基于ARM7和LM35的温度采集系统设计

摘要：为了提高测量温度的实时性及准确性，采用了基于ARM7的温度测试系统，该系统包括传感器LM35的测温部分、S3C44BOX内置的A／D转换部分等，并用Protel设计此系统的电路，完成软件设计，对实验结果进行了分析比较。结果表明，此系统具有较强的实用性及拓展性。
关键词：ARM；嵌入式系统；LM35；温度采集

0 引言
    目前广泛应用的温度采集设备，其温控系统的内部芯片普遍采用单片机，其缺点是采集终端硬件功能简单、芯片性能低、软件设计复杂、任务调度麻烦、系统升级困难等。随着当今社会科技的发展，人们对温度采集系统也有了越来越高的要求，具体体现在系统的实时性、精度、软件设计、升级等方面。由于嵌入式操作系统的发展，本文设计了一种基于ARM7的温度采系统，其具有采集精度高，软件设计简单，软硬件功能修改方便、升级便利等优点，有效地解决了过去采用单片机作为内部芯片中的问题。该系统可用于温室、仓库等需要实时监控温度的场所，为人们的生活生产提供了便利的可靠的解决方案。

1 系统硬件结构
1．1 系统总体设计
    该设计采用了Samsung公司所生产的S3C44B0X硬件平台，配置嵌入式μCLinux操作系统。通过LM35温度传感器把温度物理量转换成模拟物理量的电流信号，同时放大信号，然后采用运算放大器把输入的电流信号转换成电压信号，经滤波器滤波送给A／D转换器进行A／D转换(采用S3CB4480本身集成的8路10位A／D转换器)，转换结果处理后在LED(发光二极管)上显示。设计要求精确到0．1 ℃，反应时间应在1 s以内，总体设计如图1所示。

1．2 温度传感器LM35
    该系统说采用的温度传感器是用National Semiconductor所生产的LM35，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式(1)。0℃时输出为0 V，每升高1 ℃，输出电压增加10 mV。LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到±1／4℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源2种，其接脚如图2，图3所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测，单电源模式在25 ℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4～20 V的供电电压范围内正常工作非常省电。可以提供±1／4℃的室温常用精度。
    Vout_LM35(T)=10×T (1)

    接下来实际对LM35进行测试，测试使用单电源模式，并且将输出已非反相放大器放大10倍，以10 Hz的频率记录放大后的电压值，得到如图4的温度时间图。[!--empirenews.page--]
1．3 A／D转换模块
    本系统选用的S3C4480X自带的A／D转换器为逐次逼近型8路模拟输入的10位ADC。该ADC的内部结构包括模拟AMXU(输入多路复用器)、CO MP(自动调零比较器)、PSR(时钟产生器)、10位逐次逼近寄存器SAP，ADCDART(输入寄存器)。S3C44B0X内部ADC的特征如表1所示。

    S3C44B0X的内部ADC的功能结构如图5所示。

    相关寄存器：
    (1)ADCCON(采样控制寄存器)的位定义如表2所示。
    (2)ADCDAT(转换数据寄存器)的位定义如表3所示。

    该寄存器的10位表示转换后的结果，全为1时为满量程2．5 V。
    (3)ADCPSR(转换预分频寄存器)的位定义如表4所示。
    若系统当前的时钟频率为X MHz，ADC预分频为Y，N位数字量的转换时间为(X／2×(Y+1))／T。
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2 系统的软件设计
2．1 软件环境
    (1)ARM ADS(ARM Developer Suite)是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具，支持软件调试及JTAG硬件仿真调试，支持汇编、C、C++源程序，具有编译效率高、系统库功能强等特点，可在WindowsXP，Windows ME以及Redhat Linux上运行。ADS由命令行开发工具、ARM时实库、GUI开发环境(CodeWarrior和AXD)、实用程序和支持软件等组成，用户可以为ARM系列的RISC处理器编写和调试开发的应用程序。
    (2)Code Warrior for ARM是一套完整的集成开发工具，充分发挥了ARM RISC的优势，它可以加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节，使得开发人员只需要通过一个集成软件就可以研制出ARM产品。在整个开发过程中，开发人员无需离开Code Warrior开发环境，使得开发人员有更多的精力投入到代码的编写上来。
    (3)ADS调试器本身是一个软件，用户可以通过这个软件使用Debug agent对包含有调试信息的、正在运行的可执行代码进行查看、断点的控制等调试操作。
    ADS包含有3个调试器：AXD是ARM扩展调试器；Armsd是ARM符号调试器；ADW／ADU是与老版本的Windows或Unix下的ARM调试工具。
2．2 软件流程与设计
2．2．1 A／D转换
    A／D转换流程如图6所示。

    采用以下语句对ADC相关寄存器进行初始化：
   
2．2．2 温度采集部分主要程序
   
2．3 实验结果数据分析
    用Protel设计此系统的电路，并完成软件设计，做出电路板，将LM35传感器置于室温状态下，测试温度在超级终端下显示并用0．01℃用温度计所测试的温度进行比较，如表5所示。

    从数据的结果来看，符合所要达到的设计要求，其精度为0．1℃，随着温度的改变，本系统的显示结果也会相应的改变，用秒表测量此结果变化均在1s以内，证明了此系统的实时性比较好。

4 结语
    从实验结果来看，用LM35传感器与S3CCB0X构建的温度测试系统，具有测温准确、实时性好、抗干扰能力强、设计简单等优点。此系统还可拓展其他功能，例如：可以采用Nand FLASH和UART分别存储和传输数据，实现了监测数据的长期存储和通信传输。