网络智能温度传感器系统的设计

传感器是获取信息的重要工具，在工业生产，科学技术和其他领域中发挥着重要作用. 但是，随着微处理器技术的飞速发展以及测控系统自动化和智能化的发展，传统的传感器已经与各种微处理器结合在一起并连接到网络上，形成信息检测，信号处理和逻辑思维. 例如智能，传感器等一系列功能.

1网络智能传感器简介

联网的智能传感器使传感器从单功能，单检测发展为，多点检测. 从被动检测到主动信息处理；从现场测量到远程实时测量与控制. 通过网络可以将传感器连接到附近的网络，并且无需在传感器与测量和控制设备之间进行点对点连接，从而极大地简化了连接线并简化了系统维护和扩展. 联网智能传感器一般由信号采集单元，数据处理单元和网络接口单元组成. 这三个单元可以由不同的芯片组成，也可以是整体的. 网络智能传感器的核心是嵌入式微处理器. 嵌入式微处理器具有体积小，功耗低，可靠性高，抗干扰能力强的特点. 该系统使用嵌入式微处理器作为核心，并使用数字温度传感器作为采集单元. 系统设计中采用的是信息技术领域的最新B / S（浏览器/服务器，浏览器/服务器）结构. 使用浏览器作为统一客户端，无需安装软件，使用起来更加方便.

2系统硬件设计

2.1总体框架

嵌入式微处理器LPC2210基于16/32位ARM7TDMI-S CPU微控制器，支持实时仿真和嵌入式跟踪. 功耗极低，具有多个32位定时器，8个10位ADC，PWM输出以及多达9个外部中断，特别适用于工业控制和医疗系统；由于内置了广泛的串行通信接口，因此非常适用于通信网关，协议转换器智能温度传感器，嵌入式软调制解调器和其他类型的应用程序.

嵌入式Web智能温度传感器系统设计的总体框架如图1所示.

2.2电源模块

LPC2200系列ARM7微控制器应使用2组电源，I / O端口电源为3.3 V，核心和片上设备电源为1.8 V应用系统. 如图2所示，首先从CZ1电源接口输入9 V DC电源智能温度传感器，二极管D1防止电源反向连接，并通过两个电容器C1和C2滤波；然后，通过LM7805将电源调节至5V，然后使用LDO芯片（低压差电源芯片）调节输出3.3V和1.8V.

2.3温度传感器

温度传感器使用单行数字温度传感器DS11820，它是Maxim生产的智能温度传感器，属于新一代自适应微处理器. 温度测量范围宽，范围从55到+ 125°C，固有的温度测量分辨率为O. 5℃. 它支持“单线总线”接口，即只需要一条端口线（单线接口）即可从DS188020读取信息或向DS188020写入信息. 温度转换电源来自数据总线，并且总线本身也可以为连接的DSl8820提供电源，而无需额外的电源. DSl8820将温度测量和A / D转换集成为一体. 根据实际需要，可以通过简单的编程实现9到12位数字值的读取. 具有体积小，接口方便，传输距离长的特点.

DS18820与微处理器LPC2210的连接图如图3所示. 注意，应增加一个电阻为5.1kΩ的上拉电阻.

2.4网络接口

网络接口使用当前常用的10 Mbps嵌入式以太网控制芯片RTL8019. 它是一个高度集成的以太网控制芯片，集成了DMA控制器，ISA总线控制器，16 KB SRAM和网络PHY. 用户可以通过DMA将要发送的数据写入片上SRAM，然后让芯片自动将数据发送出去. 芯片接收到数据后，用户还可以通过DMA读取数据.

RTL8019AS和LPC2210通常通过外部总线连接，连接关系如表1所示.

从表1可以看出，RTL8019AS使用LPC2210的外部存储控件的Bank2部分，而RTL8019AS的I / O地址为0x00300〜Ox0031F，因此当SA8 = 1，SA5 = O时，RTL8019AS被门控. 其数据地址为0x83400000〜Ox83400001F.

NET_RST是LPC2210的输出引脚，RTL8019AS中断信号是中断输入信号，它是一个外部中断. RTL8019AS的SDO〜SD15有一个470Ω电阻连接到LPC2210的D0〜D15. 此外，系统还增加了一个LCM接口，可以直接支持SMG240128A点矩阵图形LCD模块，方便通过LCD实时显示传感器接收到的温度.

3系统软件分析

3.1总体设计

系统开发使用ARM公司的ADS1.2作为开发和编译环境. 移植了μC/ OS-II操作系统，该操作系统主要用C语言编写. 要将μC/ OS-II移植到ARM处理器，需要修改与ARM体系结构相关的三个文件: OS_CPU. H，0S_CPU_A. ASM，OS_CPU_C. C.有关具体的移植，请参阅相关书籍.

程序首先调用OSinit（）来初始化μC/ OS-II，以完成操作系统内部某些变量，数据结构和宏定义的初始化. 在开始多任务之前，还必须创建一个名为Task0（）的任务，这非常重要，否则用户的应用程序将崩溃. 在主要任务中，首先调用TargetInit（）函数来初始化目标板. 模板包含此初始化功能，该功能可完成板上硬件的一些初始化工作. 然后启动多任务环境并创建3个任务，以实现系统的最终目标. 这三个任务包括: 温度收集和传感器处理；以及温度比较和液晶显示；建立一个Web服务器. 设计过程中的关键问题如下所述.

3.2软件设计中的关键技术问题

3.2.1传感器的温度收集

在传感器数据采集的软件编程中，使用了单线总线协议. 通过单线总线访问DSl8820的协议包括: 初始化DSl8820，ROM操作命令，存储器操作命令以及读取数据/处理数据.

根据DS188020的初始化顺序，写入顺序和读取顺序，编写三个子程序: Init_DS188020是初始化子程序； WriteOneChar是写（命令或数据）子程序； ReadOneChar是读取数据子程序. 所有数据读/写都从最低位开始.

系统的读取字节子例程的流程如图4所示.

温度传感器收集的关键任务程序代码如下:

3.2.2建立Web服务器

要在微处理器中构建Web服务器，主要有必要实现TCP / IP协议栈的移植. ZLG / IP软件包主要用于设计中. 它是由广州市周立功微控制器开发开发的用于嵌入式系统开发的TCP / IP协议栈. 它是ZLG系列中间件的重要成员之一. ZLG / IP提供了在Internet上实现IP联系人的功能，并且是一种高性能的嵌入式TCP / IP协议栈软件. 它使用μC/ OS-II实时操作系统的信号机制来实现多任务并行，可重入协议栈. 它完全用ANSI C编写，可以支持多个CPU，例如μC/ OS-II. ZLG / IP还具有层次清晰，易于升级和修改的特点. ZLG / IP软件包可在参考资料中找到.

ZLG / IP采用模块化分层结构设计，其结构如图5所示.

在图5中，TCP / IP应用程序是用户自己编写的μC/ OS-II任务，是ZLG / IP的用户，并且位于整个程序的最高级别. TCP / IP应用程序调用ZLG / IP提供的Socket API接口功能，以在网络上执行相应的操作. Socket API接口位于TCP / IP协议和应用程序之间. 它是用户操作协议栈程序的工具. 在应用程序中，通过调用Socket API接口函数来操作协议栈软件. TCP和UDP处理模块是在协议栈程序中处理传输层协议的模块. 它们负责在传输层封装和分解数据，并保存传输层的连接状态. 点划线的内部是接收过程，包括IP报告，ARP报告，ICMP报告以及以太网层的数据接收驱动程序的处理. 接收到数据后，接收驱动程序模块首先将其分类. 如果是IP报告，则由IP处理模块处理；如果是ARP报告，则由ARP协议处理. ARP请求消息调用以太网发送模块发送ARP响应消息. IP处理模块对数据进行分类，然后将TCP或UDP报告传输到上层传输层模块进行处理，而ICMP协议处理模块负责处理IC-MP协议. IP发送模块负责封装IP报告，并将封装后的IP报告发送给下级发送模块. IP发送模块具有4个上层模块调用: 套接字API接口，UDP处理，TCP处理和ICMP处理. 它们将相应的参数传输到IP发送模块，该模块由IP发送模块封装. 以太网传输驱动程序模块是属于以太网层的处理模块，负责封装以太网报告和数据的传输. 调用它的模块包括ARP处理模块和IP传输模块.

因为使用了B / S结构，所以编程使用TCP通信的Socket API. 编写TCP通信的任务分为服务器模式和客户端模式. 服务器模式是侦听连接，并且只有在与客户端建立连接之后才能执行数据处理. 客户端模式是主动连接到服务器，并且只有在连接成功后才能执行数据处理. 图6是TCP通信过程中服务器端和客户端通信的功能应用图.

温度传感器在编程过程中具有唯一的IP地址，即192.168. O. 174.子网掩码是255.255.255.0，并且网关地址与IP地址相同. Web服务器内置在微处理器中，个人PC是客户端. 当个人需要查询温度传感器的值时，通过HTTP协议在浏览器中输入传感器的IP地址（即ht-tp: //192.168 .O.174），可以进入系统的网页温度浏览界面

Web服务器任务程序代码如下:

结论

该系统已经过测试并运行良好，可以方便地通过浏览器实时查询温度传感器收集的温度值. 联网智能传感器是传感器技术发展的新方向. 该系统使用嵌入式技术来实现基本的基于网络的智能传感器. 设计重点主要是TCP / IP通信协议的实现，即将要实现的TCP / IP协议栈移植到系统中，然后调用相关的API函数来实现网络通信. Web功能的实现主要采用B / S模式，浏览器与嵌入式网络传感器之间的交互是通过上层HTTP协议实现的. 传感器网络控制的实现可以很好地应用于家用电器或工业现场的控制，具有良好的应用前景.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-175118-1.html