基于ARM的仓库温湿度无线监控系统.doc

1、I 摘 要 在仓库的货物的管理中 ，防潮、防霉、防腐、防爆是衡量仓库管理质量的重要指标，它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，我们需要实时知道温湿度的具体变化，因此首要问题就是加强仓库内温度和湿度的监测工作。人工测试方法费时费力、效率低、测试的温度湿度误差大随机性大，而且 库区的面积越来越大，因此我们需要一种造价低廉、使用方便、测量准确、传输能力强和通信距离远的监控系统来有效地对仓库货物进行监管。 本课题是在 ARM 控制系统的基础上，利用 DS18B20 温度传感器、 HS1101 湿度传感器、 AY-nRF905 和 S3C44B0，通过 SPI 总线方式进

2、行 AY-nRF905 与 S3C44B0 的数据通信。同时，通过 DS18B20 温度传感器和 HS1101 湿度传感器在嵌入式系统的控制下来 实现工业现场 温度和湿度数据的采集，将该温度和湿度数据送到AY-nRF905 无线收发模块予以发射出去。在远程进行接收并实现报警、显示温度和湿度以及被送到上位机。 关键 词 :ARM DS18B20 HS1101 NRF905 监控系统 II Abstract In the management of warehouse goods ,moisture, mildew, corrosion, explosion are important indic

3、ators to measure the quality of warehouse-management. They directly affect the life and reliability of the stockpile. In order to ensure the daily work is carried out smoothly, we need to know the real-time and specific changes of temperature and humidity . So the first problem is to strengthen the

4、monitoring of temperature and humidity inside the warehouse. Manual testing method is time-consuming and low efficiency, large randomness of the test temperature and humidity errors, and the area of the reservoir area is more and more large. Therefore, we need a low cost, easy to use, accurate measu

5、rement, transmission capability and the communication distance monitoring system to effectively regulate the storage of goods. This topic is about how to use the DS18B20 temperature sensor, the HS1101 humidity sensor, the AY-nRF905 and S3C44B0 and AY-nRF905 S3C44B0 data communication through SPI bus

6、 based on the ARM control system. DS18B20 emperature sensor and HS1101 humidity sensor in the control of embedded systems down industrial site temperature and humidity data collection, the temperature and humidity data to the AY- nRF905 wireless transceiver module to be transmitted out. Receive and

7、display the temperature and humidity as well as being sent to the host computer in the remote Keywords : ARM DS18B20 HS1101 NRF905 Monitoring system III 目 录 摘要 . I Abstract .II 绪论 . 1 1 温湿度采集系统的硬件设计 . 2 1.1 S3C44B0X . 2 1.1.1 S3C44B0X 硬件 资源 . 2 1.1.2 I/O 功能概述 . 3 1.2 温度传感器部分 . 5 1.2.1 DS18B20 简介 . 5

8、 1.2.2 DS18B20 的主要特性及引脚功能 . 6 1.2.3 DS18B20 的内部结构及工作原理 . 6 1.3 湿度传感器部分 . 8 1.3.1 HS1101 的特点 . 8 1.3.2 HS1101 的参数特性 . 9 1.4 无线传输技术 . 10 1.4.1 AY-nRF905 无线收发模块简介 . 10 1.4.2 AY-nRF905 的管脚排列 . 11 1.4.3 AY-nRF905 的工作模式 . 12 1.4.4 AY-nRF905 的配置过程 . 14 2 温 湿 度采集系统软件设计 . 17 2.1 DS18B20 程序的设计 . 17 2.1.1 DS18

9、B20 初始化程序设计 . 17 2.1.2 DS18B20 读程序设计 . 17 2.1.3 DS18B20 的写程序设计 . 18 2.2 nRF905 控制 程序 . 19 2.2.1 nRF905 寄存器配置程序 . 19 IV 2.2.2 SPI 写操作代码 . 19 2.2.3 SPI 读操作代码 . 19 2.2.4 主机与 nRF905 通信 . 20 2.2.5 使用 nRF905 发送数据 . 20 3 调试部分 . 24 3.1 使用 CodeWarrior 建立工程并进行编译 . 24 3.2 使用超级终端进行测试 . 26 结论 . 28 致谢 . 29 参考文献 .

10、 30 1 绪 论 嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与 BIOS 的工作方式。具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。 嵌入式系 统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括 :工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、 POS 网络及电子商务、环境工程与自然等。本课题就是把嵌入式系统的优势利用到仓库的温湿度监控系统中。 在仓库的货物的管理中 ，防潮、防霉、防腐、防爆是衡量仓库管理质量的重要指标，它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，我

11、们需要实时知道温湿度的具体变化，因此首要问题就是加强仓库内温度和湿度的监测工作。传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进 行监测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低、测试的温度湿度误差大随机性大，而且 库区的面积越来越大，因此我们需要一种造价低廉、使用方便、测量准确、传输能力强和通信距离远的监控系统来有效地对仓库货物进行监管。 本课题的目的就是利用 ARM 控制器来实现工业现场 温度、湿度 的采集和无线传输，在远程可以显示温度和被送到上位机。 2 1 温 湿 度采集系统的硬件设计 本系统以嵌入式系统

12、为核心即 S3C44B0X，组成一个集温度的采集、处理、无线传输、 显示、远程报警为一体的温度采集系统。系统硬件主要由温度传感器 DS18B20、湿度传感器 HS1101、嵌入式系统 S3C44B0X、 AY-nRF905 模块组成。其系统框图见下图： 图 1-1 系统框图 该系统的工作流程是，通过 DS18B20 温度传感器在嵌入式系统的控制下采集温度数据，将该温度数据送与 AY-nRF905 无线收发模块予以发射出去。这个过程是温度数据的发射。同时，该无线数据采集系统也具备接收并 显示温度数据的功能。通过 AY-nRF905 无线收发模块接收数据，并送显示 2。 1.1 S3C44B0X

13、S3C44B0 微处理器片内集成 ARM7TDMI 核，采用 0.25um CMOS 工艺制造。 ARM7TDMI是 ARM公司最早为业界普遍认可且得到了广泛应用的处理器核，特别是在手机和 PDA中，随着 ARM 技术的发展，它已是目前最低端的 ARM 核。 ARM7TDMI 是从最早实现了32 位地址空间编程模式的 ARM6 核发展而来的，可稳定地在低于 5V 的电源电压下可靠的工作；增加了 64 位乘法指令、支持片上调试、 Thumb 指令 集和 EmbededICE 片上断点和观察点。此开发板在如上功能的基础上集成了丰富的外围功能模块，便于低成本设计嵌入式应用系统 1。 1.1.1 S3

14、C44B0X 硬件资 源 （ 1） 在 ARM7TDMI 基础上增加 8KB 的 Cache； （ 2） 外部扩充存储器控制器（ FP/EDO/SDRAM 控制，片选逻辑）； DS18B20 温度采集 HS1101 湿度采集 S3C44B0X AY-NRF905 数码管显示 3 （ 3） LCD 控制器（最大支持 256 色的 DSTN），并带有 1 个 LCD 专用 DMA通道； （ 4） 2 个通用 DMA 通道 /2 个带外部请求引脚的 DMA 通道； （ 5） 2 个带有握手协议的 UART， 1 个 SIO； （ 6） 1 个多主的 IIC 总线控制器； （ 7） 1 个 IIS 总

15、线控制器； （ 8） 5 个 PWM 定时器及一个内部定时器； （ 9） 看门狗定时器； （ 10） 71 个通用可编程 I/O 口， 8 个外部中断源； （ 11） 功耗控制模式：正常、低、休眠和停止； （ 12） 8 路 10 位 ADC； （ 13） 具有日历功能的 RTC（实时时钟）； （ 14） PLL 时钟发生器。 1.1.2 I/O 功能概述 三星开发板 44B0 拥有 71 个通用可编程多功能输入 /输出引脚，可分为以下 7类端口： （ 1） 两个 9 位输入 /输出端口（ PortE 和 PortF）； （ 2） 两个 8 位输入 /输出端口（ PortD 和 PortG）；

16、 （ 3） 一个 16 位输入 /输出端口（ PortC）； （ 4） 一个 10 位输出端口（ PortA）； （ 5） 一个 11 位输出端口（ PortB）。 每个端口都可通过软件设置来满足各种各样的系统设置和设计要求。每个端口的功能通常都要在主程序开始前被定义 3。如果一个引脚的多功能没有使用，那么这个引脚将被设置为 I/O 端口。在引脚配置之前，需要对引脚的初始化状态进行设定，以避免一些问题的出现。 I/O 端口的各种功能主要是通过对端口各个寄存器进行设置而实现的，下面通过 对各个寄存器的说明来分别介绍 I/O 端口所能实现的功能。 （ 1） 端口配置寄存器（ PCONAG） 4 在

17、 44B0 中，大多数引脚都是多功能引脚。因此，应为每个引脚选择功能。端口控制寄存器（ PCONn）决定了每一个引脚的功能。 如果 PG0PG7 在掉电模式下被用作唤醒信号，则在中断模式下这些端口必须被设定。 （ 2） 端口数据寄存器（ PDATAG） 如果这些端口被设定为输出端口，则输出数据可被写入 PDATn 相应位；如果被设定为输入端口，则输入数据可被独到 PDATn 相应位。 （ 3） 端口上拉寄存器（ PUPCG） 端 口上拉寄存器控制着每一个端口组的上拉寄存器的使能端。当相应的位被设为 0 时，引脚接上拉电阻；当相应的位被设为 1 时，引脚不接上拉电阻。 （ 4） 特殊的上拉电阻控

18、制寄存器（ SPUCR） 数据线 D15:0引脚的上拉电阻能够通过 SPUCR 寄存器来控制。 在 STOP/SL-IDLE 模式，数据线（ D31:16或 D15:0）处于高阻状态（ Hi-zState）。由于 I/O 端口的特征，在 STOP/SL-IDLE 模式，数据在线拉电阻可降低功耗。 D31:16引脚的上拉电阻能够通过 PUPC 寄存器来控制； D15:0引脚的上拉电阻能够通过SPUCR 寄存器来控制。 在 STOP 模式，为使寄存器不出现错误功能（ Mal-function），存储器控制信号通过在特殊的上拉电阻控制寄存器里设置 HZSTOP 区域来选择高阻状态（ Hi-zStat

19、e）或先前的状态。 外部中断控制寄存器 8 个外部中断可用各种信号来请求。外部中断寄存器为外部中断设置了信号触发方法选择位，也设置了触发信号的极性选择位。外部中断请求信号触发的方法有以下几种：低电平触发、高电平触发、下降沿触发、上升沿触发及双沿触发。 因为每个外部中断引脚都有一个数字滤波器，这 使中断控制器能够识别长于 3个时钟周期的请求信号。 外部中断挂起寄存器（ EXTINTPND） 外部中断请求（ 4/5/6/7）对于中断控制器来说是 “或 ”的关系。 EINT4、 EIN5、EIN6、 EIN7 共享在中断控制器里同一个中断请求队列。如果外部中断请求的 4 位5 中的任何一位被启动，那

20、么 EXTINTPNDn 将会被设置为 1。外部挂起条件清除以后，中断服务程序必须清除中断挂起状态。可通过 EXTINTPND 对应位写 1 来清除挂起条件。 1.2 温度传感器部分 图 1-2 S3C44B0X与 DS18B20的接口电路图 DS18B20的 I/O口是数据输入输出端 它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平 ，它与 S3C44B0X的 GPF4相连， DS18B20的接地端（ GND）和 VDD分别与S3C44B0X的接地端和 VDD相连接。 1.2.1 DS18B20简介 DS18B20 是美国半导体公司继之后最新推出的一种数字化单总线器件，属于新一代适配微处理

21、器的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9-12位的数字值读数方式。可以分别在 93.75ms和 750ms内完成 9位和 12位的数字量，并且从 DS18B20读出的信息或写入 DS18B20的信息仅需要一根口线 （ 单线界面 ） 读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。同时其 “ 一线总线 ” 独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。DS18B20“ 一线总线 ” 数

22、字化温度传感器支持 “ 一线总线 ” 界面，测量温度范围为 55 125 ，在 10 +85 范围内，精度为 0.5 。现场温度直接以 “ 一线总线 ” 的数字方式传输，用符号扩展的 16位数字量方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。因此，数字化单总线器件 DS18B20适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较都有了很大的改进，给用户带来了更方便和更令人满意的效果。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和6 大型设备中 10-11。 1.2.2 DS18B20的主要特性及引脚功能

23、（ 1） DS18B20的主要特性： 全数 字温度转换及输出。 先进的单总线数据通信。 最高 12位分辨率，精度可达 0.5摄氏度。 可选择寄生工作方式。检测温度范围为 -55 +125 （ -67 +257 ）。 内置 EEPROM，限温报警功能。 64位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多级挂接。 多样封装形式，适应不同硬件系统。 负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护DS18B20不会因为发热而烧毁。但此时芯片无法正常工作。 （ 2） DS18B20引脚功能： DS18B20采用两种封装结构分别为 PR-35封装和 SOS封装。 I/O为数据输入输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。 GND 电压地 DQ 单数据总线 VDD 电源电压 NC 空引脚。 DS18B20的封装图如下图 1-3所示。 图 1-3 DS18B20 封装图 1.2.3 DS18B20的内部结构及工作原理 DS18B20的内部结构框图见下图 1-4。它主要包括 7个部分 ： 1、寄生电源； 2、温度传感器； 3、 64 位激光（ loser） ROM 与单线界面； 4、高速暂存器，即便筏式 RAM，