基于IEEE802.11b的EPA温度变送器设计

发布时间:2007/8/31 0:00:00 访问次数:35712

作者：重庆邮电学院杨云王平钟刚

摘要：介绍一种基于IEEE80211b的EPA温度变送器的设计方案，阐述系统硬件和软件结构，说明嵌入式Linux系统中驱动程序的开发过程。系统以S3C2410为核心器件，可以很好地完成温度数据的采集处理，并可以通过IEEE80211b接入点与相关设备进行通信，且在基于EPA标准的无线局域网系统中进行了测试。

关键词：EPA IEEE802.11b 嵌入式Linux 温度变送器

引言

IEEE802.11是IEEE无线局域网标准，主要用于用户终端的无线接入。IEEE802.11只规定了开放式系统互联参考模型的物理层和介质访问子层，其MAC层利用载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）协议；定义了单一的MAC层和多样的物理层，其物理层标准主要有IEEE802.11b、IEEE80211a和IEEE80211g。IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展，最高可以支持11 Mbps的数据速率，运行在2.4 GHz的ISM频段上，采用的调制技术是CCK,支持数据业务。

本文详细分析了采用S3C2410处理器平台具体实现运用于EPA网络的IEEE802.11b无线实时温度采集器的开发流程，并对串口通信的调试手段及常见问题进行了探讨。

1 温度变送器的硬件设计

温度变送器系统平台硬件系统功能如图1所示。该平台的核心器件是Samsung公司的处理器S3C2410，外部扩展了16 MB、16位的Flash内存和64 MB、32位的SDRAM。处理器S3C2410通过UART接口和温度变送器相连，通过USB接口和一个IEEE802.11b网络接口卡相连，通过RS232串口和外部PC相连。温度变送器采集到的温度数据输入系统缓冲区中，处理器S3C2410可对缓冲数据直接进行相关处理；处理后的数据可以通过RS232串口传送给外部宿主机PC，也可通过IEEE802.11b网络接口卡发送到无线局域网上。

S3C2410处理器功能十分强大，资源丰富。它内部集成了ARM公司的32位微处理器ARM920T，主频最高可达203 MHz，具有独立的16 KB指令Cache和16 KB数据Cache，还有LCD控制器、RAM控制器、NAND闪存控制器、3路UART、4路DMA、4路带PWM的Timer、并行I/O口、8路10位ADC、触摸屏接口、2个USB接口控制器和2路SPI。

从外部温度传感器采集到的数据经S3C2410 CPU数据处理模块传回到IEEE802.11b USB接口卡；IEEE802.11b的无线通信模块经IEEE802.11b的接入点传到外部以太网络中。

图1硬件系统功能

2 温度变送器的软件系统设计

温度变送器软件系统设计流程如图2所示。系统分3步实现：① 为温度变送器编写内核驱动程序；② 编写温度数据采集应用程序，通过串口获取温度数据并进行相应的EPA报文打包处理；③ 利用无线网络将处理数据发送给上位机。前面提到系统平台上运行的是ARM Linux。在启动后启用了MMU，系统进入保护模式，所以应用程序不能直接读/写外设的I/O区域(包括I/O端口和I/O内存)。这时一般要借助于该外设的驱动来进入内核态完成这项工作。

图2软件系统设计流程

2.1 串口的驱动实现

在Linux下，设备驱动程序可以看成Linux内核与外部设备之间的接口。设备驱动程序向应用程序屏蔽了硬件实现上的细节，使得应用程序可以像操作普通文件一样来操作外部设备，可以使用和操作文件中相同的、标准的系统调用接口函数来完成对硬件设备的打开、关闭、读/写以及I／O控制操作；而驱动程序的主要任务也就是要实现这些系统调用函数。本系统平台使用的嵌入式ARM Linux系统在内核主要功能上与Linux操作系统没有本质区别，所以驱动程序要完成的任务也一样；只是编译时使用的编译器、部分头文件和库文件等要涉及具体处理器体系结构，这些都可在Makefile文件中具体指定。当应用程序对设备文件进行诸如open、close、read、write等系统调用操作时，Linux内核将通过file_operations结构访问驱动程序提供的函数。例如，当应用程序对设备文件执行读操作时，内核将调用file_operations结构中的read函数。在系统平台上对串口数码摄像头驱动，首先把串口驱动模块静态编译进内核，使平台支持串口;再在须使用温度采集时，使用insmode动态加载其驱动模块。这样温度传感器就可正常工作了，接着进行下一步——对温度的采集编程。

2.2 温度数据采集模块

在温度变送器串口被驱动后，需要再编写一个采集温度的应用程序。根据嵌入式系统开发特征，先在宿主机上流程编写应用程序；再使用交叉编译器进行编译、链接，生成目标平台的可执行文件。宿主机与目标板通信采用打印终端的方式进行交叉调试，成功后移植到目标平台。编写采集程序是在安装Linux操作系统的宿主PC机上进行的，其程序流程如图3所示。

图3温度数据采集程序

程