基于LM3S8962的温度采集器设计

基于LM3S8962的温度采集器设计卞金洪(盐城工学院信息工程学院,江苏盐城　224051)摘要:将以Cortex -M3为内核的ARM 芯片L M3S8962与数字式温度传感器ADT75相结合,实现了一个具有以太网功能的远程温度采集器。

该采集器具有性价比高、实现简单、传输稳定可靠等优点。

关键词:L M3S8962;TCP /I P;u I P 中图分类号:TP368 文献标识码:A 文章编号:1671-5322(2009)03-0037-03收稿日期:2009-03-26作者简介:卞金洪(1966-),男,江苏建湖县人,讲师,主要研究方向为无线电技术。

随着计算机技术和半导体技术的发展,单片机等嵌入式微控制器在各个领域取得了广泛的应用,而AR M 嵌入式微处理器则是一种高性能、低功耗的R I SC 微控制器芯片。

目前AR M 芯片已广泛应用于无线产品、P DA 、GPS 、消费电子、汽车电子、工业控制、医疗产品、智能卡等领域。

温度采集与控制技术是现代测量、控制系统的一个重要组成部分。

由于传统的模拟传感测量温度系统存在测量精度低、易受干扰、硬件复杂、调试繁琐等不利因素,而新型单片数字式温度传感器具有测量精度高、抗干扰能力强、操作方便、低功耗等优点,应用范围越来越广泛。

本文设计的嵌入式温度采集器是通过高分辨数字式温度传感器ADT75实现温度的采集,由LM3S8962实时显示采集的温度,并通过将T CP /I P 协议栈u I P 移植到L M3S8962上,实现将温度数据通过以太网传送至远程主机。

该设计方案具有性价比高、实现简单、传输稳定可靠等优点[1]。

1　LM3S8962简介本文设计嵌入式温度采集器中,LM3S8962是核心,它是Lu m inary M icr o .公司最新推出的一款基于Cortex -M3内核的ARM 芯片[1]。

而Cor 2tex -M3内核是首款基于ARMv7-M 架构的处理器,隶属于AR M CortexT M 系列。

ARM CortexT M 系列提供了一个标准的体系结构来满足企业应用、汽车系统,家庭网络和无线技术等市场领域的各种技术的不同性能要求。

Cortex -M3则是专门为了在微控制器、汽车车身系统、工业控制系统、无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域实现高系统性能而设计的,它大大简化了可编程的复杂性,使AR M 架构成为各种应用方案的上佳选择。

L M3S8962功能强大,集成了丰富的片上资源:含有256kB 单周期Flash,64kB 单周期访问的SRAM;含有4个通用定时器模块(GPT M ),每个模块都能提供2个16位的定时器/计数器,或作为一个32位的定时器模块;兼容ARM Fi R M 的看门狗定时器;含有10/100以太网控制器;具有同步串行(SSI )接口,及3个完全可编程控制的16C550型UART 接口,支持Ir DA 操做,并含有1个I 2C 模块;3个P WM 信号发生模块,每个模块都带有1个16位的计数器、2个比较器,1个P WM 信号发生器、以及一个死区发生器;含有正交编码器(QE I )接口;含有多个通用I O 口,最高电平容限为5V 。

L M3S8962的以太网控制器遵循I EEE 802.3规范,完全支持10BASE -T 和100BASE -TX 标准,含有100BASE -TX 扰码器/解扰器,支持全功能的自协商协议,可工作在多种模式下,如全双工和半双工100Mbp s 、全双工和半双工10Mbp s 、节电和掉电模式,而且可编程MAC 地址,用户可配置中断。

因此采用L M3S8962作为以太网微控制器的开发是一个性价比很高的选择。

第22卷第3期2009年09月盐城工学院学报(自然科学版)Journal of Yancheng I nstitute of Technol ogy (Natural Science Editi on )Vol .22No .3Sep t .20092　TCP/I P协议栈u I PT CP/I P协议栈u I P是一个开源软件,由瑞典计算机科学学院(网络嵌入式系统小组)的Ada m Dunkels开发,是专为8位和16位的嵌入式微控制器设计的微型TCP/I P协议栈,它采用BS D授权,具有良好的互操作性和可移植性,并遵循RFC标准。

它完全由C语言编写完成,其文档和源代码可用于商业和非商业用途。

目前移植到了大部分的8位微控制器,而且已在很多的嵌入式产品和项目中使用(比如卫星,Cisco路由器等)[2]。

u I P具有如下基本特性:良好的文档和源代码注释,几乎每一行代码都有注释;代码非常少;占用非常少的内存,在编译时候可以设置;支持ARP、S L I P、I P、UDP、I C MP(p ing)和TCP协议;提供一套实例程序:web服务器、web客户端、电子邮件发送程序(S MTP客户端)、Telnet服务器、DNS主机名解析程序;同时活动的TCP链接数没有限制,在编译时候可以设置;可免费用于商业和非商业用途;TCP和I P协议遵循RFC标准,包括流控制、片断分割和重传超时估算。

3　硬件设计本文设计的温度采集器以L M3S8962为核心,外围电路主要由带有变压器的RJ45网络接口、键盘和液晶显示、ADT75测温电路组成。

由于L M3S8962片上集成了一个以太网控制器,并且该以太网控制器由一个完全集成的媒体访问控制器(MAC)和网络物理(PHY)接口器件组成,因此与通常由单片机或者AR M构成的具有以太网功能的通信节点相比[2],它省去了需要外接PHY 芯片,如DM9161,RT L8019等,而只需要选择一个合适的网络变压器和一个RJ45接口既可。

这大大的简化了硬件设计,并降低了硬件设计的成本。

键盘和液晶显示电路则用于构成一个友好的人机交互界面,方便用户配置参数(如配置主机I P地址等),观察和监视采集得到的温度数据。

ADT75ARZ是AD I公司推出的一款低功耗、高分辨率的温度传感器,它内含12位AD,具有S MBus/I2C兼容接口,有超温指示输出引脚,其额定工作温度范围为-55℃～+125℃,其分辨率可达0.0625℃,功耗低,工作电压范围是3V～5.5V。

ADT75的工作过程如下:ADT75通过内部的温度传感器将采集温度转化为电压信号,此电压信号经过内部的调节器后输入至12位AD,AD 转换后的12位温度数据存储于温度数据寄存器中,并将该温度数据与温度限定寄存器的值相比较,如果超过设定值,则引脚OS输出有效电平。

OS引脚输出的电平可在配置寄存器中设定。

ADT75内部有5个寄存器,4个数据寄存器,一个地址指针寄存器。

4个数据寄存器分别为配置寄存器、温度数据寄存器、THYST定值寄存器、T OS定值寄存器。

其中,地址寄存器是个8位的寄存器,在读写ADT75内部各寄存器时,需将该寄存器的地址写入地址寄存器中。

例如,若要读取ADT75的温度数据值,则需将温度数据寄存器的地址0x00写入地址寄存器中。

配置寄存器是8位可读/写寄存器,可将ADT75设为各种模式,如关断、超温中断、单步、S MBus报警使能、OS/A2 LERT引脚极性等。

16位温度数据寄存器是只读寄存器,温度值在其中以二进制补码形式存储,读取时先读取高8位,再读取低8位。

THYST定值寄存器与T OS定值寄存器均为16位可读/写寄存器,16位数据均以二进制补码形式存储,它们的默认极限温度分别为+75℃、+80℃。

4　软件设计4.1　读取温度值当LM3S8962要读取ADT75各寄存器的内容时,都需要经过先写入再读取的步骤,在写ADT75时,需由地址指针寄存器指出将读取的寄存器地址。

图1描述了读取ADT75温度数据的时序。

由于温度数据寄存器的地址值为0x0,因此写入地址寄存器的内容为0。

在ADT75给出应答信号后,L M3S892给出读信号,即在第9个时钟周期将数据线S DA置为高电平,表明是读取数据。

之后L M3S892写读取温度数据的高8位,再读取数据的低8位,且LM3S892应在每个字节数据读取结束后,给出低电平的应答信号。

当温度数据完成后,L M3S892传送结束时序,结束数据读操作。

在12位温度数据格式下,读取的16位温度数据低4位为0,将其取补码后,再除上16,就是实测的温度。

・83・ 盐城工学院学报(自然科学版)第22卷图1　读取ADT75的温度数据F i g.1　Read te m pera ture da t a fro m AD T75usi n g I2C i n terface4.2　u I P的移植由于u I P的移植性很好,因此本文对u I P的移植主要是在应用层函数的重新编写,以及对配置文件ui p_conf.h的更改。

其中ui p_conf.h的更改如下:(1)添加应用层用户程序C文件对应的头文件:本文对应的头文件为tcp_app.h,因此需加入语句“#include"tcp_app.h"”(2)更改应用层用户程序C文件中的应用函数的函数名,本文设计中对应的函数名为tcp_ap2 pcall(),因此更改如下:#ifndef U I P_APPCALL#define U I P_APPCALL tcp_appcall#endif由于本文设计的温度采集器是客户端,因此在应用层函数tcp_appcall()中,主要用到了4个函数ui p_connect()、ui p_connected()、ui p_ne wda2 ta()、ui p_send()。

其中,ui p_connect()是客户端发起T CP/I P的连接函数。

ui p_connected()主要用于检查通信是否已经连接好,当连接完成后,可通过调用ui p_ne wdata()检查是否接收到主机端的I P数据包,若该函数返回1,则说明温度采集器收到上位机发送的数据,作为客户端的温度采集器应当进行相应处理。

当温度采集器将要发送温度数据时,将通过调用函数ui p_send()实现。

4.3　软件主流程图2描述了该温度采集器的软件实现流程。

温度数据的采集和发送都采用定时器中断的方式,当温度采集定时中断发生时,将经行温度数据的采集,而当发送温度数据的定时中断被触发时,则通过ui p_send()函数发送温度数据。

同时图2　软件流程图F i g.2　Flow chart of software(下转第50页)・93・第3期卞金洪:基于L M3S8962的温度采集器设计 1376-1383.[2]李小凡,郭兴众.异步电动机直接转矩控制系统的新型建模仿真[J ].安徽工程科技学院学报,2006,21(4):48-51.[3]孙宗海,秦娟英.一种新型无速度传感器的直接转矩控制方案[J ].武汉工业大学学报,1999,21(5):41-45.[4]王忠礼.MAT LAB 应用技术———在电气工程与自动化专业中的应用[M ].北京:清华大学出版社,2007.[5]严文垒,王耀青,陆长胜.基于神经网络的感应电机无速度传感器直接转矩控制系统的研究[J ].电气传动,2006,36(3):19-22.Research on Speed Sensor -less DTCSyste m of Geneti c Neural NetworkL I Xiao 2fan(College of Electrical Engineering,Yancheng I nstitute of Technol ogy,J iangsu Yancheng 224051,China )Abstract:The s peed of inducti on mot or was acquired using neural net w ork s peed sens or -less constructed fr om the flux equati on and stat or voltage equati on .The observer is si m p le and obtains the neural net w orks gl obal op ti m izati on by op ti m izeining the right value of the neural net w ork by using the genetic algorithm.M atlab /Si m ulink si m ulati on and experi m ents verify the efficiency and feasibility of the syste m design .Keywords:direct t orque contr ol;s peed sens or -less;genetic algorith m;neural net w ork(责任编辑:沈建新;校对:张英健) (上接第39页)程序中,将实时检测TCP 连接是否断开,当TCP 连接断开时,温度采集器将停止发送温度数据,并在一定时间后重新尝试使用ui p _connect ()函数主动发起连接请求。