基于ARM9的环境监测系统数据采集模块的设计与实现

论文摘要

温度是生产过程和科学试验中普遍且重要的物理参数。在工农业生产中,为了提高生产效率,必须对生产过程中的主要参数,如温度、湿度、流量、速度等进行有效监测。其中温度监控在生产过程中占有相当大的比例,准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。尽管随着科技的进步和社会的发展,温度测量方法在不断改进,测量精度在不断提高,但目前的温度监控系统仍然存在很多不足,越来越难以满足工业生产与科学研究的需要。在分析研究了当前国内、外温度监控研究现状的基础上,结合现在最为热门的嵌入式系统、ARM处理器、常用温度传感器、Zigbee无线组网技术,我们开发了基于ARM9的环境监测系统。采用以ARM9为内核的三星公司16/32位ARM处理器S3C2410作为微控制单元,无线采集选用基于TI公司CC2430芯片的无线数传模块,8路有线采集通道,可任意配置各类型温度传感器。该系统实现了温度(或湿度)采集,并通过有线或无线的方式将采集到的温度(或湿度)数据传送到监控主机,监控主机上具有存储、处理、显示设备,将接收到的数据以用户的设定要求显示出来。该系统具有体积小、灵活度高、实时性强的特点,可投放于恶劣的工业环境中,完成重要温度数据的采集。此外,本系统的开发也为其它环境参数的监测提供了借鉴。数据采集模块作为整个系统信息获取、采集及传输的源头,占有极其重要的地位。本论文从系统方案的论证入手,重点介绍了数据采集模块的软硬件设计与实现。数据采集模块可支持8路模拟信号输入,传感器类型包括了热电阻、热电偶、PN结、电压型传感器、电流型传感器。该模块主要完成数据的采集、信号处理、A/D转换、线性化处理、数据传送等任务。软件设计上采用查表法和线性插值相结合的数值处理方法,辅以数字滤波和自校正处理,以期达到理想的测量结果。最后,通过与其它系统模块进行联调,完成了整个系统的功能要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 温度监测系统的发展现状
• 1.2.1 温度监测系统的分类
• 1.2.2 温度监测系统存在的问题
• 1.2.3 温度监测系统的发展趋势
• 1.3 论文的主要工作和创新点
• 1.4 论文的组织结构
• 1.5 本章小结
• 第二章 系统设计方案概述
• 2.1 系统设计要求与性能指标
• 2.1.1 系统设计目标
• 2.1.2 系统主要技术参数和性能指标
• 2.2 嵌入式系统概述
• 2.2.1 嵌入式技术的发展史
• 2.2.2 嵌入式系统的特点
• 2.3 系统硬件平台的构建
• 2.3.1 ARM 微处理器概述
• 2.3.2 系统硬件平台概述
• 2.4 系统的软件方案
• 2.4.1 嵌入式操作系统的选择
• 2.4.2 其它软件方案的实现
• 2.5 系统的主要创新点
• 2.6 本章小结
• 第三章 温度测量概述
• 3.1 温度测量的相关概念
• 3.1.1 温度与温标
• 3.1.2 温度测量方法的类型
• 3.2 热电偶测温
• 3.2.1 热电偶的特点
• 3.2.2 热电偶的测温原理
• 3.2.3 热电偶的分类及其特性
• 3.2.4 热电偶的冷端补偿
• 3.3 热电阻测温
• 3.3.1 热电阻及其特性
• 3.3.2 铂热电阻
• 3.3.3 热电阻的线制
• 3.4 PN 结测温
• 3.5 集成温度传感器
• 3.6 本章小结
• 第四章 数据采集模块的硬件设计
• 4.1 前置信号处理电路设计
• 4.1.1 PT100 信号处理电路设计
• 4.1.2 K 型热电偶信号处理电路设计
• 4.1.3 PN 结信号处理电路设计
• 4.1.4 集成温度传感器处理电路设计
• 4.2 AD 转换电路设计
• 4.2.1 A/D 转换芯片MAX197
• 4.2.2 A/D 转换电路的实现
• 4.3 通信接口的电路设计
• 4.3.1 串行通讯接口设计
• 4.3.1.1 RS-232 与RS-485 串行接口标准
• 4.3.1.2 串行连接器
• 4.3.1.3 RS-232 串口的电路实现
• 4.3.1.4 RS-485 串口的电路实现
• 4.3.2 USB 接口设计
• 4.3.2.1 USB 简介
• 4.3.2.2 USB 接口的电路实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 数据采集模块的软件设计
• 5.1 采样与数值处理
• 5.1.1 数字滤波
• 5.1.2 自校准模块
• 5.1.3 数值处理
• 5.2 线性化处理
• 5.2.1 查表法原理
• 5.2.2 线性插值法原理
• 5.2.3 具体软件设计
• 5.3 通讯协议的约定
• 5.4 USB 接口软件设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢