梁永恩，万世明
（广东白云学院电气与信息工程学院，广东广州510450）
摘要：以嵌入式微处理器S3C2440为主控制器，数字式温度传感器DS18B20为测温元件设计了嵌入式温度检测系统。阐述了系统的软硬件设计与实现流程，重点介绍了DS18B20在嵌入式Linux操作系统下驱动程序的实现方法。该系统电路简单、运行稳定，操作简便，可扩展性好。
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关键词 ：嵌入式系统；DS18B20；温度检测；Linux
中图分类号：TN919?34；TP274 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）15?0084?03
收稿日期：2015?02?03
0 引言
传统的温度检测系统采用单片机控制方式，一般是通过AD590，TMP36等测温传感器采样温度值的模拟信号再经过A/D转换获取其数字量，这种工作方式存在多种缺点[1]，如需要模/数转换电路、线路复杂、成本高、测量点数量少等，而且使用单片机控制的方式可扩展性相对较差[2]。本文提出利用嵌入式方式（S3C2440）控制，直接使用数字式测量元件DS18B20进行温度测量，这种方式电路简单，测量精度高，成本低，编程方便。
1 S3C2440 与DS18B20 简介
S3C2440 是三星公司推出的一款适用于手持设备和通用嵌入式应用的处理器[3]，具有面向小型终端的16/32位精简指令集的ARM920T内核，采用了高级微控制器（Amba）的总线架构，CPU主频最高可达533 Hz，内部集成了3个串口、SD卡控制器、LCD控制器、Camera、工业控制总线、PCMCIA、NAND flash 控制器等多个外设接口，支持多种操作系统包括Windows CE、PalmOS、Symbian和Linux等，功耗低，性价比高，特别适合于成本和功耗敏感的应用[4?5]。
DS18B20 是DALLAS（达拉斯）公司生产的单总线（1?Wire）数字温度传感器[6]，它具有如下特点：
（1）体积小，耐磨耐碰，具有多种封装方式；
（2）使用单总线数据通信方式，仅需一条总线即可连接微处理器，可挂接多个同类器件；
（3）分辨率最高可达12位，精度可达±0.5 ℃；
（4）检测温度范围为-55~125 ℃；
（5）集成温度检测与数字数据输出于一个芯片内，抗干扰能力强；
（6） 不需任何外围元件，可直接输出9~12 位数字量。
由于DS18B20接线方便、成本低、检测温度范围广，目前在狭小空间设备、高温环境及野外远距离数字测温方面逐步得到了应用。
2 硬件设计
系统主要由主控芯片S3C2440、电源、温度传感器DS18B20、存储器（只读存储器NAND FLASH及随机读/写存储器SDRAM）、LCD、触摸屏、以太网及JTAG 接口组成，如图1所示。系统读取DS18B20的温度值并将其显示在LCD 上，同时该温度值也可通过以太网上传至PC或其他接收终端上。用户通过触摸屏进行人机交互操作。JTAG接口主要下载bootloader代码和调试应用程序。
DS18B20与S3C2440的接口如图2所示。S3C2440的GPF7引脚作为单总线接口，连接DS18B20的单数据总线DQ，注意DQ引脚应加入一个4.7 kΩ的电阻。需要测量多点温度时，可通过GPF7挂载多个DS18B20。
3 软件设计
3.1 DS18B20驱动程序
DS18B20 的温度检测与数字数据输出集成在一个芯片上，其工作周期分为温度检测和数据处理两部分。它有3种存储器：ROM 只读存储器存放64位ID编码，存储芯片的种类及序列号；RAM数据暂存器用于内部计算和数据存取；E2PROM 可用来存放上下限温度报警值和校验数据。利用C 语言对DS18B20 进行读/写操作时，应严格按照DS18B20 的读/写时序进行。若只有一个DS18B20器件，读取其当前的温度数据需要执行两次工作周期，第1 个周期为复位、跳过ROM 指令（命令代码为0xCC）、执行温度转换存储器操作指令（命令代码0x44）、等待500 μs温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位、跳过ROM 指令、执行读RAM 的存储器操作指令（命令代码0xEE）、读数据（前2个字节为简单温度值）。
Linux所有的设备都以文件的形式实现[7?8]，要访问一个设备，只需要以open，read，write，release 的形式对设备进行操作。这些函数名称与file_operations[9?10]结构体的成员名称一一对应，将系统调用和驱动程序关联起来。因此，编写Linux设备驱动程序，主要编写设备的子函数，并且填充file_operations 的各个域。本系统嵌入式Linux内核版本为2.6.26，DS18B20引脚连接S3C2440的GPF7引脚，主要函数有：
（1）void ds18b20_rese（t void）；
说明：复位函数，执行复位操作，拉低DQ引脚至少保持480 μs 后释放总线，等待DS18B20 应答，读取DQ引脚电平，如果是低电平，表示初始化完成。
（2） unsigned char read_byte（void）；
说明：读入一个字节数据，按DS18B20的读时序依次读取DQ引脚状态8次，将各位的数据合成一个字节。
（3） void ds18b20_write（unsigned char data）；
说明：写1个字节数据，按DS18B20的写时序，依次向DQ引脚输出0或1。
（4） static int ds18b20_read（struct file *filp，char*buffer，size_t count，loff_t *ppos）
说明：读取2个字节的温度值（简单温度值）。函数参数在file_operations 结构体中定义，用于从设备中获取数据。
函数的实现如下：
读取2个字节的温度值的函数实现如下：
3.2 系统主程序
读取DS18B20的数据，需要先加载设备驱动，再打开该设备，然后就可以通过对设备的读/写工作获取数据，关键代码如下：
4 运行结果
本系统通过S3C2440采集DS18B20的温度数据，并将其保存在文本文件中，界面显示用QT/E实现，通过触摸屏和LCD进行人机交互操作。实现界面如图3所示。
5 结语
结合嵌入式平台和数字式温度传感器实现了温度检测系统设计。与传统单片机控制方式相比，采用嵌入式技术大大增强了系统的易用性、可维护性和可扩展性，而采用数字式温度传感器作为测温元件，简化了硬件电路设计，提高了系统的灵敏度和可靠性。
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参考文献
[1] 陈至坤，李蓓.温度检测技术及相关仪器的发展现状[J].河北联合大学学报：自然科学版，2011（4）：68?70.
[2] 张锋.基于DS18B20 的温度测控系统设计[J].物联网技术，2014，4（6）：19?21.
[3] Samsung Semiconductor. S3C2440 data sheet [EB/OL]. [2014?12?25]. http：//www.samsung.com.
[4] 许婷，朱贺，高红民，等.基于S3C2440的水文监测系统优化设计[J].信息技术，2014（4）：138?141.
[5] 于明，范书瑞，曾祥烨.ARM9嵌入式系统设计与开发教程[M].北京：电子工业出版社，2006.
[6] Maxim Integrated. DS18B20 data sheet [EB/OL]. [2014?11?22].http：//www.maximintegrated.com.
[7] 姜远志.Linux的驱动开发分析[J].无线互联科技，2014（1）：103?104.
[8] 王丽伟.基于S3C2440A 和Linux的嵌入式存储设备驱动程序的研究与开发[D].青岛：青岛大学，2009．
[9] 郝志刚.基于S3C2440的嵌入式驱动开发研究[D].太原：太原理工大学，2011．
[10] 陈潜，刘云，高利娟.基于嵌入式Linux的机房远程监测系统研究[J].微计算机应用，2011，32（6）：60?65.
作者简介：梁永恩（1978—），男，广东广州人，硕士，讲师。研究方向为嵌入式系统。
万世明（1955—），男，湖北武汉人，硕士，教授。研究方向为系统工程。