嵌入式烟气监控检测系统

《基于嵌入式系统的烟气检测监控系统》课程设计报告系别：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：（课程设计时间：2013年05月10日——2013年6月20日）西北师范大学知行学院2ARM嵌入式系统课程设计任务书一、设计（调查报告/论文）题目课题：基于嵌入式系统的烟气检测监控系统二、设计（调查报告/论文）主要内容转换系统是整个烟气监控系统的核心部分，主要功能:一是控制去除烟气中的水气，二是通过串口与数据采集仪进行通讯，三是通过网络将通过串口得到的数据发送给远程服务器。烟气监控系统的硬件系统设计、驱动程序及应用程序设计，网络驱动，SPI驱动，LCD以及触摸屏驱动程序设计，搭建Adhoc无线通讯网络，设计通信以及路由协议。最后，是对本次开发设计的基于SUMSANG2410的烟气监控系统的总结及其应用前景的展望。三、原始资料开发板的原理图和实验参考程序，参考实验讲义和课设讲义。四、要求的设计（调查/论文）成果利用微处理器S3C2410，移植嵌入式Linux操作系统，开发良好的人机交换界面。完成实验方案的设计，根据原理图完成硬件的搭建；显示功能：①把读写的数据通过串口传到PC机用超级终端（或串口助手）显示，要求显示班级、姓名和学号；②如果用ARM7的开发板，要求把读取的数据用数码管显示，其中能力强的同学可以通用点阵显示班级和学号；③如果用ARM9的开发板，要求用液晶屏显示班级姓名和学号，以及读取的数字。在实验完成的基础上完成课程设计报告的撰写，按照模板的格式书写，要求有软件流程图和调试过程。3五、进程安排1准备和审题，讲解原理0.5天2系统分析13总体设计和硬件的完成34详细设计（编写代码）35调试和测试36撰写课程设计报告27课程设计成果验收0.58正式提交课程设计报告和系统源程序0.5六、主要参考资料嵌入式系统实验指导书ARM课程设计讲义HY57V561620芯片资料S3C2410开发板硬件原理图和底板的硬件原理图指导教师（签名）：20年月日4目录1.引言..........................................................................................................................................52.课程设计目的...........................................................................................................................63.课程设计题目描述和要求.......................................................................................................64.课程设计报告内容...................................................................................................................64.1实验原理.......................................................................................................................64.2程序流程图...................................................................................错误!未定义书签。4.3主程序代码...................................................................................错误!未定义书签。5.调试过程及总结.......................................................................................................................96.参考文献................................................................................................................................2551.引言随着工业化生产的发展，人类向赖以生存的环境排放的气态污染物如硫氧化物、氮氧化物等对人类健康和生态环境都带来了极大的危害。“保卫环境，保卫我们生存的地球”不在是一句危言耸听的口号，而是关系到后代子孙的刻不容缓的大事。人类需要发展，但发展的前提条件是拥有适合人类生存的环境，如何保护我们赖以生存的环境是人类关注的首要大事。对人类健康、生态环境威胁最大且绝对排放量较大的废气主要是含NOx,S02,P,PH3,CO,HF,C2HC13,C2H3C13等污染物的有毒气体。众所周知，水泥厂是烟气排放污染很严重的工厂企业，针对水泥厂的具体情况，国家颁布了水泥厂大气污染物的排放标准，为了分析水泥厂所排放烟气是否符合国家颁布的水泥厂大气污染物排放标准，需要对所排放的烟气进行采样并进行含量测定分析，可是直接采集到的烟气中水气含量较多，需要对其进行干燥化，以往采用露点除水法，就是将气体温度降到露点，气体中的水气自动凝结成水，而后将其排除，这种方法比较简单，目前也有很多地方在使用该方法，但是，对于气体中含有易溶于水的气体如S02,02时，露点除水就不太适应，原因是水气在凝结成水时，S02气体将同时溶于水而产生亚硫酸，气体的组成成份也发生了变化，水泥厂所排放的废气中主要是NOx,S02，因此，该种方法不适合水泥厂的气体分析的除水处理。针对水泥厂的具体问题，本文采用气体霜冻法去除采样烟气中的水气。气体霜冻除水的主要工作原理主要是水的温度低于ac，水就凝结成固态的霜或者冰;水的温度高于100℃，水就气化成为气体的气。当高温气态的水气碰到低温的管壁，高温快速热运动的水分子将与低温慢速运动的管壁物质分子发生碰撞进行能量交换，当水分子的温度被迅速降到0℃以下，气体中的水分子在还没有凝结成水就被迅速霜冻，凝结成固态的霜吸附在管壁上，其它气体，如CO2,SO2,NOx等气体，由于凝固点更低，仍为气态，而易溶于水的SO2,02、气体并不溶于固态的霜或者冰，因此实现了不改变气体组成而除去水气的目的。本次所设计的基于SUMSANG2410的烟气监控系统就是利用目前发展迅速的32位微处理器S3C2410，移植嵌入式Linux操作系统，结合气体霜冻除水法来检测水泥厂所排放烟气是否符合国家颁布的水泥厂大气污染物排放标准。目前已在公司试运行，反馈信息良好。62.课程设计目的1)熟悉S3C2410为硬件核心，嵌入式Linux作为操作系统的控制转换系统。2)掌握EEPROM器件的读/写方法。3)掌握数据采集模块的使用方法。4)熟悉远程服务器对传输数据的分析方法。3.课程设计题目描述和要求本次设计的基于SUMSANG2410的烟气监控系统正是应实际工程需要，用于监测、控制水泥厂烟气采样器，并对采集到的数据进行分析。通过详细的调研工作，分析了当前烟气监测系统的利弊，利用发展快速的32位微处理器以及嵌入式Linux操作系统，结合气体霜冻除水方法，自主开发设计性能较高、适用范围较广的烟气监控系统。利用当今发展快速的嵌入式技术，移植广泛使用的嵌入式Linux操作系统。设计的要求如下:1）以嵌入式技术为核心的烟气监测监控系统；2）完成系统的硬件组成设计，监测监控烟气排放是否符合烟气污染排放标准，实现在工业级以太网中的互联。3）实现系统软件的总体功能和功能划分设计总体方案。4.课程设计报告内容4.1实验原理1)ARM处理器ARM(AdvancedRISCMachines)作为一家芯片设计公司，是近年来在嵌入式系统中非常有影响的微处理器设计商，它主要是将芯片设计技术的授权出售给世界上众多著名的半导体、软件和OEM厂商，并且为他们提供ARM相关技术及服务。ARMCPU是RISC架构的CPU，其设计主要适合于要求体积小、功耗低和功能较强的处理能力等要求的嵌入式系统。它的主要特点有：(1)采用固定长的指令格式;(2)使用单周期指令，便于流水线操作执行;(3)大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率;所有的指令都可以跟前面的执行效果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率;7(5)可用加甸存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率;(6)可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理;(7)在循环处理中使用地址的增减来提高运行效率。ARM内核中有四个功能模块可供生产厂商根据不同的用户的不同要求来配置生产。这四个模块分别用T.D.M和I来表示。T:表示Thumb，该内核可从16位指令集扩充到32位ARM指令集:D:表示Debug，该内核中放置了用于调试的结构，可以使CPU进入调试模式，从而可方便地通过JTAG进行断点设置、单步调试;M:表示Multiplier，该内核内部带有8位乘法器;I:表示EmbeddedICELogic，该内核可用于实现断点观测及变量观测。ARM920T支持7种操作模式，可以由软件配置，分别如下:(1)Usermode(usr):7E常程序执行模式;(2）FIQmode(fiq):支持快速数据传送和通道处理;(3)IRQmode(irq):用于通用中断处理;(4)Supervisormode(svc):操作系统保护模式。(5)Systemmode(sys):运行特权模式操作系统任务;(6)Abortmode(abt)数据或指令预取失效后进入的状态;(7)Undefinedmode(und):执行未定义的指令时进入的模式。对这些操作模式的支持，使得ARM可以支持虚拟存储器机制，支持多种特权模式，从而可以运行多种主流的嵌入式操作系统。A所示。ARM微处理器中共定义了37个编程可见寄存器，每个寄存器的长度均为32位。根据不同的用途，可将其划分为以下几类:(1)30个通用寄存器：在任意一种处理器模式下，只有15个通用寄存器可以使用，编号分别为r0,...,r14.其中，r13一般作为堆栈指针寄存器(SP:StackPointer)。该寄存器由ARM编译器自动使用。r14一般作为链接寄存器(LR:LinkRegister)。当系统中发生子程序调用时，用r14来记录返回地址。如果返回地址己经保存在堆栈中，则该寄存器也可以用于其它用途。(2)程序指针(PC:ProgramCounter)：PC即为r15，用于记录程序当前的运行地址。ARM处理器每执行一条指令，都会把PC增加4字节(饰umb模式为两个字节)。此外，相应的分支指令(如BL等)也会改变PC的值。8(3)当前处理器状态寄存器(CPSR:CurentProgramStatusResister)各种模式公用该寄存器。(4)状态备份寄存器(SPSR:SavedProgramStatusResister)SPSR寄存器主要是在处理器异常发生时，用来保存CPSR(CurentProgramStatusResister)2）S3C2410的介绍本系统开发前进行了大量的调研工作，基于芯片的性能、功耗、专业水平等多方面因素，最终选择了以ARM920T为核心的SAMSUNGS3C2410，作为整个控制系统的硬件核心部分。S3C2410是SAMSUNG公司针对工业级和民用级等多种应用场合设计的一款性价比较高的16/32位RISC嵌入式微处理器，其内部除了包含ARM公司设计的16/32位ARM920TRISC处理内核外，S3C2410还包括以下比较重要的功能模块