[基于ＡＲＭ和μＣ／ＯＳ－Ⅱ设计的网络化大田温度检测系统探析] 设计现代OS的主要目标是什么
摘要：采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＬＰC２２００ ＡＲＭ７实验平台为中央处理器，移植非商业化的μＣ／ＯＳ－Ⅱ嵌入式操作系统，构建了网络化大田温度检测系统。该系统使用ＤＳ１８Ｂ２０数字化温度传感器单总线方式将数字信号传输到ＬＰＣ２２００处理器，通过ＴＣＰ／ＩＰ协议栈将数据上传到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，达到了实时可靠稳定的目的。
关键词：ＬＰＣ２２００；μＣ／ＯＳ－Ⅱ；ＤＳ１８Ｂ２０；Ｗｅｂ服务器
中图分类号：Ｓ１２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）16－3603-04
Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ ａｎｄ μＣ／ＯＳ－Ⅱ
ＭＡ Ｍｉｎｇ－ｔａｏ
（Ｊｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｌｉｎ １３２１０１，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＬＰ２２００ ＡＲＭ７ ｔｅｓｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｒｏｍ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ａｓ ＣＰＵ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｎｏｎ－ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚｅｄ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ μＣ ／ ＯＳ－Ⅱ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ， ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｆｒｏｍ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ＤＳ１８Ｂ２０ ｗａｓ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ＬＰＣ２２００ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂｙ ｓｉｎｇｌｅ ｂｕｓ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｕｐｌｏａｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ＴＣＰ ／ ＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｓｔａｃｋ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ， ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＬＰＣ２２００； μＣ ／ ＯＳ－Ⅱ； ＤＳ１８Ｂ２０； Ｗｅｂ ｓｅｒｖｅｒ
温度是农业生产中最重要的因素，对温度信息的收集和处理对农作物生长起着至关重要的作用［１］。传感器作为一种获取信息的重要工具，随着微处理器技术的迅猛发展以及测控系统自动化、智能化的发展，传统的传感器已与各种微处理器相结合，并连入网络，形成了带有信息检测、信号处理、逻辑思维等一系列功能的智能传感器系统。本研究以体积小、功耗低、可靠性高、抗干扰能力强的嵌入式微处理器为核心，使用数字式的温度传感器作为采集单元，构建网络化大田温度检测系统。
１ 整体设计
本设计采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＬＰＣ２２0０ ＡＲＭ７微处理器为核心，被测温度经数字化的传感器ＤＳ１８Ｂ２０转换成数字信号以“单总线”的方式传入到ＬＰＣ２２００，经过数据处理后根据ＴＣＰ协议经Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络送到上位机显示。以Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＡＲＭ核处理器ＬＰＣ２２0０为核心来实现嵌入式Ｗｅｂ服务器；网络接口芯片采用Ｒｅａｈｅｋ公司的ＮＥ２０００兼容芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ，内置１０ＢＡＳＥ－Ｔ收发器，通过ＨＲ９０１１７０Ａ器件接入以太网［２］。总体功能框图如图１所示。
２ 系统的硬件设计
２．１ ＡＲＭ７微处理器
电路板上的ＬＰＣ２２0０微处理器［３］采用了Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＡＲＭ７ ＴＤＭＩ－Ｓ核。ＡＲＭ７ ＴＤＭＩ－Ｓ处理器是ＡＲＭ通用３２位微处理器家族的成员之一。ＡＲＭ处理器具有优异的性能且功耗很低，其结构是基于精简指令集计算机（ＲＩＳＣ）原理而设计的指令集和相关的译码机制，比复杂指令集计算机要简单得多［４，５］。
２．２ 电源模块
ＬＰＣ２２００系列ＡＲＭ７微控制器均要使用２组电源，Ｉ／Ｏ口供电电源为３．３ Ｖ，内核及片内外设供电电源为１．８ Ｖ应用系统。
２．３ 复位电路
由于ＡＲＭ芯片的高速、低功耗和低工作电压导致其噪声容限较低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。该开发板的复位电路使用了专用微处理器电源监控芯片，以提高系统的可靠性。
２．４ 系统时钟电路
ＬＰＣ２2００系列ＡＲＭ７微控制器可使用外部晶振或外部时钟源，内部ＰＬＬ电路可调整系统设置，使系统运行速度更快（ＣＰＵ最大时钟频率为６０ ＭＨｚ）。本平台使用了外部１１．０５９ ＭＨｚ晶振，目的是使串口波特率更精确，同时能够支持ＬＰＣ２2００系列ＡＲＭ７微控制器芯片内部的ＰＬＬ功能和ＩＳＰ功能。
２．５ ＤＳ１８Ｂ２０应用电路
ＤＳ１８Ｂ２０应用电路是美国Ｄａｌｌａｓ半导体公司的数字化温度传感器，是“一线总线”接口的温度传感器。在其内部使用了在板（ＯＮ－ＢＯＡＲＤ）专利技术。测量范围为－５５～＋１２５ ℃，精度为0．５ ℃。ＤＳ１８Ｂ２０可以程序设定９～１２位的分辨率，它还支持多点组网功能，实现组网多点测温。系统选用了外部电源供电方式，在外部电源供电方式下，ＤＳｌ８Ｂ２０工作电源由ＶＤＤ引脚接入，此时Ｉ／Ｏ线不需要强上拉，也不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度。同时理论上在总线上可以挂接任意多个ＤＳ１８Ｂ２０传感器，组成多点测温系统［６，７］。
２．６ ＬＥＤ显示电路
本系统采用ＬＥＤ显示，使用ＺＬＧ７９２０芯片，ＺＬＧ７２９０与微控制器设计硬件电路连接只需要两根信号线（一根数据线ＳＤＡ，一根时钟信号线ＳＣＬ）。
２．７ 以太网接口电路
ＲＴＬ８０１９ＡＳ是一种高度集成的全双工即插即用的以太网控制芯片，它在一块芯片上集成了ＲＴＬ８０１９内核和一个１６ kＢ的ＳＤＲＡＭ存储器。能兼容ＲＴＬ８０１９控制软件和ＮＥ２０００ ８ ｂｉｔ或１６ ｂｉｔ的传输。支持ＵＴＰ、ＡＵＩ、ＢＮＣ和ＰＮＰ自动检测模式，其接口符合Ｅｔｈｅｒｎｅｔ２和ＩＥＥＥ８０２．３（１0Ｂａｓｅ５、 １０Ｂａｓｅ２、１０ＢａｓｅＴ）标准。ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片内部集成了ＤＭＡ控制器、ＩＳＡ总线控制器和集成１６ kＳＲＡＭ、网络ＰＨＹ收发器。用户可以通过ＤＭＡ方式把需要发送的数据写入片内ＳＲＡＭ中，让芯片自动将数据发送出去；而芯片在接收到数据后，用户也可以通过ＤＭＡ方式将其读出。ＲＴＬ８０1９ＡＳ与ＬＰＣ２２0０一般通过外部总线进行连接。接口电路图如图２所示。