基于ARM9的环境监测与设计开发

2015-04-14李青华

科技视界 2015年17期

关键词：模拟信号环境参数数字信号

李青华

（安徽工程大学电气工程学院，安徽芜湖 241000）

0 引言

温度，湿度和SO2浓度等环境参数是基本的物理量和化学量，几乎所有的科研和生产过程都与环境质量密切相关。因此，环境测量是现代测量中最普遍的测量之一。而准确的测量和控制环境参数对于获得正确的科研数据和保证产品质量都是十分重要的。

时至今日，科技竞争不断升级，节能减排的呼声日益高涨，人们对环境质量越来越重视，尤其是在某些特殊的领域，如何对生产，科研局部环境参数进行精确实时监测，成为日趋严峻的任务。本就是针对以上实际中出现的问题，提出的相应可行的解决方案。

1 系统的实现与分析

本系统是要求将现场空气中的温度、湿度和SO2气体浓度的情况通过各自的传感器收集起来，再通过AD转换器转换成数字信号传给ARM，再通过ARM的处理和液晶显示屏将这些信号转换为人眼可识别的数字信号，这样就建立了一个以ARM为核心，以传感器和AD转换器等为辅助的环境监测系统，其结构如图1所示。

图1 系统结构图

整个系统需要解决两个问题：（1）ARM是如何控制A/D转换器来处理现场数据；（2）ARM是怎样去控制这些传感器的。将这些问题处理好并将转到液晶屏上显示出来，该系统就完成了。

2 数据采集部分

该部分是由传感器、模数转换、嵌入式系统构成。传感器有三类：温度传感器、湿度传感器、SO2浓度传感器，它的作用是将环境中的模拟量感知出来；A/D模数转换器将传感器送来的模拟信号转换成数字信号；再将转换后的信号送到ARM进行处理。下面对此进行逐一介绍。

2.1 传感器

2.1.1 温度传感器

本次使用温度传感器型号是DS18B20型数字传感器。输出的是电压量，并支持“一线总线”接口，适用于多点监测。测温范围：-55℃～+125℃，固有测温误差0.5℃。工作电压：3～5V/DC，测量结果以9～12位数字量方式串行传输。

2.1.2 湿度传感器

本次采用的湿度传感器型号为HF3223型，它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当相对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。

2.1.3 SO2传感器

本次采用的SO2传感器型号为3SF CiTiceL型，它是一种电化学型的传感器，输出的是电压量，输出电压：Vout=0.1*C*R，其中C为大气中SO2的浓度，由ARM对收集到的信号进行处理，计算出相应的SO2含量。它基于伽伐尼电池基本原理，具有体积小，重量轻，线性度好，性能稳定等特点。

2.2 模数转换器ADC0809

模数转换器一方面接收传感器送来的模拟信号，另一方面受ARM的控制转化成数字信号并输出，它的工作流程图如图2所示。ADC0809模数转换器，它是逐次逼近型8位8通道A/D模数转换器，转换时间典型值为100us，模拟信号输入电压0～5V，电源电压为单电源5V。

图2 ADC0809执行流程

2.3 ARM S3C2440

ARM处理器是一种低功耗，高性能的32位的处理器，且一般具备以下特点：（1）体积小，低功耗，低成本，高性能；（2）支持 16位和 32位双指令集，能很好的兼容8位和16位器件；（3）大量使用寄存器，指令执行速度更快；（4）大多数数据操作都在寄存器中完成；（5）寻址方式灵活简单，执行效率高；（6）指令长度固定。因此系统选用 S3C2440型ARM，它在数据采集部分中的作用就是控制ADC0809何时转换，何时输出数据。相应的程序流程图如图3所示。

图3 ARM的控制流程图

2.4 嵌入式操作系统

因为LINUX与其他的嵌入式操作系统相比，有很多优势：第一，LINUX内核稳定，功能强大，支持多种硬件平台，应用软件多，兼容性好；第二，LINUX的源代码是开放的，可免费获得，能大幅降低成本；第三，LINUX沿用了UNIX的发展方式，可以方便的获得软件厂商的支持；第四，具有良好的可移植性。因此，我选择LINUX作为操作系统。