基于ARM11的嵌入式远程无线环境监测系统的设计.docx

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基于ARM11的嵌入式远程无线环境监测系统的设计

青岛农业大学

毕业论文（设计）

题目：

基于ARM11的嵌入式远程无线环境监测系统的设计

姓名：

学院：

理学与信息科学学院

专业：

电子信息科学与技术

班级：

2010.2

学号：

20102741

指导教师：

代爱妮

2014年6月1日

毕业论文（设计）诚信声明

本人声明：

所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文（设计）作者签名：

日期：

2014年6月3日

毕业论文（设计）版权使用授权书

本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。

本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。

论文（设计）作者签名：

日期：

2014年6月3日

指导教师签名：

日期：

2014年6月3日

基于ARM11的嵌入式远程无线环境监测系统的设计

摘要：

温湿度采集传感技术和GPRS无线传输技术应用广泛，已经应用到了工业，农业等各个领域。

随着我国经济的发展，环境问题日益突出，环境保护应以预防为主治理为辅，我们应把计算机技术与环境保护相结合，根据环境监测数据提出相应的治理方案。

本系统使用分为监测主机和监测从机，主机使用ARM11处理器和Linux系统，从机使用Cortex-M3核的微控制器。

从机采集数据后通过GPRS回传到主机进行显示。

主机是一台基于S3C6410处理器的单板，除处理器外还有内存、FLASH以及网卡芯片，主机运行Linux操作系统，使用QtCreator编写程序，然后使用交叉编译工具arm-linux-gcc编译成ARM版本的可执行文件，然后拷贝到单板上运行，主机的数据存储使用的是轻量级数据库SQLITE，可供查看以往的记录信息，主机使用以太网接收从机传来的温湿度信息。

从机是以LPC1768微控制器为主控的专用温湿度采集系统，传感器是DHT22，DHT22是一款集成采集温度度功能于一体的传感器，传感器采集完温湿度后通过GPRS通道传给上位机，GPRS芯片使用的是SIM900，这是一款工业级的手机模块芯片。

本文首先给出了设计的原理和设计思路，然后根据软硬件分章介绍各自的设计原理以及实现过程，从而设计一个高稳定性的环境监测系统，实现环境温湿度的在线实时监测。

关键字：

微控制器；微处理器；GPRS；Linux；ARM11；ARMCortex-M3

Design of Embeded Wireless and Remote Environment Monitoring System Based on ARM11

Abstract:

Temperatureandhumiditysensortechnologycaptureawiderangeoftechnologyapplications,andsodoesGPRSwirelesstransmission.Theaccordinglytechnologieshavebeenappliedtovariousfieldsofindustry,agricultureandsoon.AsChina'seconomicdevelopment,environmentalissueshavebecomeincreasinglyprominent,environmentalgovernanceshouldbebasedonpreventionsupplement,weshouldcombinecomputertechnologyandenvironmentalprotection,proposeappropriategovernanceprogrambasedonenvironmentalmonitoringdata.Thesystemisdividedintomonitoringtheuseandmonitoringfromthehostmachine,thehostusesARM11processorandLinuxsystems,theslaveusingCortex-M3microcontrollercore.DatacollectedfromthemachinebacktothehostviaGPRSdisplay.

Host-basedS3C6410processorisasingle-board,inadditiontotheprocessorbutalsohavememory,FLASHandchipcard,thehostusestheLinuxoperatingsystem,usingQtCreatorprogrammingonLinuxsystems,andthenusecross-compilationtoolscompiledintoARMversionexecutablefile,thencopyittorunasingleboard,themasterdatastoreusingalightweightdatabaseSQLITE,availableforviewingpreviousrecordinformation,thehostusesEthernetreceiveinformationfromthemachinetemperatureandhumiditycoming.SlaveisbasedonthespecialtemperatureandhumidityacquisitionsystemLPC1768microcontroller,sensorsusingDHT22,DHT22isanintegratedcollectionoffunctionsinonedegreeoftemperaturesensors,temperatureandhumidityafterthecompletionoftheacquisitionsensortothehostcomputerviaGPRSchannel,GPRSchipusingSIM900,whichisanindustrial-grademobilephonemodulechip.

Thispaperfirstgivesthedesignprinciplesanddesignideas,andthenpresenttheirdesignandimplementationprocessinaccordancewiththeprinciplesofthehardwareandsoftwaresub-chaptertodesignahighstabilityoftheenvironmentalmonitoringsystem,onlinereal-timemonitoringoftemperatureandhumidity.

Keywords:

Microcontroller;Microprocessor;GPRS;Linux;ARM11;ARMCortex-M3

1绪论

1.1课题背景与意义

我国的制造业呈现出了急剧扩张的趋势，尤其是近几年来，这种趋势更加明显，同时，也初步奠定了我国世界工厂的地位。

然而，我国人均GDP达到中等发达水平的同时，环境压力也达到了高峰。

现如今环境污染非常严重，是在中国各地都是普遍存在的现象。

其中，全国性范围内的雾霾天气明显地揭露了我国环境污染程度的严重性以及生态环境的脆弱性。

如今清新芬芳的空气、清澈洁净的水源以及蔚蓝色的天空的变成人们的奢望时，我国环境污染的严重性就足以可见了。

由此可见，对环境的治理已经是刻不容缓，然而，环境治理不是一蹴而就的，只有未雨绸缪才能防范于未然，才能去有计划的保护环境，预防环境质量的恶化，控制环境污染，提高人们生活质量，保护人类健康，造福子孙后代。

近年来，微控制器和微处理器的的更新速度明显加快，从20年前的8位MCS-51系列单片机到TI推出16位低功耗MSP430系列单片机再到众多ARM核的MCU和CPU，单片机的处理能力不断增强，功耗不断降低，价格也在不断下降，将这些新技术应用到环境监测系统中，在一定程度上提升了环境监测系统的性能，可实现免维护的实时在线监测，大大的提高了环境监测的效率，降低了环境监测的成本。

当前应用最为广泛的移动电话标准，GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）是由欧洲电信标准组织ETS制定的，被100多个国家使用占据80%以上的通信市场份额，其网络遍布世界各地。

GPRS（GeneralPacketRadioService）是GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）网络的一种移动数据业务。

GPRS是以数据封装成包的形式来传输，用户只需支付使用的流量费，流量费以传输数据单位计算，理论上是一种较为便宜通信方式，可见GPRS在数据传输网络具有较高的性价比。

1.2设计中主要问题

环境监测系统主要在野外使用，野外恶劣的环境决定了环境监测系统必须有高可靠性的软硬件。

硬件电路上选择合适的传感器和芯片显得尤为重要，因此主控芯片和传感器的选型以及在可靠硬件基础上实现软件抗干扰是本设计的主要问题。

1.3主要问题的解决方案

针对本次设计的需求通过比较几款温湿度传感器后，选择了测温范围为-40~80℃的DHT22，此款传感器的测温范围可满足正常的室外测温，DHT22测量湿度的分辨率为0.1%RH，精度为±2%RH，测量温度的分辨率为0.1℃，精度小于±0.2摄氏度，可满足测量要求。

测量从机选用LPC1768作为主控，作为一款工业级的Cortex-M3核的单片机其可靠性和性能是经过市场验证的，可放心使用。

测量主机在室内使用，工作环境相对良好，因此选用价格相对适中的三星公司的消费级ARM11处理器S3C6410。

1.4研究内容

本次设计主要是从机采集温湿度数据，采集到数据后激活SIM900应用场景，然后开启GPRS通道向主机传送测量到的数据，主机通过以太网接收后显示在LCD屏上同时也会备份到自身的数据库中方便用户以后查看，主机上有相应的界面操作可供用户查看和操作。

主机是一台由ARM11处理器、内存芯片、FLASH芯片和以太网芯片构成的嵌入式单板，单板运行Linux系统，在Linux上运行Qt界面程序，使用以太网接收数据，然后再由SQLITE数据库存储温湿度记录信息，从而可以查看以往的记录。

从机由ARMCortex-M3核的微控制器和温湿度传感器DHT22以及通信芯片SIM900组成，传感器采集到数据后实时上传给主机。

2方案论证

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