基于ARM9的环境监测系统数据采集模块的设计与实现

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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 PTloo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

4.3.2 USB接口设计

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

5.4USB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