基于ARM9温湿度传感器智能网络监控设计

杨 沂（成都理工大学信息科学与技术学院，四川成都，610059）



基于ARM9温湿度传感器智能网络监控设计

杨 沂
（成都理工大学信息科学与技术学院，四川成都，610059）

摘要：本文设计了基于ARM9的温湿度智能网络监控系统，在深入研究学习无线通信网络、嵌入式系统开发、模糊控制算法等知识的基础上，完成了温湿度数据采集终端、通信网络、温湿度模糊控制算法、ARM9监控中心及PC机监控软件等的设计与开发工作。

关键词：无线通信；以太网；ARM9；Linux

1　温湿度传感器现状

目前分布式控制系统是温湿度监控的主要发展方向。而且随着嵌入式系统的发展，高性能嵌入式 CPU 和无线传感器网络技术的发展，使温湿度测量系统的体系结构发生了重大变化，并辅之以智能控制技术，基于无线网络的分布式网络化温湿度智能监控系统将成为温湿度监控系统的一个新发展方向。

2　嵌入式系统简介

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应于特定应用系统。它一般由微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和特定用户应用程序四部分组成。

为了提高控制算法和温湿度监测的实时性，在设计时应充分考虑处理器的速度，而Samsung公司推出的基ARM920T 内核的S3C2440 处理器是一款专用的以手持设备为主而设计的 16/32-bit RISC微处理器芯片，其低功耗、简单、优雅、且全静态设计的特点很适合于对成本和功率敏感型的应用。因此本文选S3C2440处理器芯片。

3　系统设计

3.1系统总体结构框图

如图1所示，系统主要由五部分组成：ARM9监控中心、ZigBee无线网络湿度采集终端、PC 机以及 GSM 通信模块。

温湿度采集终端将采集的温湿度数据以一定格式封装后，选择相应的 Zig Bee 网络路由路径，经 RFD 设备和 FFD 设备传送至 ARM9 监控中心。ARM9 监控中心实时显示当前各个监测点温湿度值，并且通过 Zig Bee 网络接收本地 PC 的各项控制指令，同时，ARM9 监控中心通过 GSM 网络实现和用户手机的通信，为用户提供实时数据查询、自动监控等功能。本地 PC 与远程 PC通过以太网进行通信，在 PC 端同样可以完成数据的实时显示、数据库建立、数据导入与导出以及数据曲线绘制等任务，实现系统的联网监控功能。

系统具有智能监控功能，用户可通过PC端、用户手机以及ARM 监控中心方式设置。用户设置完系统运行参数后，ARM9 监控中心采用模糊控制算法控制执行单元进行加热、加湿或通风等措施使系统处于恒温恒湿状态。

图1　系统架构图

3.2数据采集终端的设计

3.2.1温湿度传感器的选取

采用传统的模拟式温湿度传感器需设计复杂的信号调理电路并经过校准、标定过程，测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面不尽如人意。DB113是一款单片温湿度一体集成式传感器，将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D 转换和加热器等功能集成到一个芯片上，非常方便使用。基于 ARM9的温湿度智能网络监控系统设计

3.2.2DB113命令字

用户在初始化数据传输时，应发出“传输开始”命令，命令包括 SCK 为高时，DATA由高电平变为低电平，并在下一个 SCK为高时将 DATA 升高。后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”），和五位的命令字，其中命令字集的格式如表1所示。DB113会以下述方式表示已正确地接收到指令：在第8个SCK时钟的下降沿之后，将 DATA下拉为低电平（ACK 位）。在第 9 个SCK 时钟的下降沿之后，释放 DATA（恢复高电平）。

表1　命令字集

3.2.3时钟电路

DS1302就是一款高性能、低功耗、带RAM的典型串行时钟芯片。DS1302可以完成对年、月、周、日、时、分、秒的计时，对于小于 31 天的月，月末的日期自动进行调整，且具有闰年补偿功能，其工作电压宽达 2.5-5.5V，只需 SCLK、I/O、RST 三条线就可以和单片机进行通讯，可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。

DS1302与 DS1202 相比，增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力，以便在主电源掉电的情况下由蓄电池供电从而能继续保存时间信息以及数据。因此本文采用 DS1302 串行时钟芯片，其电路原理图2如图所示。

3.2.4数据存储电路

系统要求实现长时间在线监测温湿度数据，当 ARM9 或 PC机监控中心关机时，为了保存温湿度数据，温湿度采集终端需要设计数据存储电路。NVRAM是一种非易失性随机存储器。它的存储电路由 SRAM和 E2PROM 共同构成，在正常运行时和 SRAM 的功能相同，既可以随时写入，又可以随时读出。但在掉电或电源发生故障的瞬间，它可以立即把 SRAM 中的信息保存到E2PROM 中，使信息得到自动保护，兼具RAM 和 ROM 的优良特性。因此本文选择NVRAM DS1245Y 作为数据存储器。

4　zigbee的搭建

Zig Bee设备具有强大的组网能力，有星型、树型和MESH网等三种网络结构，星型和族树型适合多点、距离相对较近的应用，而 MESH 拓扑结构的网络可以通过“多级跳”的方式来通信，同时具备自组织、自愈功能。Zig Bee 无线数据通信设备搭建MESH网络。

5　总结

本文设计基于ARM9的温湿度智能网络监控系统，Zigbee通信网络用于实现数据采集。GSM通信网络用于实现系统与人之间的远距离通信。操作简单方便，大大提高了监控效率。同时符合了人们对智能控制的要求，具有一定的经济效益。

参考文献

［1］ 王懿娜.温湿度远程智能控制系统的设计与研究［D］.西安：长安大学， 2009.

［2］ 辛颖，谢光忠，蒋亚东.基于ZigBee 协议的温度湿度无线传感器网络［J］.传感器与微系统， 2006.

［3］饶云华，代莉，赵存成等. 基于无线传感器网络的环境监测系统［J］.武汉大学学报（理学版），2006， 52（3）： 345-348.

［4］于明，范书瑞，曾祥烨. ARM9嵌入式系统设计与开发教程［M］.北京：电子工业出版社， 2006.

图2　时钟电路图

Design of intelligent network monitoring system based on ARM9 temperature and humidity sensor

Yang Yi
（College of information science and technology， Chengdu University of Technology，Sichuan Chengdu，610059）

Abstract：This paper was designed based on ARM9 temperature and humidity intelligent network monitoring system，in-depth study of learning wireless communication network，embedded system development，fuzzy control algorithm and knowledge base，the completion of the temperature and humidity data acquisition terminal，communication network，temperature and humidity fuzzy control algorithm，ARM9 monitoring center and PC machine monitoring software design and development.

Keywords：wireless communication；Ethernet；ARM9；Linux