青海省是青藏高原的重要組成部分,，素有“中華水塔”和“動物王國”之稱,，是我國五大牧區(qū)之一，但由于近幾年的鼠類肆虐,、氣溫變暖,、水土流失、草地沙化,、江河源頭水資源銳減和人口增加等原因使部分地區(qū)的牧民被追離鄉(xiāng)謀生,，出現(xiàn)“生態(tài)難民”現(xiàn)象。為了畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,，政府部門引導牧民建起了育肥棚圈養(yǎng),。但調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)牧民居住在高寒地區(qū),，這里早晚溫差很大,，育肥棚中牛羊很易得病，過高過低的溫度也影響著牛羊的食量,，從而影響著牛羊的育肥速度,；針對此問題設計了一個溫度監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠把溫度監(jiān)控在最適宜育肥的+10～+21℃之間,，如溫度低于+7℃或高于+27℃系統(tǒng)會自動地控制GSM模塊向指定用戶發(fā)送短信,，實現(xiàn)報警功能。
1 系統(tǒng)硬件電路總體結構
該系統(tǒng)的硬件平臺結構如圖1所示,。其中S3C2410為處理器芯片,，DS18B20為數(shù)字溫度傳感器，系統(tǒng)運行時,，處理器芯片將溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理,，將處理得到的數(shù)據(jù)在LCD屏上顯示，并定時將采集結果寫入Flash中,，然后將采集到的溫度值和預設值進行比較,，檢驗其是否在其預設范圍內(nèi)。若超出預設范圍,，通過TC35 GSM通訊模塊發(fā)出報警信息,；由于處理芯片存儲空間有限，不能滿足操作系統(tǒng)和其他程序的運行，所以外接了SDRA存儲器K4S561632C-TC75(兩片16 Mx16 bit構成32 bit)和Nand Flash存儲器K9K1G08U0A(兩片64 M×16bit構成32 bit),；復位電路選用了MAX706,；LCD選用了LB064V02；為了方便Linux內(nèi)核移植,、交叉編譯,、驅動和應用程序下載以及以后的二次開發(fā)和功能擴展還用JTAG和其他外圍器件。
1．1 S3C2410處理器芯片
嵌入式系統(tǒng)硬件的核心部件是嵌入式處理器,，本系統(tǒng)選用了三星公司推出的16／32位RISC處理器S3C2410,，這是一款低價格、低功耗,、高性能的處理器,，它為了降低整個系統(tǒng)成本，S3C2410提供了很豐富的內(nèi)部設備：分開的16 k指令Cache和16 k數(shù)據(jù)Cache,、MMU虛擬存儲器管理,、LCD控制器、支持NAND Flash系統(tǒng)引導,、片選邏輯和SDRAM控制器,、8通道10位ADC和觸摸屏接口、看門狗定時器,、3通道UART,、I2C控制器、USB控制器,、中斷控制器以及可編程I／O口等,。
1．2 S3C2410與DS18B20芯片的接口電路
溫度傳感器在整個控制裝置中占據(jù)著十分重要的地位，它所采樣的值是ARM微處理器的主要處理數(shù)據(jù),，是實施控制的依據(jù),。所以保證采樣的數(shù)據(jù)準確是進行良好控制的基礎。本系統(tǒng)選用溫度傳感器時考慮到高原的惡劣環(huán)境和牧民的實際情況選用了價格便宜,、硬件開銷小,、精度較高、有極強的抗干擾能力和糾錯能力的DS18B20數(shù)字溫度傳感器,。此傳感器采用單總線專用技術,，即一條線即可與處理器實現(xiàn)雙向傳遞數(shù)字信號，無須經(jīng)過其它變換電路,；直接輸出被測溫度值(9～12位二進制數(shù)),，工作時每一步操作都遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。被測溫范圍-55～+125℃,，在-10～+85℃時精度為±0．5℃,；此芯片內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM,，用于存儲唯一64位序列號，因此可以在一條總線上掛接多個DS18B20而不會出現(xiàn)混亂,；內(nèi)含暫存RAM,，用于存放工作參數(shù)和測量值,；具有非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,，用戶可以分別設定各路溫度的上、下限,；工作電壓范圍在3．0～5．5 V,。DS18B20與控制器的接口電路圖如圖2所示。
1．3 S3C2410與外存儲器的接口電路
為了降低成本和充分發(fā)揮32位處理器的數(shù)據(jù)處理能力,，本系統(tǒng)采用2片16位的HY29LV160和2片16位的K4S561632C芯片分別構造了32位的Flash和SDRAM存儲系統(tǒng),。Flash與S3C2410連接時，低16位片的WE#端接S3C2410的nWE<0>,。高16位片的WE#端接S3C2410的nWE<2>,，2片F(xiàn)lash的BYTE#均上拉，使工作在字模式,；2片F(xiàn)lash的地址總線[A19-A0]均與S3C2410的地址總線[ADDR19-ADDR0]相連,；低16位Flash與S3C2410的低16位數(shù)據(jù)總線[DATA15-DATA0]相連，高16位的數(shù)據(jù)總線與[DATA31-DATA16]相連,；2片F(xiàn)lash的OFF#接S3C2410的nOE#,；2片F(xiàn)lash的RESET#端接S3C2410的nRESET；將S3C2410的nGCS<0>接至2片F(xiàn)lash的CE#端,。SDRAM與S3C2410連接時,，SDRAM的地址線為[A12-A0](行／列地址線分時復用)和片選信號為BA0和BA1與S3C2410的[ADDR14-ADDR2]、ADDR[22]和ADDR[23]相連,。第一片SDRAM輸入數(shù)據(jù)線[DQ15-DQ0]連接S3C2410數(shù)據(jù)總線[DATA15-DATA0],，第二片連接數(shù)據(jù)總線[DATA31-DATA16]。另外,，第二片的LDQM,、UDQM、SCLK分別連接S3C2410的DQM2,、DQM3,、SCLK1。圖3是SDRAM芯片引腳與S3C2410引腳之間的接口圖,，F(xiàn)lash的連接方式和SDRAM方式相似,，這里就不給出接口圖。
1．4 TC35GSM通訊模塊
TC35是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊,，該模塊有AT命令集接口,，支持文本和PDU模式，可以快速可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的短消息發(fā)送。此模塊主要由GSM基帶處理器,、GSM射頻模塊,、供電模塊(ASIC)、Flash,、無線接口和ZIF連接器6部分組成,。它通過獨特的40引腳的ZIF連接器，實現(xiàn)電源連接,、指令,、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳輸,。作為TC35的核心,，基帶處理器主要控制著模塊內(nèi)各種信號的傳輸、轉化和放大,，GSM射頻部分完成對射頻信號的接受和發(fā)送等處理,，F(xiàn)lash用來存儲用戶配置信息、電話本和其他信息,。ZIF的40個引腳中,，其中數(shù)據(jù)的輸入／輸出引腳為16-23，即9針串口,，SIM卡引腳為24-29,，其中CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡,，該引腳置為高電平,，系統(tǒng)方可進入正常工作狀態(tài)。但目前移動運營商所提供的SIM卡均無CCIN引腳,，所以在設計電路時將引腳CCIN與CCVCC相連,。由于TC35數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平(2．65 V)下，因此需要通過電平轉換芯片MAX232與處理器串行口連接,。TC35與S3C2410的接口電路如圖4所示,。
2 系統(tǒng)軟件設計
軟件方面我們做了移植加載引導BootLoader、Linnux內(nèi)核的裁剪及重新編譯,、移植文件系統(tǒng),、驅動程序和用C開發(fā)了應用程序。具體工作流程是當系統(tǒng)開機后,，進入BootLoader程序進行一系列的硬件初始化,，然后加載Linux系統(tǒng)進一步初始化，如成功,，系統(tǒng)調(diào)用各個模塊開始工作,，同時看門狗檢測系統(tǒng)是否運行正常,，如不正常，則自動復位,。工作時時,，S3C2410自動控制GSM模塊向指定用戶發(fā)送短信。在發(fā)送短消息前,，首先要發(fā)送AT+CMGF命令選擇短消息的格式,，然后通過AT+CSCA來獲取短消息服務中心，等待字符‘>’出現(xiàn)后,，開始發(fā)送字符,，并以Ctrl+C結束,。短消患的發(fā)送和接收控制模式有3種：Block模式,、Text模式和PDU模式。使用Block模式需要手機生產(chǎn)廠商提供驅動支持,，目前國內(nèi)手機基本上不支持,，Text模式不支持中文。流程圖5是用TC35來實現(xiàn)溫度報警的過程,，其中流程圖中短消息發(fā)送格式設置為PDU模式(AT+CMGF=0),，短消息中心設置為西寧市(AT+CSCA=“+8613010776500”)。
3 測試結果
1)系統(tǒng)的基本功能測試,。首先借助“串口調(diào)試助手V2．2”進行了GSM模塊的測試,，測試結果能夠實現(xiàn)發(fā)送中文短信，然后系統(tǒng)集成并上電后S3C2410會不斷讀取溫度,，當溫度過高或過低超過限定值時,，處理器自動控制GSM模塊向指定手機發(fā)送短信，實現(xiàn)報警功能,。一次報警后,，S3C2410隔半小時再次進行溫度讀取和判斷，如果仍然不在限定值范圍,，則繼續(xù)報警,，如果溫度回歸正常，則進入待機循環(huán),。
2)溫度誤差的計算,。分-20℃、+7℃和+27℃3個溫度進行測試,。把溫度傳感器放入恒溫箱中,，每一個溫度測試30 min，每秒鐘記錄1組數(shù)據(jù),，共測試1 800條記錄,。測試時,，基準數(shù)據(jù)為箱內(nèi)溫度，計算時將測試存儲的數(shù)據(jù)與基準數(shù)據(jù)作差,，計算公式如下：
最終統(tǒng)計在-20℃,、+7℃、+27℃3個溫度下,，它們的溫度誤差分別是1．21,、1．08和0．89。也就是說,，設備所測試的結果都是在設定的溫度附近波動,，且波動的范圍在1℃左右，說明此設備的穩(wěn)定性較好,。
4 結束語
文中設計了基于S3C2410處理器,、DS18B20溫度傳感器和TC35GSM模塊組成的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)在考慮到高原的特有氣候和經(jīng)濟水平,，設計中考慮到了它的性價比,，以短信息的形式將過高或過低的溫度發(fā)給用戶，用戶根據(jù)具體情況進行處理,。試驗證明該系統(tǒng)的溫度采集和短信的發(fā)送性能滿足設計要求,。由于，牧民嫌電費貴,，本系統(tǒng)只涉及了短信的發(fā)送功能,，沒有對接收短信及接收后系統(tǒng)對溫度的自動控制進行研究，但系統(tǒng)留了相應的接口,，可以進行二次開發(fā)和功能擴展,。