嵌入式設(shè)計(jì)背景

1、.1.1設(shè)計(jì)背景：在數(shù)字化推進(jìn)速度加快的大背景下，全球農(nóng)業(yè)也由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方向轉(zhuǎn)變，而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息與數(shù)字化則是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要標(biāo)志與核心技術(shù)。我國(guó)農(nóng)業(yè)具有地域分散、對(duì)象多樣、生物自身變異大、環(huán)境因子不確定等特點(diǎn)，也是受環(huán)境影響最明顯的領(lǐng)域，因此對(duì)環(huán)境與生物信息的監(jiān)測(cè)顯得十分重要。同時(shí)現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技術(shù)近幾年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，將這些最新的技術(shù)應(yīng)用于相對(duì)發(fā)展較慢的農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域顯得迫在眉睫。 本文根據(jù)農(nóng)業(yè)對(duì)象具有偏遠(yuǎn)、分散、易變、多樣等特點(diǎn)，提出了一種針對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的.近年來，出現(xiàn)了氣候異常、全球變暖、厄爾尼諾等一系列的環(huán)境問題。中

2、美兩國(guó)相繼宣布減排行動(dòng)目標(biāo)，讓“哥本哈根”旋風(fēng)一夜間席卷全球。環(huán)境問題受到了人們高度的關(guān)注。研究環(huán)境問題一個(gè)關(guān)鍵步驟就是環(huán)境監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)都是基于計(jì)算機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，此類系統(tǒng)體積龐大，成本高，系統(tǒng)工作環(huán)境苛刻，不能滿足大面積的、長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求；利用傳感網(wǎng)組建的無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體積小，成本低，適應(yīng)性好，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，是大面積長(zhǎng)時(shí)間環(huán)境監(jiān)測(cè)的最佳方案。無線環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用很廣泛。如：在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，用于溫室室內(nèi)溫度，濕度，光照，風(fēng)速，風(fēng)向以及雨量等氣候的因子的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)出來的結(jié)果通過一些調(diào)控措施，對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，創(chuàng)造出適合作物生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境；在生活中的應(yīng)用，用于對(duì)室

3、內(nèi)氣候因子，根據(jù)監(jiān)測(cè)出來的結(jié)果再通過調(diào)控給人創(chuàng)造出更舒適的生活環(huán)境，還可以根據(jù)這個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理制造智能家居，給家庭的日常生活帶來很多便利；在工業(yè)上，應(yīng)用于地下石油、煤礦、存放糧食倉(cāng)庫(kù)的溫度等的探測(cè)；在醫(yī)學(xué)上，利用無線環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)病人的病情，便于下一步的治療，為病人早日康復(fù)提供了有力保障；此外無線環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)在地震等自然災(zāi)害中發(fā)揮了重要作用，利用無線探測(cè)儀探測(cè)出廢墟是否有生命跡象，給救援人員提供可靠信息，大大降低了災(zāi)害中的傷亡人數(shù)，將財(cái)產(chǎn)損失降到了最低點(diǎn)。1.2現(xiàn)狀及應(yīng)用分析環(huán)境的檢測(cè)在一些生產(chǎn)制造行業(yè)起著舉足輕重的作用,廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)城,適用于家電、食品、汽車、材料、電力電子

4、等行業(yè),尤其在石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領(lǐng)域,對(duì)溫濕度的測(cè)量和監(jiān)控是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),對(duì)于保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以生產(chǎn)出一個(gè)便攜的、靈活、操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有非常重要的意義。 在國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)儀器行列,技術(shù)相對(duì)比較落后,與國(guó)外一些先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比,存在許多不足,不能滿足當(dāng)前對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量的要求。針對(duì)這種情況,提出了本課題,本文探討了一種以ARM9為硬件平臺(tái),采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)。 本文首先論述了環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要作用,以及國(guó)內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)儀存在的不足之處,并根據(jù)需求對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),旨在開發(fā)一個(gè)功能強(qiáng)大的基于A

5、RM9的便攜式環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)選擇了S3C2410微處理器,代替了以往功能單一的單片機(jī),豐富的外圍接口、較高的處理能力使得該系統(tǒng)功能更加完善。同時(shí)引入了Linux操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)任務(wù),資源的合理調(diào)度。使用ZigBee無線組網(wǎng)協(xié)議,開發(fā)大面積多測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)通過串口跟嵌入式平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù),以MiniGUI為圖形用戶界面支持系統(tǒng),SQLite為數(shù)據(jù)庫(kù)引擎,進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示。 本文簡(jiǎn)單介紹了軟硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)和方案和嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)概念后,重點(diǎn)論述了軟件環(huán)境的建立、相關(guān)組件的的選擇、以及嵌入式平臺(tái)上應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和開發(fā),最后,對(duì)論文和工作進(jìn)行了總結(jié)和展望。因此

6、在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)及家庭等方面有廣泛的應(yīng)用前景和趨勢(shì)。針對(duì)特定環(huán)境進(jìn)行基于ARM處理器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。整個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)采集終端和通信控制單元兩部分組成。從而完成對(duì)特定環(huán)境的氣壓、濕度、溫度的采集，并通過CTCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳到終端服務(wù)器，基于ARM的可嵌入式操作系統(tǒng)（LINUX）的具有開放性、微型化、強(qiáng)功能、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、構(gòu)建友好人機(jī)界面的功能監(jiān)控裝置。測(cè)試表明該系統(tǒng)測(cè)量精度高，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。表明了基于ARM處理器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性。監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)完成對(duì)特定環(huán)境的氣壓、濕度、溫度的采集，并保持各個(gè)設(shè)備處在正常的工作范圍內(nèi)，選擇精度高，穩(wěn)定可靠，傳輸出的信號(hào)易于處理且不易

7、受干擾的傳感器。設(shè)計(jì)一個(gè)基于ARM的無線監(jiān)測(cè)模擬裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊溫度和光照信息的探測(cè)。以ARM為核心構(gòu)成監(jiān)測(cè)終端電路；其優(yōu)點(diǎn)是芯片功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)處理時(shí)間短，外圍電路簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。該裝置由監(jiān)測(cè)終端和不多于255個(gè)探測(cè)節(jié)點(diǎn)組成。監(jiān)測(cè)終端和探測(cè)節(jié)點(diǎn)均含一套無線收發(fā)電路，要求具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能，收發(fā)共用一個(gè)天線。探測(cè)節(jié)點(diǎn)有編號(hào)預(yù)置功能，探測(cè)節(jié)點(diǎn)能夠探測(cè)其環(huán)境的溫度和光照信息。溫度傳感器部分1.3涉及技術(shù) GPRS技術(shù)，通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service)的簡(jiǎn)稱，它是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在

8、頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸。嵌入式系統(tǒng)，嵌入式技術(shù)執(zhí)行專用功能并被內(nèi)部計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備或者系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)不能使用通用型計(jì)算機(jī)，而且運(yùn)行的是固化的軟件，用術(shù)語表示就是固件（firmware），終端用戶很難或者不可能改變固件。.組網(wǎng)技術(shù)，組網(wǎng)技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)，分為以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)和ATM局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)組網(wǎng)非常靈活和簡(jiǎn)便，可使用多種物理介質(zhì)，以不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)，已成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主流,以實(shí)現(xiàn)各傳感器之間的通信。傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)的技術(shù)應(yīng)用和傳感器技術(shù)的設(shè)計(jì)資料以及傳感器技術(shù)電路圖。用以搜集特定環(huán)境下的各類信息采集。對(duì)物理量進(jìn)行

9、第一時(shí)間的感知和記錄，其功能類似人的五官?；贏RM嵌入式硬件開發(fā)平臺(tái)和Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,深入研究了在嵌入式環(huán)境中實(shí)現(xiàn)環(huán)境檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)三實(shí)驗(yàn)原理1.DS18B20 一線總線溫度傳感器工作原理：本實(shí)驗(yàn)通過DS18B20采集環(huán)境溫度，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到DSl820的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一，Read ROM(讀ROM) Match ROM(匹配ROM) Skip ROM(跳過ROM) Search ROM(搜索ROM) Alarm search(告警搜索) 然后對(duì)發(fā)存儲(chǔ)器操作命令對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等操作。單片機(jī)使用時(shí)間隙(time slots)來讀寫DSl820的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位，然后將讀到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換BCD碼在數(shù)碼管顯示出來2.特點(diǎn): 1)體積小,安裝方便2)可聯(lián)網(wǎng),方便分散點(diǎn)測(cè)量3)三線二線式連接方式4)測(cè)量范圍-55+1255)測(cè)量精度 : 0.5(使用校準(zhǔn)算法可達(dá)0.24.實(shí)驗(yàn)原理圖（protues仿真圖）實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述：本實(shí)驗(yàn)通過DS18B20采集環(huán)境溫度，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到DSl820的存在便可以發(fā)出ROM操作命令， 然后存儲(chǔ)器操作命令對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換等操作。單片機(jī)使用時(shí)間隙(time slots)來讀寫DSl820的數(shù)據(jù)位和寫命令字