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基于ARM的远程控制温控系统的设计

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基于ARM的远程控制温控系统的设计

石锦松,贺丽萍,白　亮,庞小峰

(电子科技大学生命科学与技术学院　四川成都　610054)

摘　要:恒温器在实验室及其他方面有着广泛的应用,为了实现不在现场而在远程就可以改变温度,介绍了一种中温恒

温箱的设计,采用三星公司的ARM(S3C44B0X)作为处理器,LM35H温度传感器采集温度信号,利用ARM处理器集成的

A/D实现信号的转换,结合嵌入式Internet技术的基本原理和μCLinux操作系统自带的TCP/IP协议可以方便地实现网络

连接,达到网络控制所需的条件。在整个系统在实验过程中,经过调试,取得了比较满意的结果。

关键词:ARM;μCLinux;嵌入式Internet;远程控制;PID算法

中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:10042373X(2007)122080202

DesignofRomoteControllingfortheTemperatureControlSystemBasedonARM

SHIJinsong,HELiping,BAILiang,PANGXiaofeng(SchoolofLifeScienceandTechnology,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu,610054,China)

Abstract:Thethermostatiswidelyappliedinthelaboratoryandsomeotherfields.Forthepurposeofchangingthetem2

peratureonremote,weintroduceadesignoftemperaturethermostatbox,whichcanachievethispurpose.ItARM

(S3C44B0X)asaprocessor,andLM35Htemperaturesensortogathertemperaturesignal,thenusesA/Dintegratedinthe

processortorealizesignalconversion.CombiningtheembeddedInternettechnologywithTCP/IPprotocolinμCLinuxOS,net2

workconnectionwillbeimplementedconveniently.Finally,itachievesasatisfactoryresultsaftertestingthewholesystem.

Keywords:ARM;μCLinux;embeddedInternet;romotecontrolling;PIDarithmetic

收稿日期:20062102231　引　言

恒温箱广泛应用于实验室中,很多生物反应、化学反

应等都需要保持合适的反应温度,往往一个实验在不同的

阶段需要不同的反应温度,实验人员必须在现场才能改变

温度。针对这一情况,本文提出了一个能在远程PC终端

机上控制的温控器的设计,实验人员能够在家里或是很远

的地方就能够控制实验的温度,调节到需要的温度,即实

现远程控制温度,这样就提高了工作效率,无论是在应用

上还是在技术发展上,都具有很积极的现实意义。随着网

络技术的发展,尤其是Internet广泛应用,为开发带来了

基础。本文提出了基于ARM处理器可远程控制的恒温

箱温控系统的设计,该系统有如下特点:

(1)用户可以在远方通过PC终端机上Internet设定

温度和在现场通过按键两种方式来设定温度;

(2)采用模糊控制技术,使温度控制具有很高的

精度;

(3)利用ARM处理器和μCLinux操作系统,统一的

TCP/IP协议,使传输速度快。2　温控系统硬件设计

2.1　微处理器S3C44B0X

S3C44B0X是SAMSUNG(三星)公司的一款基于

ARM7TDMI的32位的精简指令集(RISC)处理器架构

的芯片,他一方面具有ARM处理器低功耗、高性能等所

有优点,同时又具有非常丰富的片上资源。其特点如

下[1]:采用ARM7TDMI内核,内核电压2.5V,I/O电压

3.3V;具有丰富的I/O口,DMA,A/D,I2C,SPI等接口结

构;4种工作模式,可以实现电源管理以降低系统功耗;实

时时钟(RTC)和看门狗电路(Watchdog),系统主频最高

可达66MHz;能够兼容多种操作系统,适合移植。由此可

见,该型号芯片非常适合本系统。

2.2　硬件系统核心以及外围电路

恒温箱以SAMSUNG公司的16/32位RISC处理器

S3C44B0X为核心,负责处理输入输出信号,检测箱温的

传感器采用LM35H。由于LM35H梯度是10mV,即以

10mV为单位变化,根据精度的要求,需要放大信号,使变

化的单位增大。这里采用同相放大器LM358来放大信

号,通过S3C44B0X自带的一个10位的A/D转换器,把采

集到信号接入处理器。这个A/D的最高转换速率能够达

到100ks/s,满足对温度控制的要求。由于S3C44B0X处

08嵌入式技术石锦松等:基于ARM的远程控制温控系统的设计

© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net理器是无内存,为了满足系统对内存的要求,所以需要扩

展外部存储器,考虑到要移植μCLinux操作系统,所以用

了一块非易失性的FLASH芯片HY29LV160和SDRAM

芯片HY57V641620。温度显示模块采用了3位LED数

码管来显示温度,采用74LS244芯片驱动。加热系统是通

过处理器把测量温度值与设定温度值进行比较,得到一个

控制偏差,然后根据PID算法产生相应的控制量,由光电

耦合可控硅驱动器MOC3041触发双向可控硅,调节加热

器功率达到控制温度的目的。按键可以用来设定所需要

的温度。温控系统硬件组成框图如图1所示。

图1　温控系统硬件组成框图

3　温控系统软件设计

实时性是控制系统中一个非常重要的指标,为了使系

统满足实时性,传统的软件设计方法很难满足,这里采用

嵌入式操作系统μCLinux较好地解决了实时性的要求,同

时使其应用程序的执行稳定、快速、高效率。应用程序是

用户根据需求编写的代码,用来完成用户需求完成的功

能。在嵌入式系统下,应用程序必须通过交叉编译工具编

译,使其能够跨平台执行,通常是将调试好的应用程序添

加到文件系统中,最后执行并完成功能。

3.1　温控箱的软件设计

温控箱的工作是通过ARM处理器控制的,通过按键

设置所需要的温度,范围是(室温～60℃)。当设定了一

个温度,就会通过LED数码管显示,同时,温度传感器不

断地采集实际的温度数据,经过A/D转换,得到一个对应

的温度值,与设定温度值进行比较;当实际的温度值小于

设定温度值,加热系统就加热,不断地采集数据,当达到设

定的温度值时,则停止加热。存在的误差在算法中做了一

些处理,能够达到很好的效果。工作流程图如图2所示。

3.2　μCLinux操作系统在S3C44B0X上的移植

(1)μCLinux的特点

μCLinux是专为无存储器管理单元的微控制器打造

的Linux嵌入式操作系统,符合S3C44B0X的无内存管理

单元的特点(μ表示微型,C表示控制器)。其特点[2]有:完

整的TCP/IP协议;支持各种文件系统;μCkernal<

512kB;通用的LinuxAPI。

S3C44B0X这种无MMU的芯片,由此可见μCLinux

非常适合该系统的开发。(2)移植的步骤

由于应用程序必须在目标板上运行,而目标板上运行

的是μCLinux操作系统,与Linux系统非常接近,当在

Linux下开发的程序就很容易在μCLinux下运行,通过交

叉编译工具编译之后,使程序的移植变成了可能。移植步

骤如下:首先:建立交叉开发环境,在宿主机上安装标准的

Linux如REDHAT9;其次,安装交叉编译工具,如arm2

elf2gcc;再次,安装μCLinux内核,并用交叉编译工具编译

生成可执行文件;最后,把可执行文件下载到目标板。这

样就完成μCLinux在S3C44B0X上的移植。

图2　温控流程框图

4　远程控制的实现

S3C44B0X的主频最高能够达到66MHz,满足了远

程控制对CPU速度要求比较高的条件,提高了传输距离

和速度,同时处理器嵌入了网络接口,操作系统具有完整

的TCP/IP协议,具备了远程控制的要求。

4.1　远程控制系统架构

系统以TCP/IP协议为网络基础,分为PC机远程端,

嵌入式系统端,也即采用Client/Servert的工作模式[3],

远程PC机作为客户端,主要用来发送控制命令,设置温度

值,并获取恒温箱的当前温度信息。

嵌入式操作系统作为服务器端,能够获取恒温箱的当

前信息和响应客户端的控制信号,根据控制端的命令来控

制温度。系统结构框图如图3所示。

图3　系统结构框图

4.2　远程控制系统软件设计

软件设计主要包过2个方面的设计:客户端的程序设

计;服务器端的程序设计。本系统把VC++6.0作为开发

平台来进行程序开发的,PC机主要的功能就是数据通讯,

即发送控制命令,连上Internet等。主要利用网络套接字

socket,进行TCP数据通信。(下转第86页)　

18《现代电子技术》2007年第12期总第251期 嵌入式与单片机　

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基于ARM的电梯远程监控系统服务器端设计

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第２５卷第３期　２０１２年Ｏ５月　唐山学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔａｎｇｓｈａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．３　Ｍａｙ．２０１２　基于ＡＲＭ的电梯远程监控系统服务器端设计　李　好　（唐山学院计算机科学与技术系，河北唐山０６３０００）　摘要：应用网络通信技术，开发了基于ＡＲＭ的电梯运行状态的远程监控系统服务器端，为电梯在　运行过程中故障的发现、分析和排除提供了设计依据。　关键词：电梯；远程监控；ＡＲＭ；服务器　中图分类号：ＴＰ２７７　文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３４９Ｘ（２Ｏ１２）Ｏ３—００８５—０２　Ｓｅｒｖｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｖａｔｏｒ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ　Ｕ　Ｈａｏ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｎｇｓｈａｎ　０６３０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｅｌｅｖａｔｏｒ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｅｒ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ　ａｎｄ　ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｌｅｖａｔｏｒ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，ａｎａｌｙ—　ｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｕｎｎｉｎｇ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｖａｔｏｒ；‘ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ；ＡＲＭ；ｓｅｒｖｅｒ　Ｏ　引言　电梯作为机电一体化的大型机械设备，在高层建筑运输　中起着非常重要的作用，是楼宇自动化必不可少的部分。但　是由于电梯的结构复杂，运行可靠性要求高，使得远程监控　其运行状态和故障情况成为电梯管理、维护和安全运行的迫　切要求Ｌ１］。　目前国内外电梯远程监控服务器端设计大都基于ｘ８６　体系结构，采用微软Ｗｉｎｄｏｗｓ系列操作系统，和面向对象编　程语言对服务器端进行软件设计，并以传统电话线作为通信　控制线路。本文给出的电梯远程监控系统服务器端设计基　于ＡＲＭ体系结构，采用开源嵌入式Ｌｈａｕｘ作为操作系统，ｃ　＋＋设计通信控制接口，网线作为通信线路。与国内外大多　数电梯远程控制系统相比，具有功耗低、体积小、集成度高、　性能稳定、执行速度快、成本低、实时性强、安全性高、生命周　期长、性价比高等优势。本设计采用ＴＱ２４４ｏ　ＡＲＭ９开发板　作为服务器端，采用ＰＣ机作为客户机端，并在客户机端安装　Ｕｂｕｎｔｕ　１０．０４操作系统，服务器和客户机使用网线连接。在　服务器端构建电梯模型并完成键盘模拟电梯运行，同时用摄　像头采集视频图像，进行ＪＰＥＧ压缩处理，然后通过网络传　输，将视频图像和电梯运行数据传输至监控中心（主机）进行　实时显示。　，　１服务器环境搭建　一个嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统从软件角度可分为四部分：引导　加载程序Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，Ｌｉｎｕｘ内核，文件系统和应用程序［２］。　Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ是系统上电后运行的第一段程序。在完成对　系统的初始化任务之后，将非易失性存储器中的Ｌｉｎｕｘ内核　拷贝到ＲＡＭ中，然后跳转到内核的第一条指令处继续执　行，启动Ｌｉｎｕｘ内核。　Ｌｉｎｕｘ内核有两种映像：一种是非压缩内核Ｉｍａｇｅ，另一　种是它的压缩版本ｚｌｍａｇｅ。嵌入式系统的存储空间一般较　小，所以这里采用压缩内核的方式。编译完成后，会在内核　目录ａｒｃｈ／ＡＲＭ／ｂｏｏｔ／下生成ｚｌｍａｇｅ内核映像文件。　把ＴＱ２４４ｏ光盘自带的Ｌｉｎｕｘ－２．６．３０内核源码包解压　到／ｈｏｍｅ目录，即可开始配置。进入Ｌｉｎｕｘ－２．６．３０内核主目　录，通过ｃｐ命令，用目录下自带的配置文件，生成．ｃｏｎｆｉｇ文　件，然后开始配置Ｌｉｎｕｘ内核。使用ｍａｋｅ　ｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ命令　对内核进行配置，可在原有的配置单上进行相应的修改。在　配置时把系统所需要的驱动（．ｋｏ文件）添加进去。　２服务器运行流程　该系统采用ｃ／ｓ结构，服务器端ＴＱ２４４０　ＡＲＭ９开发板　上连接ＺＣ０３Ｏｌ　Ｕ口摄像头，用于视频获取。由于ＱＴ显示　视频流难度较大，故选择图片刷新方法来实现服务器端图像　收稿日期：２ｏ１２一Ｏ３—１４　作者简介：李好（１９７７一），男，河北滦县人，讲师，硕士，主要从事操作系统研究。

基于ARM的智能家居系统设计

基于ARM的智能家居系统设计

基于ARM的智能家居系统设计

摘要：

本文旨在介绍一种基于ARM的智能家居系统的设计。该系统通过使用ARM芯片，结合传感器技术、无线通信技术和云计算技术，实现对智能家居中多种设备的监控、控制和管理，提高了家居安全、舒适和能源利用效率。设计包括硬件系统和软件系统两个方面，其中硬件系统包括传感器模块、通信模块、控制模块和电源模块，软件系统包括数据处理、通信和用户界面三个部分。最后通过实验验证了该系统的可行性和稳定性，证明了该系统在实际应用中的优越性。

关键词：ARM、智能家居、传感器、无线通信、云计算

引言

随着智能技术的不断发展，智能家居作为智能化家居的重要组成部分，已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。智能家居系统可以实现对家居中多种设备的监控、控制和管理，提高了家居安全、舒适和能源利用效率。在智能家居系统中，传感器技术、无线通信技术和云计算技术起着至关重要的作用。本文基于ARM芯片设计了一种智能家居系统，以此来实现对智能家居的监控、控制和管理。

系统设计

2.1 硬件系统设计

硬件系统包括传感器模块、通信模块、控制模块和电源模块。

传感器模块：传感器模块主要包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、气体传感器等。这些传感器可以实时感知家居中各种环境参数，将其转换为电信号，输入到ARM芯片中进行处理。

通信模块：通信模块采用Wi-Fi或蓝牙通信技术，实现智能家居系统和用户手机或电脑的通信。用户可以通过手机或电脑远程监控、控制和管理智能家居中的各种设备。

控制模块：控制模块包括继电器模块、电机模块、灯光模块等，可以通过ARM芯片实现对智能家居中各种设备的控制和管理。

电源模块：电源模块主要负责为各个模块提供电源，其中传感器模块和通信模块采用DC-DC稳压模块进行稳压，控制模块采用开关电源模块进行供电。

2.2 软件系统设计

软件系统包括数据处理、通信和用户界面三个部分。

数据处理：数据处理模块主要负责对传感器模块采集到的各种环境参数进行处理和分析。通过对数据的分析和处理，系统可以自动调节家居中各种设备的工作状态，提高家居的舒适性和能源利用效率。

ARM9在高精度生化分析仪温度控制系统中的应用

ARM9在高精度生化分析仪温度控制系统中的应用

工业控制与应用　ｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　《自动化技术与应用》２００８年第２　７卷第１　２期　

Ａ　Ｒ　Ｍ　９在高精度生化分析仪温度控制　

系统中的应用　★　

刘克平，曹书权，李岩　（长春工业大学，吉林长春１３００１２）　

摘要：设计并实现了一种应用于全自动生化分析仪的高精度温度控制系统。基于ＡＲＭ９系列的￥３Ｃ２４１０处理器，结合嵌入式ｌｉｎｕｘ　操作系统，完成硬件驱动程序和模糊自整定ＰＩＤ控制算法的设计，实现全自动生化分析仪反应池温度的高精度控制。运行结果　表明，所设计的控制系统具有响应快，稳定性、实时性好等优点。　关键词：全自动生化分析仪；ＡＲＭ９；模糊ＰＩＤ控制；温度控制　中图分类号：ＴＰ２７３．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—７２４１（２００８）１２—００３１　０４　

Ｈｉｇｈ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ａｎ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ａｎａｌｙｚｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ９　ＬＩＵ　Ｋｅ－ｐｉｎｇ，ＣＡＯ　Ｓｈｕ－ｑｕａｎ，ＬＩ　Ｙａｎ　（Ｃｈａｎｇ　Ｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｈｉｇｈ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｆｏｒ　ａｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎａｌｙｚｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ９　ｉｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｌｉｎｕｘ　ｅｍｂｅｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ａｎｄ　Ｆｕｚｚｙ　ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ　ＰＩＤ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｄｏｗｎｌｏａｄｅｄ　ｔｏ　ａ￥３Ｃ２４　１　０　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎａｌｙｚｅｒ；ＡＲＭ９；ｆｕｚｚｙ—ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ