基于嵌入式系统数字温度的测试系统

何小虎

摘 要： 针对许多温度传感器没有对数字信号分析及处理，达到自动化控制的效果。本文介绍了一个基于S3C6410的嵌入式系统开发板，使用嵌入式Linux系统作为软件平台，采用DS18B20数字温度传感器的数字测温系统。该系统可以方便实现温度采集和显示，可被用于各种复杂环境下的实时温度测量行为。

关键词： 温度传感器 嵌入式系统 测试系统

1.引言

温度传感器是一类被广泛应用且被最先开发的传感器。但大多数温度传感器没有对数字信号分析及处理，达到自动化控制的效果。因此，本设计基于这种情况，利用相关软硬件提高了温度传感器的实用价值。

2.总体设计

2.1系统功能模块设计

从需求分析可以看出，该系统的功能模块应包括以下几个部分：实时温度采集与更新模块、自定义温度警报模块、超温报警模块。DS18B20采用了单总线方式的传输协议，即只需要一根管脚就可以对输入输出进行控制。此种单总线传输协议在实际应用中有很大优势，使用此种协议的芯片不需要任何外围电路，对硬件设计时的复杂性大大简化了许多。

2.2系统软件设计方案

2.2.1嵌入式操作系统选择

在本设计当中，硬件平台完全支持Linux、开发便捷迅速、资料众多、内核小、效率高等优点决定了在本设计当中的稳定性等优点，均使得本设计采用了Linux作为开发的操作系统。

2.2.2应用层程序语言选择

应用程序使用C语言进行开发，使用Linux标准C语言接口，与驱动层进行交互。

3.硬件设计

3.1整体硬件电路设计

根据硬件设计方案，在开发中用到的硬件有Tiny6410开发板、DS18B20数字温度传感器、USB转串口数据线。

3.2硬件连接方式

将USB转串口线一端接在Tiny6410的串口1上，另一端连接PC机USB接口。两个DS18B20传感器的VCC与GND管脚并联起来，与Tiny6410开放的电源与地线接口相连，两个传感器的数据接口一起连接在S3C6410的GPIO的管脚上。

4.软件设计

4.1嵌入式系统架构

本系统在软件方面主要由Linux内核裁剪和移植、底层驱动程序开发、上层应用程序开发三部分组成。其中，Linux内核的运行需要有引导程序BootLoader、内核的配置裁剪与编译、根文件系统的编译三个部分支持。

4.2驱动程序设计

在本设计当中，对DS18B20数字温度传感器根据其数据手册上的传输协议及参数进行驱动编写，首先要明确其控制参数及流程。本系统中对传感器的操作流程如下：

DS18B20写操作：

（1）置数据线高电平；

（2）延时2微秒；

（3）置数据线低电平；

（4）延时15微秒；

（5）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）；

（6）延时60微秒；

（7）数据线拉到高电平；

（8）循环上述步骤使9位传送完毕；

（9）数据线拉高电平。

DS18B20读操作：

（1）置数据线高电平；

（2）延时2微秒；

（3）数据线拉低电平；

（4）延时2微秒；

（5）数据线拉高电平；

（6）延时8微秒；

（7）读数据线状态进行数据处理；

（8）延时50微秒。

5.结语

本设计在温度的测量精度上较为准确，系统能快速反应并准确显示改变后的温度。在长时间运行下测量结果依然准确，在实际生产生活的温度测量工作中具有较大实用价值。同时系统中仍存在一些不足有待弥补。

参考文献：

[1]徐亦朱.DS18B20中文手册[M].安徽：安徽大学出版社，2013.

[2]沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用[M].机械工业出版社，2002-7-1.

[3]罗苑棠.嵌入式Linux驱动程序和系统开发实例精讲[M].电子工业出版社，2009.

[4]Tiny6410刷机指南[M].广州友善之臂计算机科技有限公司，2013-05-14.

基金项目：陕西自然科学基础研究计划项目（2014JM 1026），陕西教育厅教改项目：13BY91渭南师范学院项目：15YKP002，受校级特色学科建设项目（14TSXK02）资助。