境的气压、湿度、温度的采集，并通过CTCP/IP网络上传到终端服务器，基于ARM的可嵌入式操作系统（LINUX）的具有开放性、微型化、强功能、网络互联、构建友好人机界面的功能监控装置。测试表明该系统测量精度高，运行稳定、可靠。表明了基于ARM处理器的监测系统的可行性。
监测环境参数采集系统完成对特定环境的气压、湿度、温度的采集，并保持各个设备处在正常的工作范围内，选择精度高，稳定可靠，传输出的信号易于处理且不易受干扰的传感器。
设计一个基于ARM的无线监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。以ARM为核心构成监测终端电路；其优点是芯片功能强大，数据处理时间短，外围电路简单,设计简单。该装置由监测终端和不多于255个探测节点组成。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。探测节点有编号预置功能，探测节点能够探测其环境的温度和光照信息。
温度传感器部分

1.3涉及技术
GPRS技术，
通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动xx用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输。
嵌入式系统，
嵌入式技术执行专用功能并被内部计算机控制的设备或者系统。嵌入式系统不能使用通用型计算机，而且运行的是固化的软件，用术语表示就是固件（firmware），终端用户很难或者不可能改变固件。.
组网技术，
组网技术就是网络组建技术，分为以太网组网技术和ATM局域网组网技术。以太网组网非常灵活和简便，可使用多种物理介质，以不同拓扑结构组网，是目前国内外应用最为广泛的一种网络，已成为网络技术的主流,以实现各传感器之间的通信。
传感器技术
传感器技术的技术应用和传感器技术的设计资料以及传感器技术电路图。用以搜集特定环境下的各类信息采集。对物理量进行第一时间的感知和记录，其功能类似人的五官。
基于ARM嵌入式硬件开发平台和Linux操作系统的基础上,深入研究了在嵌入式环境中实现环境检测的关键技术

三．实验原理
1.DS18B20 一线总线温度传感器
工作原理：本实验通过DS18B20采集环境温度，当单片机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一，Read ROM(读ROM) Match ROM(匹配ROM) Skip ROM(跳过ROM) Search ROM(搜索ROM) Alarm search(告警搜索) 然后对发存储器操作命令对DS18B20进行读写数据转换等操作。单片机使用时间隙(time slots)来读写DSl820的数据位和写命令字的位，然后将读到的数据转换BCD码在数码管显示出来
2.特点: 1)体积小,安装方便
2)可联网,方便分散点测量
3)三线∕二线式连接方式
4)测量范围-55℃~+125℃
5)测量精度 : ± 0.5℃(使用校准算法可达±0.2
4.实验原理图（protues仿真图）

实验原理简述：
本实验通过DS18B20采集环境温度，当单片机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令， 然后存储器操作命令对DS18B20进行读写数据、转换等操作。单片机使用时间隙(time slots)来读写DSl820的数据位和写命令字的位，然后将读到的数据转换为BCD码在数码管显示出来，于是我们就可以在数码管上读取环境的温度了。

主程序流程图

初始化温度
调用读温度子程序
将读出的二进制温度转化为压缩BCD码
显示温度
开始

温度转化子程序流程图
初始化
跳过ROM匹配
写DS18B20
发出温度转换命令
跳过ROM匹配
读DS18B20

6. 事物接线图：