1、基于ARM的建筑節能溫度監測系統設計【摘要】為了合理調控建筑物室內的溫度，實現建筑節能的目標，設計了一種基于ARM處理器和4G無線數傳模塊的遠程溫度監測系統。系統選用DS18B20數字溫度傳感器實現溫度的采集，采用S3C2440作為主控制芯片讀取并存儲溫度數據，通過4G無線數傳模塊將溫度數據傳送到Internet網絡中。該系統可實現實時、自動的對現場溫度數據進行顯示和存儲，實現了對建筑室內溫度的遠程實時監測。 【關鍵詞】ARM；數字溫度傳感器；4G無線數傳模塊；組態網引言在實際生活中，人們居住、辦公的建筑內往往存在大量的能源浪費情況，通過對建筑物內的溫度進行實時監測，進而對空調、暖氣系統進行調
2、節實現室內溫度的合理控制，對建筑節能目標的實現具有重要的意義?；贏RM微處理器的嵌入式系統具有反應速度快，可移植性和擴展性強等優點，便于后期的系統升級。所以，開發基于ARM的嵌入式遠程溫度監測系統具有重要的實際應用價值。1、系統總體設計根據建筑節能溫度檢測的要求和特點，設計的建筑節能溫度監測系統包括溫度檢測模塊、ARM控制系統模塊、無線數傳模塊和上位機監測軟件四部分組成。其中，溫度檢測模塊通過DS18B20數字溫度傳感器實現現場溫度的采集，并將溫度數據傳輸給ARM控制系統模塊。ARM控制系統模塊將溫度傳感器送來的數據進行處理，并通過RS232接口電路發送給4G無線數傳模塊。無線傳輸模塊通過無
3、線方式，將溫度數據通過4G網絡發送至Internet網絡中。上位機利用組態網軟件開發監測軟件，對溫度數據進行實時顯示和后臺存儲，并實現溫度超限報警的功能。本設計主要框架：溫度檢測模塊-ARM控制系統-4G無線數傳模塊-上位機監測系統。2、系統硬件設計2.1溫度檢測模塊設計系統選用DS18B20進行溫度采集，DS18B20由溫度傳感器、ROM、報警觸發器和配置寄存器組成3，其采集到的溫度能夠以數字信號的方式傳送給ARM控制系統。DS18B20只有三個引腳：VDD、DQ、GND。VDD引腳為接電源端，GND為接地引腳，DQ引腳與控制芯片相連，進行數據通信，只通過DQ引腳進行數據的讀寫。由于DS18
4、B20的單總線特性，使得ARM微控制器的一個GPIO接口上可以掛接多個DSl8B20，從而實現多點溫度采集。2.2ARM控制系統考慮到系統的穩定性和今后大面積使用的性價比，本系統的ARM控制系統選用廣州友善之臂公司生產的Mini2440 ARM9系統板，該板采用Samsung S3C2440微處理器，并采用專業穩定的CPU內核電源芯片和復位芯片來保證系統運行時的穩定性。Samsung S3C2440A，主頻400MHz。本系統選用統寶3.5存真彩LCD觸摸屏，分辨率240x320，可以滿足系統在現場實時顯示溫度的要求。該板有3個RS232接口，可以選用其中1個與4G無線數傳模塊進行通信，傳輸檢
5、測的實時溫度數據。2.34G無線數傳模塊系統選用廈門才茂通信公司生產的RS232接口4G DTU無線數傳模塊CAIMORE DTU（Data Transfer Unit），模塊型號CM510-21T。該模塊為用戶提供高速、永遠在線、TCP/UDP透明數據傳輸的工業級無線傳輸服務。產品采用高速高性能工業級ARM9嵌入式處理器，內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧，為用戶提供高速，穩定可靠的無線透明傳輸功能。數據接口為標準RS232接口，硬件上僅需將ARM控制系統的RS232接口與之相連，并進行接收端IP地址的設置，即可實現溫度數據的無線發送。3、系統軟件設計3.1驅動程序的開發對于本系統，DS1
6、8B20的驅動程序開發最為關鍵。DS18B20是單總線器件，因此對其的操作時序比較嚴格，驅動程序能否正常運行，關鍵在于能否正確地編寫復位程序、位寫程序、位讀程序。對DS18B20進行讀寫之前要對其進行復位初始化，以檢測DS18B20的存在。復位要求ARM微處理器將數據線下拉480960us，再釋放數據線，等待約60us。若ARM微處理器接收到DS18B20發出的存在低電平，則表示復位成功。3.2驅動程序加載及測試在系統開發階段采用動態加載方式，首先為DS18B20創建設備節點及主次設備號，然后加載DS18B20的驅動文件。執行測試程序，驅動和測試程序可以正常運行，并且能顯示當前溫度信息。當驅動
7、程序測試成功后，即可將其直接編譯進內核中，系統啟動后即可進行測溫?，F場溫度可顯示在ARM系統的液晶屏上。3.3ARM與組態網之間的通信協議下位機的基于ARM的溫度監測系統與上位機的基于組態軟件的監測軟件之間通過RS232串口方式進行通信。由于選用的4G數傳模塊可以實現無線透明傳輸功能，所以在根據通信協議進行通信程序的編寫時無需考慮網絡傳輸過程中的TCP/IP協議。通信過程中下位機系統的數據傳輸波特率、數據位、停止位、奇偶校驗等數據格式必須與組態軟件中的設定保持一致。組態網通過通信協議決定上位機與單片機的通信方法，以數據包的形式進行。在數據包中除字頭、字尾外，所有的數據字節均用兩個ASCII碼表
8、示。數據包的構成結構可參見組態網幫助文件。通信過程主要利用如下4個函數完成：（1）字節拆分函數。（2）串口發送函數。（3）接收準備程序。（4）發送程序。四個程序完成。4、上位機溫度監測軟件現場采集到的溫度數據由ARM控制系統通過RS232接口傳遞給4G數傳模塊，數傳模塊通過4G網絡向上位機電腦主機的IP地址發送數據。上位機電腦通過Internet網絡接收到溫度數據后，由基于組態網軟件開發的上位機監測軟件進行數據顯示。本系統所測溫度為建筑室內溫度，根據公共建筑節能設計標準中相關規定，公共建筑室內溫度一般應在5攝氏度到20攝氏度范圍內。當溫度超過這個限度后，監測軟件可實施報警。并可生成實時趨勢曲線
9、、實時數據報表、歷史數據報表。在實際應用中也可根據應用場合的實際需求合理調整報警范圍。5、結論采用4G數傳模塊替代傳統的GPRS模塊進行溫度數據的遠程傳輸，可以提高數據傳輸的實時性，并為今后傳輸現場視頻數據做好基礎準備工作。通過系統的實際測試驗證，本系統穩定可靠，數據傳輸實時性好，可以在建筑節能檢測領域發揮積極的作用。參考文獻1康守和.從建筑設計及運行管理談綠色建筑節能關鍵技術.山西建筑，2015，41（4）：203-2042莫宏波，朱新寧，果敢等.LTE TDD與LTE FDD的關鍵過程差異分析.電信科學，2010，（2）：74-793張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應用.儀表技術，2010，（4）：68-70
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