1、 学 位 论 文 基于 ARM 的远程温度 监测系统的设计 作 者 姓 名： 郝冬冬 学 科 专 业： 通信工程 学 号： 092027111 指 导 教 师： 焦冬莉讲师 完 成 日 期： 2013-6-9 太原工业学院 Taiyuan Institute of Technology太原工业学院毕业设计（论文） I 诚信申明 本人申明： 本人所提交的毕业设计（论文）基于 ARM 的远程温度监测系统的设计 的所有材料是本人在指导教师指导下独立研究、写作、完成的成果，设计（论文）中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在设计（论文）中加以说明；有关教师、同学和其他人员对我的设计（论文
2、）的写作、修订提出过并为我在设计（论文）中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。 本设计（论文）和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 特此申明。 本人签名： 2013年 06月 15日 基于 ARM 的远程温度监测系统的设计 II 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 基于 ARM 的远程温度监测系统的设计 系部： 电子工程系 专业： 通信 工程 学号： 092027111 学生： 郝冬冬 指导教师（含职称）： 焦冬莉（讲师 ） 专业负责人： 焦冬莉 1 设计（论文）的主要任务及目标 随着科技的发展，人类进入了信息时代，人类对信息的获取越来越多，但是信息时代的
3、另外一个重要的特点是人们在生产生活中越来越多的依赖信息技术，从而达到节省时间，提高效率，节约经费的目的。目前，信息技术的一个重要应用方向是远程温度监测技术，温度是最基本的环境参数，人们的生活与其息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度测量方法和装置具有重要的意义。 温度监测可以分为现场和远程监测，现场监测就是在测量对象附近显示数值，特定场合下由于监测地点比较分散、偏远、环境对工作人员身 体健康有害等，采用传统的温度测量方式周期长、成本高，而且工作人员必须到现场进行测量，因此工作效率非常低，且不便于管理。远程监测就是在测量对象附近放置信号发射装置，
4、将现场采集到的温度数值发射到工程师的接收器上。系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。监测分站和监测中心之间通过网络方式传递数据，避免了工作人员到现场测量，大大提高了工作效率。 本课题所设计的远程温度监测系统，是以仓库温度为研究对象，通过使用 DS18B20温度传感器和 ARM 开发板，将采集到的数据传输到网页上，用户在网页上实现对仓库温度的实时查询。应用此系统，可以使仓库管理者能够实时的知道仓库温度的变化，避免管理者长期呆在仓库，减少人力物力。 2 设计（论文）的基本要求和内容 （ 1） 查阅相关资料，了解远程温度监测系统基本结构，常规应用，参数指标； （ 2） 确定远程温度监测系统的结构
5、，外围条件，基本参数； （ 3） 进行全局方案的选定、确定； （ 4） 完成系统设计及相关代码的编写。 太原工业学院毕业设计（论文） III 3 主要参考及文献 1谭浩强 .C程序设计（第三版） .北京：清华大学出版社， 2005 2宋宝华 .Linux 设备驱动开发详解（第 2版） .北京：人民邮电出版社 ， 2010 3李晓林等 .单片机原理与接口技术（第 2 版） .北京：电子工业出版社。 2011 4刘伟等 .CGI 技术全面接触 .北京：清华大学出版社， 2001 5冯博琴等 .微型计算机原理与接口技术（第 3 版） .北京：清华大学出版社， 2011 6吴继峰 .基于 TCP/IP
6、 协议的网络测控仪表的设计与实现 .东北：东北大学出版社，2005 7张越等 .基于 DS18B20 温度传感器的数字温度计 .2005 8唐继贤 .51 单片机工程应用实例 .北京：北京航空航天大学出版社， 2009 9Katsuhiko Ogata.Modem Control EnguneeringM.Publisshing house of electronics industry,2000 10MSP430X4XX Family Users Guinde.texas Insets,2000:26-32 11Abmad W.Biphase amplifier for precision
7、controlled rectification and polar logic operations IEEE Trans Ind Electron,1991,38(1):62-6 12Soclof S.Analog integrated circuits.prentice-Hill,1985 13Wang Z.Full-wave precision rectification that is performed in current domain and very suitable CMDS implementation.IEEE Trans.Circuits Syst.1992 14樊建
8、明等 .基于数字温度湿度传感器的温室多点 测量系统设计 J.传感器与微系统， 2007,26（ 7）： 1-15 15郁有文等 .传感器原理及工程应用 .西安：西安电子科技大学出版社， 2000 4.进度安排 设计（论文）各阶段名称 起止日期 1 整理开题报告 3.13.10 2 学习相关知识，提出设计方案 3.105.2 3 确定指标选择设计方案 5.35.13 4 系统设计 5.145.22 5 论文修改整理 5.236.11 基于 ARM 的远程温度监测系统的设计 IV 基于 ARM的远程温度监测系统的设 计 摘要 随着 网络技术的不断发展， Internet 技术已经渗透到日常生活和工
9、业生产 的各 个领域 ，这也使得实现智能传感器的网络通信功能成为可能。为了实现信息的采集和传输的 协调和统一，将计算机网络技术和智能传感器相结合就十分必要。 本设计采用嵌入式系统为核心，通过 DS18B20 温度传感器采集当前的温度数据，并传送 给 ARM 板 处理后显示在液晶显示屏上。将其直接接入网络，用户便可使用联网的计算机访问该系统，实现对温度随时的监控。实际上就是在该系统上建立 WEB 服务器，用户通过浏览器查看传感器的温度值，并能通过服务器进行简单的控制。 关键词 ： 嵌入式 Linux 操作系统， WEB， DS18B20 温度传感器， ARM 太原工业学院毕业设计（论文） V D
10、esign of remote temperature monitoring system based on ARM Abstract With the continuous development of network technology, Internet technology has penetrated into every field of daily life and industrial production, it also makes the function of intelligent sensor network communication possible. In
11、order to achieve the coordination and integration of information collection and transmission, combining computer network technology and intelligent sensor is very necessary. This design USES embedded system as the core, the current temperature data gathered through DS18B20 temperature sensor, and tr
12、ansmitted to the ARM board display on the LCD screen after processing. Its direct access to the network, the user can use networked computers to access the system, implementation of temperature monitoring at any time. Is actually set up a WEB server on the system, the user through a browser to view
13、sensors of temperature, and can be easy to be controlled by the server. Key words： embedded Linux operating system， WEB， DS18B20 temperature sensor ， ARM 基于 ARM 的远程温度监测系统的设计 VI 目录 1绪论 . 1 1.1 系统的定义及构成特点 . 1 1.2 嵌入式系统的两种应用模式 . 3 1.3 研究远程温度监测的前景 . 4 2设计方案及设备选择 . 6 2.1 设计分析 . 6 2.2 温度传感器的选择 . 7 2.3 传感器
14、介绍 . 8 2.3.1 DS18B20 的外型及内部结构 . 8 2.3.2 DS18B20 工作原理 . 9 2.4 功能说明 . 12 3开发流程 . 13 3.1 开发环境： . 13 3.2 工具安装： . 13 4软件设计 . 17 4.1 DS18B20 驱动程序 . 17 4.2 应用程序 . 20 4.3 CGI 程序 . 25 4.4 HTML 程序 . 30 5系统测试 . 31 总结 . 35 参考文献 . 37 致谢 . 38 太原工业学院毕业设计（论文） 1 1 绪论 本章主要介绍嵌入式系统的发展，然后介绍了网络化的远程监控和研究本设计的意义，最后介绍了本论文所完成
15、的工作及成果。 1.1 系统的定义及构成特点 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式处理器一般具备以下 4 个特点： （ 1） 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度 。 （ 2） 具有功能很强的储存区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区起保护功能，同时也有利于软件诊断。 （ 3） 可扩展的处理器结构，以能迅速开发出满足相应的最高性能的嵌 入式微处理 器。 （ 4） 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和 通
16、信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有 mW甚至 W 级。 目前，在嵌入式系统应用领域中，不少人对什么事嵌入式系统不甚了解。有些人搞了十多年的单片机应用，不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统；也有些人在解释什么是嵌入式系统时，不是从定义出发，二是列举了嵌入式系统的一些特点，往往不知所云。因此，有必要从现代计算机的发展历史，了解嵌入式系统的由来，从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。 嵌入式技术的发展，大致经历了四个阶段 ： 第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中
17、，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。 第二阶段是以嵌入式 CPU 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段的操作系统具有一定的兼容性和扩展性，但用户界面不够友好。 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：基于 ARM 的远程温度监测系统的设计 2 嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（ API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。
18、 第四阶段是以基于 Internet 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于 Internet 之外，但随着 Internet 的发展以及 Internet 技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与 Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。 综上所述，嵌入式系统技术日益完善， 32 位微处理器在该系统中占主导地位，嵌入式操作系统已经从简单走向成熟。嵌入式系统已由原先的单一的、非实时的控制系统发展成多元的、实时控制系统。嵌入式系统的性能越来越完善，使得它的应用涉及到很多领域。 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作
19、系统及上层应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的系统。 嵌入式系统的特点在于： （ 1）面向用户，面向产品，面向应用： 和通用计算机不同，嵌入式系统的工耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力等方面均受到应用要求的制约，如果独立于应用自行发展，则会失去市场。 （ 2） 高效性，高可靠性： 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，去除冗余，力争在同样的成本下实现更强的性能，这样才能在具体应用的选择面前更具有竞争力。 在硬件方面，嵌入式系统要针对用户的具体需求，对系统配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能甚至根据用户的特殊需求，设计不同的系统以面向不同的用户。 在软件方面，要
20、求代码高质量，高可靠性，要求程序编写和编译工具的质 量要高，以减少程序二进制代码程度，提高执行效率，节省宝贵的存储空间。 （ 3） 相对稳定性： 嵌入式系统应和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。嵌入式系统中的软件，一般都固化在只读存储器中，而不是以磁盘为载体，可以随意更换，所以嵌入式系统的生命周期也和嵌入式产品一样长。另外 ，各个行业的用用系统和产品，和通用计算太原工业学院毕业设计（论文） 3 机不同，很少发生突然性的跳跃，嵌入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技术衔接性，发展比较稳定。 1.2 嵌入式系统的两种应用
21、模式 嵌入式系统的嵌入式应用特点，决定了它的多学科交叉特点。作为计算机的内含，要求计算机领域人员介入其体系结构、软件技术、工程应用方面的研究。然而，了解对象系统的控制要求，实现系统控制模式必须具备对象领域的专业知识。因此，从嵌入式系统发展的历史过程，以及嵌入式应用的多样性中，可以了解到客观上形成的两种应用模式。 （ 1） 客观存在的两种应用模式 嵌入式计算机系统起源于微型机时代，但很快就进入到独立发展的单片机时代。在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中，以电子技术应用工程师为主体，实现传统电子系统的智能化，而计算机专业队伍并没有真正进入单片机应用领域。因此，电子技术应用
22、工程师以自己习惯性的电子技术应用模式，从事单片机的应用开发。这种应用模式最重要的特点是：软、硬件的底层性和随意性；对象系统专业技术的密切相关性；缺少计算机工程设计方法。 虽然在单片机时代，计算机专业淡出了嵌入式系统领域，但随着后 PC时代的到来，网络、通信技术得 以发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟了广阔天地。计算机专业人士的介入，形成的计算机应用模式带有明显的计算机的工程应用特点，即基于嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式底层应用。 （ 2） 两种应用模式的并存与互补 由于嵌入式系统最大、最广、最底层的应用是传统电子技术领域的智能化改造，因此，以通晓对象专业的电子技术队伍为主，用最少的嵌入式系统软、硬件开销，以8位机为主，带有浓重的电子系统设计色彩的电子系统应用模式会长期存在下去。另外，计算机专业人士 会愈来愈多地介入嵌入式系统应用，但囿于对象专业知识的隔阂，其应用领域会集中在网络、通信、多媒体、商务电子等方面，不可能替代原来电子工程师在控制、仪器仪表、机械电子等方面的嵌入式应用。因此，客观存在的两种应用模式会长期并存下去，在不同的领域中相互补充。电子系统设计模式应从计算机应用
