采用Linux/Qtopia的車載溫度網(wǎng)絡(luò)采集

采用Linux/Qtopia的車載溫度網(wǎng)絡(luò)采集

本文將一線制溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)引入車載信息采集系統(tǒng)，介紹了嵌入式Linux下一線制溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)核驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)過程；設(shè)計(jì)了基于QTE/Qtopia溫度測量圖形界面應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了溫度網(wǎng)絡(luò)的即時(shí)測量、數(shù)據(jù)保存、高溫報(bào)警等功能，并成功應(yīng)用于車載信息采集系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 車載信息采集 嵌入式Linux Qtopia 一線網(wǎng)絡(luò) 溫度網(wǎng)絡(luò)采集 DS18B20

引言

　　本文在嵌入式Linux平臺上實(shí)現(xiàn)了車載信息采集系統(tǒng)的一部分——汽車常規(guī)溫度的數(shù)據(jù)采集，如采集車內(nèi)溫度、暖風(fēng)或空調(diào)溫度、車外溫度、水箱溫度等。DS18B20是一種可組網(wǎng)單總線數(shù)字溫度傳感器，為信息采集提供了經(jīng)濟(jì)有效的可行方案。嵌入式Linux以其源碼開放、容易定制和擴(kuò)展、多硬件平臺支持和內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)功能等優(yōu)良性能，逐漸成為車載設(shè)備廣泛使用的系統(tǒng)平臺。本文涉及的系統(tǒng)使用三星公司的S3C2410AL20處理器,操作系統(tǒng)采用2.6.8.1內(nèi)核Linux，GUI采用Trolltech公司的Qtopia；功能上主要實(shí)現(xiàn)：各路溫度的采集顯示、音頻報(bào)警、溫度數(shù)據(jù)的存儲、相關(guān)功能設(shè)置等。當(dāng)需要語音提示或報(bào)警時(shí)，應(yīng)用程序調(diào)用語音模塊；當(dāng)需要存儲或顯示歷史數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用程序調(diào)用SD存儲模塊。

1 Linux系統(tǒng)開發(fā)概述

　　驅(qū)動程序的開發(fā)是嵌入式Linux開發(fā)的主要任務(wù)之一。設(shè)備驅(qū)動為上層應(yīng)用程序提供控制硬件的設(shè)備接口，同時(shí)直接與Linux內(nèi)核打交道。圖1描述了Linux系統(tǒng)開發(fā)框架。

圖1 Linux系統(tǒng)開發(fā)框架

　　應(yīng)用程序開發(fā)是嵌入式Linux開發(fā)的另一個(gè)主要任務(wù)。Qt/Embedded 是著名Qt 庫開發(fā)商Trolltech 公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt 版本。Qtopia是在Qt/ Embedded 庫的基礎(chǔ)上,專門針對PDA、SmartPhone這類運(yùn)行嵌入式Linux 的移動設(shè)備和手持設(shè)備所開發(fā)的開放源碼的一套應(yīng)用程序包和開發(fā)庫。它包括全套的個(gè)人信息管理PIM ( Personal Information Management) ,如地址本、日程安排、MPEG播放、圖像顯示、瀏覽器等。

2 車載信息系統(tǒng)及硬件平臺概述

　　車載信息采集系統(tǒng)開發(fā)主要包括用戶界面開發(fā)，內(nèi)核開發(fā)，音頻模塊設(shè)計(jì)，串口模塊設(shè)計(jì)，CAN總線模塊設(shè)計(jì)，車輛狀態(tài)（又包含開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量等）檢測模塊設(shè)計(jì)等。

　　本設(shè)計(jì)著重實(shí)現(xiàn)一線制溫度網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集。一線制溫度網(wǎng)絡(luò)的溫度信號特點(diǎn)是：數(shù)值不高，多在0~100 ℃范圍內(nèi)；溫度信號變化較慢；系統(tǒng)對采集到的溫度信號的實(shí)時(shí)性要求不高；精度要求不高。

　　一線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)在于能測量大量的物理量，所有的通信都通過一線協(xié)議，而與被測的具體量無關(guān)。一線網(wǎng)絡(luò)是能夠方便地搭建起由一線傳感器芯片組成的一系列測量環(huán)境參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)。

　　DS18B20是一種可組網(wǎng)的單總線數(shù)字溫度傳感器，具有以下功能特點(diǎn)：

　　① 適應(yīng)寬的電壓范圍（3.0～5.5 V），在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。
　　② 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要1條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。
　?、?溫度范圍為－55～+125 ℃，在-10～+85 ℃時(shí)精度為±0.5 ℃。
　?、?可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5 ℃、0.25 ℃、0.125 ℃和0.062 5 ℃，可實(shí)現(xiàn)較高的精度測溫。

　　單總線使得硬件開銷極小，但需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償。由于DS18B20采用單總線串行數(shù)據(jù)傳送，保證嚴(yán)格的讀寫時(shí)序成為測溫關(guān)鍵,因此沒有采用I/O驅(qū)動，而是單獨(dú)編寫一線制溫度網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動。

　　本設(shè)計(jì)采用寄生電源連接方式，12位分辨率。寄生電源的優(yōu)點(diǎn)為：遠(yuǎn)程溫度檢測無需本地電源；缺少正常電源條件下也可以讀ROM。為確保DS18B20在其有效變換期內(nèi)得到足夠的電源電流，在I/O線上通過MOSFET提供強(qiáng)的上拉（如圖2所示）。當(dāng)使用寄生電源方式時(shí)，VDD引腳必須連接到地。

　　系統(tǒng)核心控制器S3C2410X是三星公司基于ARM920T核的芯片。S3C2410X集成了1個(gè)LCD控制器(支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏)、SDRAM、觸摸屏、USB、SPI、SD和MMC等控制器,4個(gè)具有PWM功能的計(jì)時(shí)器和1個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘,8通道的10位ADC,117位通用I/O口和24位外部中斷源,8通道10位AD控制器,處理器工作頻率最高達(dá)到203 MHz。系統(tǒng)顯示采用SHARP 3.5 in的TFT_LCD液晶顯示屏。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 信息采集系統(tǒng)及部分電路連接原理