家用保险舱温压监控系统的设计与实现.DOC

1、1家用保险舱温压监控系统的设计与实现魏洪涛，罗彩珠（武汉理工大学 信息工程学院，湖北 武汉 430070）摘要：针对家用保险舱的环境监控需求，设计了以 S3C6410 高性能ARM11 处理器为主控制器，配置嵌入式 Linux 软件平台和 Qt 应用程序下的温压控制系统的研究和实现。重点介绍了传感器数据采集模块和监控中心软件的设计，实现了一个基于环境监控系统的温度和压强的实时数据采集和电子设备的自动控制的温压监控系统。关键词：S3C6410；环境监控；温压监控中国分类号：TP335家用保险舱环境监测系统的功能是通过传感器采集舱内外环境信息，这些信息包括温度、气压、空气成分、图像等，再将信息传送

2、给上位机，最终实现实时监控、分析决策以及控制驱动设备正常工作。在一个密闭高温家用保险舱控制系统中，环境监测系统中温度和压强的监测和控制具有非常重要的地位。本文研究环境监控系统中温度和压强的监控系统的设计与实现时，以S3C6410 高性能 ARM11 处理器为上位机，以 C8051 单片机构成数据采样处理单元的硬件平台为下位机，采用 RS232 串口通信完成采样单元与上位机的通信，以 Qt Creator 集成开发环境（IDE）为上层应用开发平台，设计了一套温压监控系统的软件，实现良好的人机交互界面。经在开发板上实验验证，该套系统能实时监测温度和气压的变化情况，经数据处理，从而可以自动控制设备的

3、正常工作，上位机的人机交互界面友好美观 1。这对于整个环境监控系统运行的稳定性和可靠性具有重要意义。1 系统总体设计温压监控系统主要完成以下功能：（1）采集主舱和散热仓内的气压值；（2）采集舱内外的温度值；（3）将测得的气压和温度值显示到 GUI；（4）通过算法分析处理自动控制排气和制冷系统的工作；（5）排气泵和制冷系统可以自动开关，也可以手动开关。温压监控系统总体思路是分别由两个气压传感器测量主舱、排气舱内的气2压、温度值；先由数据采集模块将数据采集进来，然后通过串口将采集的数据传到上位机主控制器，上位机将采集到的数据显示到 GUI 界面上并与阈值比较，判断何时开启排气和制冷系统，从而调用电

4、源管理控制排气和制冷系统的工作状态。同时上位机还设置了排气和制冷系统的手动开关按钮，手动开关按钮优先级高于自动开关，即只要点击了手动开关按钮，就立即开启排气和制冷系统。所设计的系统结构框图包含 ARM 主控制器、数据采集单元、图形界面 GUI、电源管理单元 234。具体结构框图如图 1 所示：图 1 系统结构框图2 硬件设计为了节约用电量，需要让抽气泵工作时间尽可能的短，又综合人在正常情况下可以承受十几个大气压的情况，可以选用较大量程的传感器。我们采用BA80305 型号的数字气压传感器，它的测量范围在 300hpa3300hpa（3 个标准大气压左右），精度 1mba；可以测常温 080 ，

5、采用 SPI/IIC 标准通信协议接口与微处理器通信，供电电压为 1.8V3.6V,参考电压为 3V5。用 C8051 单片机的通用的 I/O 口模拟 IIC 总线通信，读取气压传感器各存储区地址的数据，然后通过串口将数据传到上位机，进行计算处理和应用。气压数据采集模块采用 C8051f340 的单片机，因为此款单片机有仿真器便于调试，选用 IIC 模式通信协议，通过单片机的两组 I/O 口模拟 IIC 标准接口通信，读取两个气压传感器的存储地址的数据，然后通过 RS-232 串口与上位机通信 6。在传输数据时，单片机时钟通过 SCLK（串行时钟）和 SDA（串行数据）与气压传感器模块通信。I

6、IC 总线接口在同一个双向通信的 SDA 管脚响应，因此这种接口只需要两条信号线，不需要片选信号。在 IIC 模式下片选信号（CSB 脚）的增加提供了 LSB 的 IIC 的地址，因此在同一个 IIC 中线上可以携带多个传感器模块工作 789。原理图如图 2 所示：ARM主 控 制 器数 据 采 集 GUI传 感 器 电 源 管 理RS23 排 气 制 冷3图 2 气压传感器采集电路图由于传感器的工作电压和系统工作电压不同，模块采用了电压转换电路，采用系统常用的电源供电，稳压到 3.3V，5V 电源给串口转换芯片供电，3.3V 给单片机最小化系统和传感器电路供电 10。3 监控系统上位机控制抽

7、气泵和制冷的工作分为自动开关和手动开关，可以自动打开也可以手动打开，手动开启后可以自动关闭，手动开关优先级别高于自动开关。软件设计 GUI 时设置了一个手动软件开关按钮。程序中分别设置了两个手动开关按钮状态变量：openFlag 和 closeFlag，都初始化为 false。系统首先初始化，读取气压和温度值，然后判断手动开的状态标志量openFlag 是否为 false，若为 false，就将读取的气压 P 和温度 T 的值与初始阈值比较，若大于初始阈值就调用 AutoOpen（）函数，自动打开排气或制冷设备，不断读取 P 和 T 与阈值 X 比较，若小于 X 值就自动关闭排气或制冷设备，最

8、后返回到初始化状态继续监控。若 openFlag 为 true，就直接调用 ManOpen（）函数，手动启动排气或制冷设备，然后判断手动关闭状态标识量 closeFlag，若为 false，则将读取的气压和温度值与最低阈值 Y 比较，若小于 Y，就自动关闭，若没有就返回不断监测气压和温度的值，继续与 Y 值比较；若 closeFlag 为 true，则直接调用 close（）函数关闭排气或制冷设备 10。气压和温度初始阈值和 X、Y 值分别对应的值如下表 1 所示：4表 1 气压和温度初始阈值和 X、Y 比对表初始阈值 X YT 35（主舱）45（电池舱）阈值-5 10P 2600 Kpa 阈

9、值-600Kpa 81.06Kpa4 温压控制系统测试首先在开发板上烧写用于 Linux 系统的 Images，利用 BootLoader 的下载功能，使用超级终端的串口工具把系统的内核和文件系统移植到开发板上，然后配置内核的启动参数，将 Qtopia4.4.3 移植到开发板上。应用程序经过 arm-linux-gcc-4.5.1 编译器编交叉译完后，生成可执行文件，用 SD 卡将可执行程序移植到所设计的 ARM 上位机上，最后分模块进行连调测试 4。首先将温度、气压传感器的数据采集模块接入电路，重启开发板后，在状态栏中看到气压显示 1014Kpa（一个标准大气压） ，温度 10，数据跟实际值

10、和 PC 机上运行的差不多，说明数据采集没问题。关闭电源，再测试排气泵和制冷系统的自动控制功能。将排气泵和制冷片按指定电压值接入电路中，点击第一操作栏中的“温压调节”按钮，显示”温压控制”的二级操作界面如图 3 所示：图 3 温压调控界面图通过设置气压和温度的阈值，达到自动控制功能；通过点击开关按钮达到5手动控制功能。 阈值设置：用户可以根据自己的需求，自己设置气压和温度的阈值，如图4 所示，点击图中“+” 、 “-”按钮，进行阈值大小调节。 自动开关：当测量的气压和温度值高于阈值就自动开启排气系统和制冷系统；当工作一段时间后低于阈值一定值就自动关闭系统。 手动开关：GUI 上设置手动开关按钮

11、控制，如图 5 所示，点击按钮“开” ，排气泵和制冷能正常工作；也可以点击开关按钮“关” ，如图 6 所示，手动关闭排气和制冷系统。图 4 阈值设置 图 5 手动开 图 6 手动关 在第二操作栏中通过调节阈值，分别对自动和手动进行测试。经测试效果良好，能稳定工作。5 结论温压监控系统从下位机数据采集到上位机信息处理，实现了一个实时数据采集处理和自动控制的监控系统。该系统实现了一个高温密闭的家用保险舱的环境监控系统，具有很好的人机界面，平台移植便捷，对数据信息的显示直观化。特别适用于一些大型特殊的环境监控系统中，不仅性能稳定、界面美观且节能。参考文献：1杨凡. 基于 ARM 的数据监测与数据融合

12、 D.北京：北京交通大学， 20102 冷玉林, 钟将. 基于 ARM 的嵌入式 Linux 系统构建J. 计算机系统应用, 2010 第 19卷 第 11 期：23-273 Dan Li， Ting Li， Dacheng Zhang .A Monolithic Piezoresistive Pressure-Flow Sensor With Integrated Signal-Conditioning CircuitJ. Sensors Journal, IEEE 01 八月 2011, 11 , Issue:9: 2122 - 21284 Jih-Ping Peng； Thayambal

13、li, P.; Chia, G. Pressure Sensor Implementation for Head Media Spacing ReductionJ Magnetics, IEEE Transactions on17 二月 2010 46 , Issue:3: 778 - 7815 王敏 基于 C8051 的数据采集系统设计 J.科技广场,2008 第卷第期:19-2166 三恒星科技 ARM9 原理与应用设计M. 北京: 电子工业出版社 ,2008.20-257刘智国, 张海春基于 S3C2410 的嵌入式串口通信设计J.微计算机信息, 2009 第 25 卷第 4-2 期:1

14、2-148Wenbin Huang ; Guanglong Wang ; Jianglei Lu ; Fengqi Gao ; Jianhui Chen Research of wireless sensor networks for an intelligent measurement system based on ARMJ This paper appears in: Mechatronics and Automation (ICMA), 2011 International Conference on15 八月 2011: 1074 10799 胡鸿志 基于新型温度传感器的数字温度设计

15、 J.电子测量与仪器学报， 2011.8 第 25 卷 第 8 期：741-74410 石舒. 基于 ARM 平台嵌入式数据传输通信软件的设计 D.成都：电子科技大学， 2010Design and implementation of the temperature and pressure monitoring system on home insurance cabinWEI Hongtao,LUO CaizhuAbstract：For household insurance cabin environment monitoring requirements, design the S3C

16、6410 ARM11 processor with high performance mainly controller, the configuration software platform and Qt embedded Linux applications of temperature, pressure control system research and implementation. Focusing on the sensor data acquisition module and the monitoring center of the software design, r

17、ealization based on environmental monitoring system of temperature and pressure of the real-time data acquisition and electronic equipment automatic control of temperature, pressure monitoring system.Key words: S3C6410; Environmental monitoring; Temperature and pressure monitoringWEI Hongtao: Dr;Associate Prof; School of Information Engineering,WUT,Wuhan 430070,China收稿日期：2012.5.9作者简介：魏洪涛（1974-） ，男，湖北省孝感市应城人 武汉理工大学信息工程学院副教授；博士罗彩珠（1986-） ，女，湖北省武汉市黄陂区人 武汉理工大学学生；硕士联系人： 罗彩珠 魏洪涛通讯地址：武汉理工大学西 10-312电子邮箱： ；电话号码：18771026532