基于ARM2410土壤濕度檢測

1、摘要福建工程學(xué)院福建工程學(xué)院設(shè)計(jì)內(nèi)容：基于設(shè)計(jì)內(nèi)容：基于 ARM2410ARM2410 土壤土壤濕濕度度檢測檢測院系：計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)類 班級： 嵌入式 1105 班 組長： 林強(qiáng) 組員： 王策 畢占謹(jǐn) 指導(dǎo)老師： 郭方 湯龍梅 完成日期： 2014-06-23 摘摘 要要 隨時(shí)代的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，人們的時(shí)間觀念愈來愈強(qiáng)；隨自動(dòng)化、智能化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品的智能度愈來愈高，用到時(shí)間提示、定時(shí)控制的地方變得更加廣泛，因此，設(shè)計(jì)開發(fā)數(shù)字時(shí)鐘具有良好的應(yīng)用前景。 由于單片機(jī)成本價(jià)格低、高性能，在自動(dòng)控制產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。本次課程通過對傳感器驅(qū)動(dòng)的開發(fā),增強(qiáng)對傳感

2、器的認(rèn)識。并以此為載體，掌握開發(fā)嵌入式界面應(yīng)用系統(tǒng)的能力。通過具體實(shí)踐過程，掌握嵌入式實(shí)驗(yàn)開發(fā)環(huán)境的搭建、傳感器原理、傳感器接口方式、Linux 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、圖形界面設(shè)計(jì)等，掌握分析與解決實(shí)際問題的方法與手段，提高設(shè)計(jì)、編程與調(diào)試、自學(xué)、創(chuàng)新能力。關(guān)鍵詞：ARM2410 單片機(jī) LM393 FC-28 濕度檢測目錄 目 錄第一章第一章設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù).11.1課題任務(wù).11.2設(shè)計(jì)要求.11.3設(shè)計(jì)注意事項(xiàng).2第二章第二章總體方案設(shè)計(jì)與方案論證總體方案設(shè)計(jì)與方案論證.32.1總體方案設(shè)計(jì).32.2系統(tǒng)主要構(gòu)件選擇與論證.32.2.1單片機(jī)控制模塊選擇與論證 .32.2.2濕度檢測模塊選擇與論

3、證 .42.3系統(tǒng)組成.4第三章第三章硬件設(shè)計(jì)說明硬件設(shè)計(jì)說明.43.1LM393 使用說明.43.2傳感器工作原理.6第四章第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).74.1總體設(shè)計(jì)說明.74.2關(guān)鍵代碼注釋.84.3.1驅(qū)動(dòng)代碼讀取部分 .84.3.2QT 界面控制部分.8第五章第五章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與功能調(diào)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與功能調(diào)試.105.1系統(tǒng)功能與操作說明.105.2調(diào)試記錄及調(diào)試結(jié)果.10第六章第六章課題總結(jié)課題總結(jié).10 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).10基于 51 單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì) - 0 -第一章、設(shè)第一章、設(shè) 計(jì)計(jì) 任任 務(wù)務(wù)課題任務(wù)課題任務(wù)本次課程設(shè)計(jì)共分為多組，本組設(shè)計(jì)任務(wù)為濕度傳感器。其主要設(shè)計(jì)任務(wù)

4、如下：1） 了解傳感器原理與其接口方式；2） 根據(jù)傳感器接口方式選擇與實(shí)驗(yàn)箱的連接；3） 編寫相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序；4） 編寫 QT 應(yīng)用界面程序。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求1. 搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，內(nèi)容包括：(1) 安裝宿主機(jī)方的軟件：虛擬機(jī)軟件 Vmware workstation、操作系統(tǒng)Fedora 或 RedHat Enterprise Linux，以及其他個(gè)人所需軟件。(2) 搭建交叉編譯環(huán)境，設(shè)置環(huán)境變量。2. 編寫、調(diào)試 AD 采集驅(qū)動(dòng)程序和電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序和測試用例。3. 利用 QT 完成本系統(tǒng)的監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。4. 制作根文件系統(tǒng)，將上述驅(qū)動(dòng)和 QT 應(yīng)用程序加入根文件系統(tǒng)中（或?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核） ，使

5、得采集監(jiān)控系統(tǒng)可脫離宿主機(jī)（即 PC 機(jī)）獨(dú)立運(yùn)行。5. 3 人一組，協(xié)作完成。0 第一章、設(shè) 計(jì) 任 務(wù)- 1 -設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)圖圖 1.3 外接定義外接定義基于 51 單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì) - 2 -第二章、總體方案設(shè)計(jì)與方案論證第二章、總體方案設(shè)計(jì)與方案論證 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)經(jīng)分析，將系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一個(gè)是由濕度傳感器組成的檢測部分，另一個(gè)是由單片機(jī)控制部分及 QT 顯示界面組成的主控與顯示部分。如圖 2.1 所示，由 FC-28 濕度傳感器及 LM393 芯片組成的濕度檢測電路將所檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送到 ARM2410 單片機(jī),單片機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過 QT 程

6、序運(yùn)行界面顯示，穩(wěn)壓電源將對各部分進(jìn)行供電。系統(tǒng)主要構(gòu)件選擇與論證系統(tǒng)主要構(gòu)件選擇與論證單片機(jī)控制模塊選擇與論證單片機(jī)控制模塊選擇與論證采用芯片 ARM2410cl，這是韓國三星公司推出的基于 ARM920T 內(nèi)核和AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture ）總線的一款微處理器；使用 0.18um CMOS 工藝；集成 LCD、UART、IIC、SPI、IIS、USB、SD 控制器等片內(nèi)外圍接口，支持 ROM 和 NAND Flash 引導(dǎo)，適合面向功耗較低、成本敏感、應(yīng)用環(huán)境較好的消費(fèi)類電子產(chǎn)品。符合此次課程設(shè)計(jì)的要求。第 3 章 、硬件設(shè)

7、計(jì)說明- 3 -濕度檢測模塊選擇與論證濕度檢測模塊選擇與論證采用芯片 LM393 及濕度傳感器 FC-28 組成的檢測模塊。LM393 是雙電壓比較器集成電路，輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc 端電壓值的限制.此輸出能作為一個(gè)簡單的對地 SPS 開路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的 值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約 60ohm 的 SAT 限制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約 1.0mV)允許輸出箝位在零電平，擁有較好的穩(wěn)定性和敏感

8、性，與濕度傳感器 FC-28 相結(jié)合即可通過改變發(fā)送電平實(shí)現(xiàn)濕度監(jiān)控。系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由 ARM2410 單片機(jī)主控電路,芯片 LM393 及濕度傳感器 FC-28 組成的檢測模塊，QT 顯示模塊 3 部分組成。第第 3 章章、硬件設(shè)計(jì)說明、硬件設(shè)計(jì)說明LM393LM393 使用說明使用說明如圖 LM393 內(nèi)部采用雙列直插 8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列 8 腳塑料封裝（SOP8） 基于 51 單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì) - 4 -LM393是高增益,寬頻帶器件，像大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí)，輸出電壓

9、過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問題，標(biāo)準(zhǔn) PC 板的設(shè)計(jì)對減小輸入輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K 將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.010mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入 IC(集成電路板 integrated circuit，縮寫：IC) 并在引腳上加上電阻將引起輸入輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快，則滯回將不需要。比較器的所有沒有用的引腳必須接地。LM393偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.030V 無關(guān)。通常電源0 LM393 使用說

10、明- 5 -不需要加旁路電容。差分輸入電壓可以大于 Vcc 并不損壞器件，保護(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過-0.3V。LM393的輸出部分是集電極開路，發(fā)射極接地的 NPN 輸出晶體管，可以用多集電極輸出提供或 OR ing 功能。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc 端電壓值的限制。此輸出能作為一個(gè)簡單的對地 SPS開路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的 值所限制。當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升.輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的 SAT 限制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),輸出晶體管的

11、低失調(diào)電壓(約1.0mV)允許輸出箝位在零電平。傳感器工作原理傳感器工作原理基于 51 單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì) - 6 - 它以 FC-28 濕度傳感器作探頭，LM393 做比較器，兩個(gè)電極插入土壤后充當(dāng)電阻，與芯片中的電阻分壓，再送到 LM393 同相端中與變阻器得到的電壓比較，在土壤濕度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，D0 口輸出高電平，當(dāng)土壤濕度超過設(shè)定閾值時(shí)，D0 口輸出低電平。第第 4 章章、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)說明總體設(shè)計(jì)說明單片機(jī)接收傳感器送出的電壓值，通過高低電平變化，判斷是否達(dá)到閾值，讀取數(shù)據(jù)時(shí)間第 4 章 、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 7 -（120s）可通過觸屏界面控制，若未達(dá)到閾值，于

12、界面上顯示 OK；若達(dá)到閾值，于界面上顯示 Warning。關(guān)鍵程序清單關(guān)鍵程序清單驅(qū)動(dòng)代碼讀取部分驅(qū)動(dòng)代碼讀取部分static ssize_t s3c2410_IO_read(struct file *filp, char *buf, size_t len) /*讀取 GPIO_B5 引腳的狀態(tài)*/unsigned char ret; ret = read_gpio_bit(GPIO_B5); / / 讀取引腳電平 0,1 copy_to_user(buf,&ret,1); / /將內(nèi)核地址空間送到用戶空間return 1;QTQT 界面控制部分界面控制部分MyLed:MyLed() ui.

13、setupUi(this); set_time=2; /初始化時(shí)間 2s 檢查一次 timer=new QTimer(this);/初始化定時(shí)器 timer-start(set_time*1000);/啟動(dòng)定時(shí)器/*分別定義信號與槽連接*/基于 51 單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì) - 8 - QObject:connect(timer,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(test(); QObject:connect(ui.horizontalScrollBar, SIGNAL(sliderMoved(int), ui.lcdNumber, SLOT(display(int); QOb

14、ject:connect(ui.horizontalScrollBar, SIGNAL(sliderMoved(int), this, SLOT(changetemp(int); fd = open(/dev/s3c2410-leds, 0);/設(shè)備未找到 if (fd setText(Current Status: OK!); if(int(buf)=0) / /濕度達(dá)到閾值 ui.label-setText(Current Status: WARNING!); void MyLed:changetemp(int a) / /檢測時(shí)間設(shè)定 set_time=a;第 5 章 、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與功能調(diào)

15、試- 9 - timer-start(set_time*1000);第第 5 章章、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與功能調(diào)試、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與功能調(diào)試系統(tǒng)功能與操作說明系統(tǒng)功能與操作說明調(diào)試記錄及調(diào)試結(jié)果調(diào)試記錄及調(diào)試結(jié)果第第 6 章章、課題總結(jié)、課題總結(jié)此次課題重點(diǎn)是使?jié)穸葌鞲衅骱蛦纹瑱C(jī)控制相結(jié)合，在此次實(shí)驗(yàn)過程中，為了解決基本的硬件及模塊功能學(xué)習(xí)，我們進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，通過調(diào)試，我們得到了基本的功能，可以正確檢測濕度。通過本課題的工作，我逐漸認(rèn)識到單片機(jī)發(fā)展的迅速，及其功能的強(qiáng)大，并且對其實(shí)現(xiàn)電子鐘有了深刻的認(rèn)識。借此，我們在日后還需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）提高濕度檢測精度；（2）增加濕度數(shù)值功能；基于 51 單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì) - 10 -（2）增加濕