青海省是青藏高原的重要組成部分，素有“中華水塔”和“動(dòng)物王國(guó)”之稱(chēng),，是我國(guó)五大牧區(qū)之一,，但由于近幾年的鼠類(lèi)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(mén)引導(dǎo)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(guò)高過(guò)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(duì)此問(wèn)題設(shè)計(jì)了一個(gè)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(huì)自動(dòng)地控制GSM模塊向指定用戶(hù)發(fā)送短信,，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能,。

1 系統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)的硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)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(yùn)行時(shí)，處理器芯片將溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,，將處理得到的數(shù)據(jù)在LCD屏上顯示,，并定時(shí)將采集結(jié)果寫(xiě)入Flash中，然后將采集到的溫度值和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，檢驗(yàn)其是否在其預(yù)設(shè)范圍內(nèi),。若超出預(yù)設(shè)范圍,，通過(guò)TC35 GSM通訊模塊發(fā)出報(bào)警信息；由于處理芯片存儲(chǔ)空間有限,，不能滿(mǎn)足操作系統(tǒng)和其他程序的運(yùn)行,，所以外接了SDRA存儲(chǔ)器K4S561632C-TC75(兩片16 Mx16 bit構(gòu)成32 bit)和Nand Flash存儲(chǔ)器K9K1G08U0A(兩片64 M×16bit構(gòu)成32 bit)；復(fù)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(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序下載以及以后的二次開(kāi)發(fā)和功能擴(kuò)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(jià)格,、低功耗、高性能的處理器,，它為了降低整個(gè)系統(tǒng)成本,，S3C2410提供了很豐富的內(nèi)部設(shè)備：分開(kāi)的16 k指令Cache和16 k數(shù)據(jù)Cache、MMU虛擬存儲(chǔ)器管理,、LCD控制器、支持NAND Flash系統(tǒng)引導(dǎo),、片選邏輯和SDRAM控制器,、8通道10位ADC和觸摸屏接口、看門(mén)狗定時(shí)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(gè)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(shí)施控制的依據(jù),。所以保證采樣的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確是進(jìn)行良好控制的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)選用溫度傳感器時(shí)考慮到高原的惡劣環(huán)境和牧民的實(shí)際情況選用了價(jià)格便宜,、硬件開(kāi)銷(xiāo)小,、精度較高、有極強(qiáng)的抗干擾能力和糾錯(cuò)能力的DS18B20數(shù)字溫度傳感器,。此傳感器采用單總線(xiàn)專(zhuān)用技術(shù),，即一條線(xiàn)即可與處理器實(shí)現(xiàn)雙向傳遞數(shù)字信號(hào)，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路,；直接輸出被測(cè)溫度值(9～12位二進(jìn)制數(shù)),，工作時(shí)每一步操作都遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議,。被測(cè)溫范圍-55～+125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0．5℃,；此芯片內(nèi)含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM,，用于存儲(chǔ)唯一64位序列號(hào)，因此可以在一條總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20而不會(huì)出現(xiàn)混亂,；內(nèi)含暫存RAM,，用于存放工作參數(shù)和測(cè)量值；具有非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,，用戶(hù)可以分別設(shè)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(chǔ)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(gòu)造了32位的Flash和SDRAM存儲(chǔ)系統(tǒng),。Flash與S3C2410連接時(shí),，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(xiàn)[A19-A0]均與S3C2410的地址總線(xiàn)[ADDR19-ADDR0]相連,；低16位Flash與S3C2410的低16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)[DATA15-DATA0]相連,，高16位的數(shù)據(jù)總線(xiàn)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(shí),，SDRAM的地址線(xiàn)為[A12-A0](行／列地址線(xiàn)分時(shí)復(fù)用)和片選信號(hào)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(xiàn)[DQ15-DQ0]連接S3C2410數(shù)據(jù)總線(xiàn)[DATA15-DATA0],，第二片連接數(shù)據(jù)總線(xiàn)[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(wú)線(xiàn)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(shí)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(wú)線(xiàn)接口和ZIF連接器6部分組成,。它通過(guò)獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器,，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令,、數(shù)據(jù),、語(yǔ)音信號(hào)及控制信號(hào)的雙向傳輸。作為T(mén)C35的核心,，基帶處理器主要控制著模塊內(nèi)各種信號(hào)的傳輸,、轉(zhuǎn)化和放大，GSM射頻部分完成對(duì)射頻信號(hào)的接受和發(fā)送等處理,，F(xiàn)lash用來(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)配置信息,、電話(huà)本和其他信息。ZIF的40個(gè)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(lái)檢測(cè)SIM卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡,，該引腳置為高電平,，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。但目前移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商所提供的SIM卡均無(wú)CCIN引腳,，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)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(guò)電平轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)
軟件方面我們做了移植加載引導(dǎo)BootLoader、Linnux內(nèi)核的裁剪及重新編譯,、移植文件系統(tǒng),、驅(qū)動(dòng)程序和用C開(kāi)發(fā)了應(yīng)用程序。具體工作流程是當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，進(jìn)入BootLoader程序進(jìn)行一系列的硬件初始化,，然后加載Linux系統(tǒng)進(jìn)一步初始化,，如成功，系統(tǒng)調(diào)用各個(gè)模塊開(kāi)始工作,，同時(shí)看門(mén)狗檢測(cè)系統(tǒng)是否運(yùn)行正常,，如不正常，則自動(dòng)復(fù)位,。工作時(shí)時(shí),，S3C2410自動(dòng)控制GSM模塊向指定用戶(hù)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(guò)AT+CSCA來(lái)獲取短消息服務(wù)中心，等待字符‘>’出現(xiàn)后,，開(kāi)始發(fā)送字符,，并以Ctrl+C結(jié)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(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)商提供驅(qū)動(dòng)支持，目前國(guó)內(nèi)手機(jī)基本上不支持,，Text模式不支持中文,。流程圖5是用TC35來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警的過(guò)程，其中流程圖中短消息發(fā)送格式設(shè)置為PDU模式(AT+CMGF=0),，短消息中心設(shè)置為西寧市(AT+CSCA=“+8613010776500”),。

3 測(cè)試結(jié)果
1)系統(tǒng)的基本功能測(cè)試。首先借助“串口調(diào)試助手V2．2”進(jìn)行了GSM模塊的測(cè)試,，測(cè)試結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送中文短信,，然后系統(tǒng)集成并上電后S3C2410會(huì)不斷讀取溫度，當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低超過(guò)限定值時(shí),，處理器自動(dòng)控制GSM模塊向指定手機(jī)發(fā)送短信,，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。一次報(bào)警后,，S3C2410隔半小時(shí)再次進(jìn)行溫度讀取和判斷,，如果仍然不在限定值范圍，則繼續(xù)報(bào)警,，如果溫度回歸正常,，則進(jìn)入待機(jī)循環(huán)。
2)溫度誤差的計(jì)算,。分-20℃,、+7℃和+27℃3個(gè)溫度進(jìn)行測(cè)試,。把溫度傳感器放入恒溫箱中，每一個(gè)溫度測(cè)試30 min,，每秒鐘記錄1組數(shù)據(jù),，共測(cè)試1 800條記錄。測(cè)試時(shí),，基準(zhǔn)數(shù)據(jù)為箱內(nèi)溫度,，計(jì)算時(shí)將測(cè)試存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)作差，計(jì)算公式如下：

最終統(tǒng)計(jì)在-20℃,、+7℃,、+27℃3個(gè)溫度下，它們的溫度誤差分別是1．21,、1．08和0．89,。也就是說(shuō)，設(shè)備所測(cè)試的結(jié)果都是在設(shè)定的溫度附近波動(dòng),，且波動(dòng)的范圍在1℃左右,，說(shuō)明此設(shè)備的穩(wěn)定性較好。

4 結(jié)束語(yǔ)
文中設(shè)計(jì)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(jì)水平，設(shè)計(jì)中考慮到了它的性?xún)r(jià)比,，以短信息的形式將過(guò)高或過(guò)低的溫度發(fā)給用戶(hù),，用戶(hù)根據(jù)具體情況進(jìn)行處理。試驗(yàn)證明該系統(tǒng)的溫度采集和短信的發(fā)送性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,。由于,，牧民嫌電費(fèi)貴，本系統(tǒng)只涉及了短信的發(fā)送功能,，沒(méi)有對(duì)接收短信及接收后系統(tǒng)對(duì)溫度的自動(dòng)控制進(jìn)行研究,，但系統(tǒng)留了相應(yīng)的接口，可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和功能擴(kuò)展,。