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基于A(yíng)RM架構(gòu)溫室大棚溫度監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì).pdf

  • 資源ID:8256       資源大?。?span id="t2hasgv" class="font-tahoma">1.25MB        全文頁(yè)數(shù):2頁(yè)
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基于A(yíng)RM架構(gòu)溫室大棚溫度監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì).pdf

20 20 農(nóng)業(yè)科學(xué) 隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進(jìn) 軟硬件可裁剪的各類(lèi) 便攜式嵌入式設(shè)備在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 其中 以 ARM處理器為核心單元 加載Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)統(tǒng)一 管理系統(tǒng)資源 這種架構(gòu)體系在嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)中得到了 最為廣泛的應(yīng)用 本文從溫室大棚溫度檢測(cè)的需求出發(fā) 基于A(yíng)RM Linux架構(gòu)體系 從硬件設(shè)計(jì) 到底層驅(qū)動(dòng)和 用戶(hù)程序的設(shè)計(jì) 進(jìn)行了便攜式嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)的完整流 程 設(shè)計(jì)出的溫度監(jiān)控設(shè)備可很好滿(mǎn)足溫室大棚對(duì)設(shè)定溫 度的檢測(cè)與報(bào)警 1 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)思想 1 1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 目前 ARM架構(gòu)的嵌入式設(shè)備基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)平臺(tái)可選擇 的型號(hào)很多 本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)采用周立功公司的EasyARM i MAX283A作為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)平臺(tái) 此平臺(tái)采用ARM926EJ S 為內(nèi)核處理器 配置了種類(lèi)繁多的各外設(shè)功能模塊 并給 出了具體詳細(xì)的SCH原理圖 因此 溫室大棚溫度監(jiān)控 設(shè)備可采用兩種途徑進(jìn)行硬件設(shè)計(jì) 一是直接采用原來(lái)的 基礎(chǔ)平臺(tái) 這種方式簡(jiǎn)單 開(kāi)發(fā)周期也短 二是在原SCH 基礎(chǔ)上保留對(duì)應(yīng)功能模塊進(jìn)行二次設(shè)計(jì) 這種方式對(duì)定制 式的系列嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)極具幫助 本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)采用第二 種方式進(jìn)行 1 2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)加載Linux2 6內(nèi)核 由于進(jìn)行了基礎(chǔ)平臺(tái)的硬 件二次設(shè)計(jì) 所以?xún)?nèi)核需要重新編譯和加載 考慮到將來(lái) 類(lèi)似系統(tǒng)設(shè)備的可延展性 其中A D轉(zhuǎn)換 EEPROM存 儲(chǔ)器 GPIO按鍵 SPI數(shù)碼管和蜂鳴器做成了內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模 塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載 用戶(hù)控制程序完成功能模塊的調(diào)用和流 程控制 2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立 2 1宿主機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立 為完成內(nèi)核編譯 功能模塊驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)和用戶(hù)程序設(shè)計(jì) 與調(diào)試等工作 應(yīng)在宿主機(jī)上建立功能完善的集成開(kāi)發(fā)環(huán) 境 并建立與目標(biāo)系統(tǒng)的有效連接關(guān)系 具體內(nèi)容包括以 下幾個(gè)方面 2 1 1以虛擬機(jī)方式在用戶(hù)主機(jī)上安裝ubuntu12 04系 統(tǒng) 安裝arm linux gcc交叉編譯器 并設(shè)置有效的環(huán)境 變量 用于A(yíng)RM架構(gòu)的目標(biāo)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與用戶(hù)程序的 開(kāi)發(fā)與調(diào)試 2 1 2通過(guò)TeraTerm等應(yīng)用軟件 建立宿主機(jī)與目標(biāo) 設(shè)備的串口連接 完成初始命令的傳輸 2 1 3安裝TFTP服務(wù)器 由于目標(biāo)設(shè)備要加載經(jīng)過(guò)裁 剪編譯的Linux2 6內(nèi)核 可以利用開(kāi)銷(xiāo)很小的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)傳 輸協(xié)議TFTP進(jìn)行初始加載 2 1 4安裝SSH服務(wù)器 通過(guò)建立在應(yīng)用層和傳輸層 上的SSH安全網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議 完成軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的用 戶(hù)主機(jī)與目標(biāo)設(shè)備間大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸工作 2 1 5安裝NFS服務(wù)器 通過(guò)Linux內(nèi)核的NFS網(wǎng)絡(luò) 文件系統(tǒng) 可以讓用戶(hù)主機(jī)和目標(biāo)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)文件共享 便于程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試 2 2目標(biāo)設(shè)備環(huán)境建立 目標(biāo)設(shè)備首先可以用多種方法燒寫(xiě)U boot 然后通 過(guò)U boot設(shè)置簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 建立目標(biāo)設(shè)備與用戶(hù)主 機(jī)之間的串口連接和網(wǎng)絡(luò)連接 主要以客戶(hù)端的方式進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和文件系統(tǒng)共享 通過(guò)TFTP加載Linux2 6 原始內(nèi)核 并進(jìn)一步通過(guò)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)內(nèi)核和文件系統(tǒng) 3 功能模塊驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 為保證將來(lái)類(lèi)似設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) 也使本設(shè)備能適應(yīng) 不同環(huán)境的溫度測(cè)量要求 設(shè)備的幾個(gè)外設(shè)功能模塊都設(shè) 計(jì)成了內(nèi)核動(dòng)態(tài)加載方式 由于參照的是GNU的開(kāi)源代 碼 驅(qū)動(dòng)程序框架不需要太大改動(dòng) 主要是針對(duì)硬件資源 進(jìn)行資源再分配 并加入了一些底層文件操作的細(xì)節(jié) 3 1溫度設(shè)置與保存模塊 EEPROM塊設(shè)備采用I2C接口 為上層的用戶(hù)程序提 供存儲(chǔ)溫度值的讀取和寫(xiě)入方法 驅(qū)動(dòng)功能包括I2C總線(xiàn) 設(shè)備文件的打開(kāi)和關(guān)閉 設(shè)置總線(xiàn)地址 檢查最低最高警 告溫度是否已設(shè)置存儲(chǔ) 在0X00位置保存由按鍵輸入的 基于A(yíng)RM架構(gòu)溫室大棚溫度監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì) 楊篤偉 尚怡君 鄭州西亞斯學(xué)院 河南 鄭州 451100 摘 要 本文根據(jù)農(nóng)業(yè)溫室大棚對(duì)溫度監(jiān)控的不同要求 利用ARM9處理器和Linux內(nèi)核架構(gòu) 按完整的開(kāi)發(fā)流程 對(duì)設(shè)備硬件 底層驅(qū)動(dòng)和用戶(hù)程序進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì) 開(kāi)發(fā)出的嵌入式設(shè)備能很好適應(yīng)不同環(huán)境溫度的監(jiān)控 要求 關(guān)鍵詞 嵌入式 ARM Linux 溫度 文章編號(hào) ISSN2096 0743 2020 03 0020 21 21 農(nóng)業(yè)科學(xué) 一字節(jié)最低安全溫度 在0X01位置保存一字節(jié)的最高安 全溫度 設(shè)置進(jìn)程互斥鎖用于保護(hù)操作EEPROM的代碼 3 2環(huán)境溫度測(cè)量模塊 利用MCP9700作為模擬輸出的溫度感知單元 輸出 接入目標(biāo)設(shè)備的ADC通道 ADC單元利用對(duì)應(yīng)的計(jì)算公 式完成真實(shí)環(huán)境溫度的上層用戶(hù)接口數(shù)字量輸出 ADC 單元驅(qū)動(dòng)模塊采用混雜字符設(shè)備框架 包括設(shè)備文件的打 開(kāi)和關(guān)閉 環(huán)境溫度測(cè)量與轉(zhuǎn)換等 3 3溫度顯示模塊 溫度利用SPI總線(xiàn)接口的數(shù)碼管來(lái)顯示 為保證 Linux內(nèi)核統(tǒng)一管理各種SPI總線(xiàn)設(shè)備 采用平臺(tái)設(shè)備框 架編程 包括SPI核心層 SPI控制器驅(qū)動(dòng)層和SPI具體 設(shè)備驅(qū)動(dòng)層 核心層注冊(cè)類(lèi)和總線(xiàn) 統(tǒng)一提供用戶(hù)程序接 口 控制器驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)SPI主控制器的驅(qū)動(dòng) 由具體設(shè)備 驅(qū)動(dòng)層向SPI總線(xiàn)注冊(cè)數(shù)碼管設(shè)備 通過(guò)設(shè)備文件的打開(kāi) 關(guān)閉和總線(xiàn)操作 驅(qū)動(dòng)四位七段數(shù)碼管顯示具體測(cè)量溫度 或告警溫度 3 4按鍵處理模塊 與統(tǒng)一管理SPI總線(xiàn)接口設(shè)備的設(shè)計(jì)原則類(lèi)似 為便 于類(lèi)似接口設(shè)備如鼠標(biāo) 鍵盤(pán)等的擴(kuò)充管理 按鍵作為通 用的輸入輸出 納入Linux輸入子系統(tǒng) 輸入子系統(tǒng)通過(guò) 事件管理器動(dòng)態(tài)注冊(cè)按鍵設(shè)備 按鍵驅(qū)動(dòng)包括設(shè)備打開(kāi) 關(guān)閉和具體按鍵中斷處理等 3 5蜂鳴器模塊 蜂鳴器作為一路獨(dú)立的簡(jiǎn)單I O資源 采用純字符設(shè) 備驅(qū)動(dòng)框架編程 包括設(shè)備的打開(kāi) 關(guān)閉和I O操作 4 用戶(hù)程序設(shè)計(jì) 由于Linux操作系統(tǒng)中 所有即文件 的概念 所有 對(duì)外設(shè)功能模塊的操作其實(shí)都是對(duì)相應(yīng)設(shè)備文件的操作 與普通文件操作一樣 設(shè)備文件的處理方式也是一樣的 無(wú)非就是文件打開(kāi) 關(guān)閉 讀寫(xiě)等 因此 溫室大棚溫度 監(jiān)控設(shè)備的用戶(hù)程序不用去關(guān)心設(shè)備底層的差異 主要實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng)用戶(hù)控制流程 用戶(hù)程序采用Linux C編程 其流 程如下圖所示 用戶(hù)程序流程圖 各功能單元由Linux內(nèi)核動(dòng)態(tài)加載的驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行 啟動(dòng) 用戶(hù)調(diào)用設(shè)計(jì)成功能子程序的方式 具體包括 EEPROM溫度設(shè)置和讀取 A D環(huán)境溫度測(cè)量 數(shù)碼管指 定內(nèi)容顯示和按鍵消息中斷處理 由主程序統(tǒng)一調(diào)度處理 5 結(jié)果測(cè)試 本監(jiān)控設(shè)備采用了五個(gè)GPIO按鍵來(lái)控制溫度設(shè)置和 溫度顯示 由鍵1控制數(shù)碼管顯示最低告警溫度 由鍵2 控制數(shù)碼管顯示最高告警溫度 通過(guò)鍵3和鍵4升高和降 低溫室大棚具體的告警溫度 通過(guò)鍵5可以觀(guān)察數(shù)碼管顯 示的測(cè)量溫度 當(dāng)測(cè)量溫度超過(guò)告警溫度時(shí) 蜂鳴器連續(xù) 發(fā)出告警聲音 提醒用戶(hù)環(huán)境溫度超差 對(duì)溫室大棚的不 同環(huán)境溫度要求起到了很好的測(cè)量與告警作用 6 結(jié)論 定制式的嵌入式設(shè)備在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)方面有著廣泛的應(yīng) 用前景 嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)方式很多 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用從軟 硬件基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)方式 采用目前應(yīng)用最為廣泛的 ARM Linux架構(gòu) 并從系統(tǒng)硬件 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 設(shè)備 底層驅(qū)動(dòng)和用戶(hù)程序等環(huán)節(jié)進(jìn)行了完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和流程 說(shuō)明 對(duì)相關(guān)設(shè)備的開(kāi)發(fā)具有借鑒意義 開(kāi)發(fā)的溫室大棚 監(jiān)控設(shè)備也能方便地應(yīng)用于各種環(huán)境溫度監(jiān)控中 參考文獻(xiàn) 1 蒙海陸 對(duì)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究 J 電子測(cè)試 2019 2 張治國(guó) ARM嵌入式系統(tǒng)綜述 J 科技資訊 2007 3 宋 昊 農(nóng)業(yè)溫室測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) D 北方工業(yè) 大學(xué) 2018 4 劉 迪 周 強(qiáng) 基于A(yíng)RM9平臺(tái)上的嵌入式Linux系 統(tǒng)移植 J 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2018 5 張歡慶 高 麗 宋承祥 基于A(yíng)RM的嵌入式Linux交 叉編譯環(huán)境的研究與實(shí)現(xiàn) J 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程 2012 6 韓力英 楊宜菩 王 楊 唐紅梅 牛新環(huán) 基于單片 機(jī)的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2016 7 馬子豪 耿瑞芳 劉宇航 高 朔 李鎵丞 基于 C8051單片機(jī)的溫室大棚空氣濕度控制系統(tǒng)研究 J 電 子世界 2015 8 方 輝 程權(quán)成 基于單片機(jī)的蔬菜大棚智能控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) J 電子設(shè)計(jì)工程 2015 基金名稱(chēng) 2017年度河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目 基 于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)作物病害識(shí)別方法研究 編號(hào) 17A520017

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