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中北大学毕业设计开题报告班级：10210F02学号：1021011707姓名：**学院：软件学院专业：软件工程（嵌入式方向）设计题目：基于ARM的室内外温度探测仪指导教师:张春丽潘广贞2014年2月28日毕业设计开题报告1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述一、本课题研究的目的和意义温度[1]是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。自18世纪工业革命以来，工业过程离不开温度控制，而随着人们生活水平的提高，温度控制在我们的生活中也有了很重要的意义。温度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工农业生产中最常见最基本的工艺参数。随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的关系，而室内恒温的要求使得对温度的检测变得非常有必要了。本设计中的温度检测器与传统的温度计相比，具有读数方便，测量范围广，测量相对准确，减少人为误差等优点，其输出温度采用数字显示，使得用户读取温度值更加方便。近年来，随着人们生活水平的提高，越来越多的人在冬季供暖，在夏季开空调。而在睡眠中，人们仍需要一个恒定的温度来保证更高的睡眠质量。因此这对于温度的采集就显得非常重要。本次研究的目的就为了采集温度从而控制温度。而且温度的探测也为人们的健康启到了一定的预防作用。室内外温差过大时，从一个温度到另一个温度的转化若人体无法接受，就会感冒。而探测出室内外温度的变化并通过计算测得人体所能承受的温度差就可避免人体感冒。并且传统温度计的制作工艺是水银，若温度计不慎打碎，里面的水银重金属反而对人体有害。随着科学技术的快速发展，人类社会已取得了巨大进步！在居家生活、工农业生活、环保、气象、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中温度进行测量及控制。传统的方法是用温度表、双金属式测量计等测量器材，通过人工进行检测，对不符合温度要求的场所进行换气、降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度误差大，随机性相对较大。随着生产的发展急需一个含有微型计算机或微处理器[2]的测量仪器，由于它拥有对数据存储，运算逻辑判断及自动化的功能，有着智能作用等优点，一个低成本和具有较高精度的温度检测器将在许多领域代替人工操作，自动不间断监测环境温度。温度探测仪最重要的便是数据采集，是指从传感器[3]和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析和处理。数据探测系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。传统的温度采集系统由于存在响应慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁琐等弊端，已经不能完全适应现代化工业的高速发展。随着嵌入式技术[4]的迅猛发展，设计高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便的温度采集系统成为当务之急。基于ARM[5]的温度采集系统就成为了解决传统温度采集系统各种弊端的优先选择方案。在本系统的设计过程中，根据嵌入式系统[6]的基本设计思想，系统采用了模块化的设计方法，并且根据系统的功能要求和技术指标，系统[7]遵循自上而下、由大到小、由粗到细的设计思想，按照系统的功能层次，在设计中把硬件和软件分成若干功能模块分别设计和调试，然后全部连接起来统调。本课题通过对Tiny6410开发板[8]、温度传感器的学习与研究，能完成利用温度传感器的I²C[9]框架与Tiny6410开发板及必要的驱动程序[10]构成室内外温度监控系统。在该系统[11]中，数据采集模块对温度进行实时采集，数据传输模块对采集到的数据进行传输，数据显示模块通过读取传输的数据将其显示到Qt界面[12]上，能将数据以曲线图的形式显示，且能设置温度的上下限值，即报警参数，当高于上限值或低于下限值时，进行报警。该仪器具有测量精度较高、硬件电路简单、并能很好的进行显示，可测试一定范围室内外温度的特点。省去了人工检测的繁琐、耗时的过程，随时通过检测器的显示器进行读数，既方便，又快捷。二、本课题所涉及的问题在国内研究现状及分析1、国内研究现状我国对于温度温控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度温控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控[13]设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机[14]控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量[15]控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。分布式光纤测温系统是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统，它是一种分布式的、连续的、功能型光纤温度测量技术。其中，光纤既是传输媒体也是传感媒体，利用光纤后向喇曼散射的温度效应，可以对光纤所在的温度场进行实时测量，利用光时域反射技术(OTDR)可以对测量点进行精确定位。分布式的结构使得该系统能够实现实时快速多点测温。光纤布拉格光栅(FBG)是最近十几年发展最为迅速的光纤无源器件之一，它是利用掺杂(如锗、磷等)光纤的光敏性，通过某种工艺方法使外界入射光子和纤芯内的掺杂粒子相互作用，导致纤芯折射率沿纤轴方向周期或非周期性地永久性变化，在纤芯内形成空间相位光栅。当温度变化时，光纤的栅距和折射率发生变化，导致其响应波长的移动，通过检测响应波长即可确定温度。它可以在一根光纤上实现多点测量，并能同时测量温度和应变。利用这些原理制作的光纤多点温度传感器[16]，可以应用在油井温度测量、大坝或地质灾害监测、飞机蒙皮的健康监测方面等场合，具有很好的应用前景，是近几年温度测量技术发展的重点之一。通常来说的接触式测量仪表比较简单、可靠，测量精度高，但是因为测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，所以其需要一定的时间才能达到热平衡，所以，存在测温延迟现象，同时受耐高温和耐低温材料的限制，不能应用于这些极端的温度测量。非接触式仪表测温仪是通过热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触式仪表测温仪是通过热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体发射率、测量距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，其测量误差较大。因而温度探测仪就应运而生，它使得对温度的测量更加准确，避免人为读数所产生的误差。2、国外研究现状国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。接触式测温方法包括膨胀式测温、电量式测温和接触式光电、热色测温等几大类。接触测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触,一般测量的是被测对象和传感器[17]的平衡温度,在测量时会对被测温度有一定干扰。非接触式测温方法不需要与被测对象接触,因而不会干扰温度场,动态响应特性一般也很好,但是会受到被测对象表面状态或测量介质物性参数的影响。非接触测温方法主要包括辐射式测温、光谱法测温、激光干涉式测温以及声波测温方法等。传统的热电偶[18]、热电阻测温方法以其技术成熟、结构简单、使用方便等特点,在未来温度测量领域中,依然能够广泛使用。随着新材料、新工艺以及一些新技术的发展,其应用范围更加拓展。虽然温度测量方法多种多样,但在很多情况下,对于实际工程现场或一些特殊条件下的温度测量,比如对极限温度、高温腐蚀性介质温度、气流温度、表面温度、固体内部温度分布、微尺寸目标温度、大空间温度分布、生物体内温度、电磁干扰条件下温度测量来讲,要想得到准确可靠的结果并非易事,需要非常熟悉各种测量方法的原理及特点,结合被测对象要求选择合适的测量方法才能完成。参考文献：[1]潘圣铭,茆冠华.温度计量[M].北京:中国计量出版社,1991.7[2]孙琼.嵌入式Linux应用开发详解[M].北京:人民邮电出版社,2006.25[3]刘笃仁.传感器原理及应用技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.37[4]周立功.从51到ARM-32位嵌入式系统入门[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.192[5]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京:清华大学出版社,2003.32[6]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.143[7]丰海.嵌入式Linux系统应用及项目实践[M].北京:机械工业出版社,2012.15[8]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京:清华大学出版社,2003.65[9]宋宝华.Linux设备驱动开发详解.第二版.北京:人民邮电出版社,2010.11[10](美)JonathanCorbet,AlessandroRubini.Linux设备驱动程序[M].3th.魏永明,耿岳,钟书毅译.北京:中国电力出版社,2006.133[11]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京:清华大学出版社,2003.44[12]霍亚飞.QtCreator快速入门.第二版.北京:北京航空航天大学出版社,2014.01[13]李江全.计算机测控系统设计与编程实现[M].北京:电子工业出版社,2008.39[14]李华.单片机使用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993.74[15]王魁汉.温度测量实用技术[M].北京:机械工业出版社,2006.21[16]高寿,潘宏侠.传感器在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].机械管理开发,2006,5(6):99~102[17]张洪润.传感器技术大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.3[18]顾洲,鹿世化.基于DSP的数字化热电偶温度计设计[J].自动技术与应用,2004,7(11):74~75毕业设计开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、课题研究的目标与主要内容1.课题研究的目标本课题通过ARM技术，结合Tiny6410开发板、温度传感器，设计一个基于ARM技术的室内外温度探测仪。1、注重培养综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练。2、了解所选择的ARM芯片各个引脚功能，工作方式，计数/定时，I/O口，中断等的相关原理，并巩固学习嵌入式的相关内容知识。3、通过软硬件设计实现利用ARM芯片对周围环境温度信号的采集及显示。2.课题研究的主要内容交叉编译开发环境的搭建基于嵌入式Linux操作系统的温度模块的驱动程序编写基于Qt4.7.0的图形用户界面的设计基于嵌入式Linux应用程序设计ARM11的体系架构的研究和嵌入式Linux操作系统的移植3.设计思路本设计是基于嵌入式技术作为主处理器的温度探测系统，利用S3C6410ARM微处理器作为主控CPU，辅以单独的数据采集模块采集数据，实现了智能化的温度数据采集、传输、处理与显示等功能，并讨论了如何提高系统的速度、可靠性和可扩展性。