通信工程毕业设计(论文)-基于ARM的水浸报警系统的研究.doc
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1、毕 业 设 计(论 文)题 目:基于ARM的水浸报警系统的研究院 系:电气信息工程系专 业:通信工程班 级:XXXX姓 名:S学 号:指导教师:2012年05月11日 III基于ARM的水浸报警系统的研究【摘要】水浸报警系统是机房监控系统中重要的一部分。传统的水浸报警系统大多采用51单片机芯片的简单核心装置,虽然在使用过程中比较方便而且便于维护但已经远远落后时代的脚步了。在现代机房监控系统中不仅要对现场有数据报警还要对现场有视频监控,这对于传统的单片机来说已经不能满足现代机房的监控要求了。本设计是以三星公司的s3c2440芯片为核心设计了一种新的报警器,该芯片不仅可以实现传统单片机的功能还能在
2、linux系统下实现嵌入式开发。该芯片具有体积小、低功耗、低成本、大量使用寄存器,指令执行速度更快,寻址方式灵活简单,执行效率高等优点。在设计中应用s3c2440芯片的数学运算和控制功能,通过外部输入软件程序对芯片进行控制,并记录报警时间,然后再控制串口进行数据传。【关键词】 报警器 水浸 s3c2440The System of Flood Warning Based on ARM【Abstract】The system of flood warning is an important part of the monitoring system. Most of the traditiona
3、l flood alarm system simple with 51 core single chip device, though in the course of more convenient and easy to maintain, but the pace has been far behind the times. Monitoring system in a modern room on-site data is not only alarming but also on the scene, video surveillance, which is the traditio
4、nal single chip can not meet the requirements of a modern control room. The design is based on Samsungs s3c2440 chip as the core design of a new alarm, the chip can not only realize the function of traditional SCM system can be achieved in the embedded linux development. The chip has a small size, l
5、ow power, low cost, extensive use of registers, instruction execution speed, flexible and simple addressing modes, execution efficiency. Application in the design of the chip s3c2440 math and control functions, the software program through the external input to control the chip and record the alarm
6、time, and then control the serial port for data transfer.【Key Words】 alarm flood s3c2440 目 录1引言11.1机房监视系统的历史和现状11.2水浸报警监控系统的研究22.可用传感器设计方案选择22.1电阻传感器22.2光反射式水浸传感器32.3开关式32.4传感器的选择及确定33. 系统总体设计43.1系统的功能43.2总体方案设计44.硬件组成54.1 S3C2440主芯片54.2传感器电路64.3复位电路的介绍64.4报警蜂鸣电路的设计84.5串口电路94.6 JTAG电路95.软件组成115.1软件处
7、理模块及主要流程115.2记录时间并中断模块流程115.3串口发送数据模块流程12结论14参考文献14附录A16附录B21石家庄学院毕业设计(论文)1引言机房监控系统在当今社会实际应用中的作用日益重要。其中水浸报警系统作为机房监控系统的一部分有着不可忽视的作用。传统的水浸报警器通常采用外部电路和核心控制芯片等大量的硬件电路构成,其中核心控制芯片往往采用市场上较多的c系列的单片机。产品运行速度慢,而且市场发展前景比较小,在目前的机房监控系统中又加入视频监控等一系列先进的监控系统传统的单片机已经远远不能满足当前的市场了。在这种情况下采用以ARM芯片为核心和相关硬软件实现的报警系统越来越受欢迎。本课
8、题以s3c2440为核心控制器件的,并用C语言编写程序,采用单片机智能控制,结合外围电子电路。最终实现水浸报警系统的设计方案,根据报警器的特点,可广泛应用于各种实际场所。1.1机房监视系统的历史和现状机房监控系统主要是针对机房所有的设备及环境进行集中监控和管理的,其监控对象构成机房的各个子系统:动力系统、环境系统、消防系统、保安系统、网络系统等。网络综合布线系统是机房监控系统的基础而且采用集散监控,将监控主机放置在机房的监视室中,在监控时运行监控软件,以统一的界面对各个子系统集中监控。各系统设备的运行状态及工作参数都在被机房监控系统时时监视着,如果发现部件产生故障或参数发生异常,当即就会采取主
9、动声光报警、语音、电话、短消息等多种报警方式,在报警的同时记录报警事件和历史数据。为以后提供远程监控管理功能和智能专家诊断建议以及WEB浏览等提供方便。在当今社会随着通信技术的发展和普及,计算机微型系统数量的与日俱增,与其配套的环境监控设备也日益增多,各大运营商最主要的监控部分就是通信机房的安全运转,因此机房的环境设备或子系统必须时时刻刻为通信系统提供正常的运行环境。一旦机房环境设备出现故障,不但会影响到通信系统的运行,对数据传输、存储以及整个系统运行的可靠性构成威胁,若事故及其严重又没有得到及时的处理,就可能损坏硬件设备,造成严重后果。尤其对于银行,海关,邮局等需要实时交换数据的单位的机房,
10、机房管理显得更为重要,一旦系统发生故障,造成的经济损失更是不可估量。眼下人们对生活中的一些突发事件的处理提出了越来越高的要求,对问题要求及时准确地表述出来,并把所处的事情状态准确无误地反馈给处理系统,使突发事件得到及时的控制和处理。为此,人们开发了各种传感器用于各类环境测量,水浸测量就是其中的一个分支,它主要用来检测环境中的漏水或者浸水情况。1.2水浸报警监控系统的研究机房漏水检测是对机房空调或者窗户等处可能漏水的地方进行监测。机房内有着精密空调等设备,液体泄漏的情况时有发生,以及一些人为因素造成机房内出现积水。这就要求水浸监控系统可以及早地发现泄漏情况,精确的知道泄漏的位置和泄露的规模,一旦
11、出现漏水情况,即显示漏水部位并报警。装置将漏水信号传送给中央监控设备。并且及时的向报警中心发送报警信号,以便人们采取一定的措施,保证机房设备的稳定运行。因此,为了保证机房运行的安全性和稳定性,目前许多运营商的机房管理人员经常采取24小时专人值班的方式,以定时巡查机房各环境设备。但这样不仅加重了管理人员的工作负担,在很多情况下往往不能及时排除故障,对事故发生时间、频率及原因等也无科学的管理与数据分析。尤其是国内普遍缺乏专业的机房环境设备管理人员,在许多地方的机房不得不安排软件人员或者不太懂机房设备管理的维护人员值班,这对机房的安全运行无疑又是一个不利因素。基于以上状况,水浸报警系统领域迅速发展起
12、来,拥有非常广阔的应用市场前景。目前许多国内外的大公司都在积极开拓机房水浸监控系统的市场。面对这种情况我们国内的企业应该早做准备,争取在激烈的市场竞争中争取到自己的一杯羹。2.可用传感器设计方案选择2.1电阻传感器该水浸传感器的型号为SW-1,也称水浸监控仪。探测器是可变电阻元件。水浸感应部分是由几根铜线组成。为了可靠感应水浸,一个感应回路可设置多个探测器,分别设在易浸水部位。控制器可以控制多个感应回路。探测针是印制在陶瓷基片上的钯银线条,高温烧结后,每个接点都连接牢固。探测针抗氧化和抗外界环境影响的能力都很强。在无浸水情况下,两根感应线间电阻为无穷大,浸没在水中也需23小时的时间才能达到低阻
13、的稳定状态。控制器的信号提取电路主要是应用电阻串并联的分压原理来实现的。具体方案为:探测器并联上一个外电阻R外,然后再串联一个内电阻R内。在有水状态下,电阻值R总由传感器串联电阻R内和外电阻R外并联而得:R总=R内R外/R内+R外。在无水状态下,R总电阻值为R传,将固定电压加在R总与R内的串联回路上,R总与R内分压后,随着R总的阻变化,R内上的电压值也随着变化,调整R传、R内、R外的电阻值就可以提取出信号。然后将提取的信号传送给芯片控制系统。2.2光反射式水浸传感器光折射式水浸传感器,其整个具有一个长方形外壳,壳体的内部是一个扇形面,扇形管外壁的横截面是向外凸起的鼓形,外凸的鼓形管外壁的两个平
14、行的平面与扇形管内腔的对衬轴面相平行,鼓形面外壁的一个平面侧,沿扇形管的长度方向有一串发光管是均匀排列的,在这个凸起的扇形管外壁的平面另一侧,沿扇形管的长度方向均布有一串与发光管相对应的感光管,传感器内感光管的位置在液体所反射的发光管发出光线的路径上或在发光管发出的光线经扇形管内是气体时的反射光路上。这种新型的传感探测装置具有很大的优点:传感器不会和液体有所接触,不会因时间过长而产生污垢,其工作原理是液体和气体对光的反射率差别比较大。但与电极式液位传感器比较,安装和维修不是很方便。而且相对价位也比较高。2.3开关式NV3-WDT-P型水浸传感器主要是由探头和放大器构成。探头是由两根铜线构成,铜
15、线是焊制在陶瓷基片上的线条,在高温情况下两个接点都牢固的连接在基片上。而且铜线的抗氧化性比较强,受外界环境影响的能力比较小。铜线之间的高度差可以设定为任意数值。此数值就是要检测的水的高度。开关式水浸传感器是水浸传感器中最简单的装置,其应用原理是将水作为导体来导通电流。整个装置就是一个开关电路,当在无水的情况下整个电路断开信号可以记录为0。但检测到积水的时候整个电路通路信号可以记录为1。这种传感器的探头经常和水接触较容易发生氧化。但是,装置比较简单价钱也比较便宜。2.4传感器的选择及确定通过上述三个方案的比较我们可以发现方案二显然要比方案一和方案三精确、新颖,但从系统设计的指标要求上看,方案二的
16、实现需要更高的技术要求和技术指导以及严格的工作环境。并且在工程造价方面要比方案一和方案三高的多。下面我们比较方案一和方案三。从原理上看两种方案都是采用相同的原理,即把水当成导体,用水导通电路。方案一是用水导通电路然后使其另外的支路电阻断路,造成整个输入电阻的变化再分压。方案中用到的元器件较多而且电路图比较复杂。但方案三仅仅是用水导通电路不考虑电路中的电阻问题。在当今机房的监控系统中所用到的传感器数量巨大,就联通一个机房中所用到的水浸传感器数量就达25个。方案一和方案三的基本原理单体相同,所以本着简单易懂便于维护的目的我们选择方案三。3.系统总体设计3.1系统的功能基于ARM的水浸报警系统在当今
17、机房监控系统中的作用已经越显突出。本课题研究的水浸报警系统可以实时的全天候的检测机房的漏水情况,该系统可以检测机房中任意高度的积水并且采用蜂鸣电路报警具有现场报警的功能。当机房中有水浸情况发生时报警系统不仅可以现场报警提醒机房中的工作人员采取措施阻止漏水情况的发生,还可以进行远程数据传输将报警信号传送给远方的报警中心。3.2总体方案设计水浸报警系统主要是由传感器,ARM9开发板底板和系统软件所组成,其中ARM9开发板底板包括:s3c2440主芯片、JTAG电路、复位电路、蜂鸣器电路和串口电路组成。系统硬件组成框图如图1所示。 图1系统硬件结构框图此报警系统的设计以s3c2440芯片为核心,S3
18、C2440的内核基于ARM920T。水浸传感器将水浸信号以数字信号的形式输入到s3c2440芯片的I/O接口,当在无水的情况下传感器内部电路断路向芯片提供低电平信号“0”。此时系统不进行现场报警不向报警中心传送数据。当在有漏水的时候传感器内部电路导通,传感器向芯片提供一个开关信号。水浸报警信号传送到芯片上时通过底板上的外接蜂鸣器进行现场报警通知机房中的监控人员进行处理。当芯片接受到报警信号的时候芯片中的时钟电路开始记录报警时间,设定报警的时间为10分钟。在10分钟内如果人工关闭则报警终止,若在10分钟后仍无人工关闭则通过软件设定自动关闭。芯片在接受到报警信号的同时将报警信号通过串口电路传送给远
19、方的报警中心。系统流程图如图2所示图2 系统工作流程4.硬件组成4.1 S3C2440主芯片三星公司推出的16/32位微处理器S3C2440A,为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。为了降低整体系统成本,S3C2440A采用了ARM920t的内核,0.13um的CMOS标准宏单元和存储器单元。其低功耗简单,优雅,且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构Advanced Micro controller Bus Architecture(AMBA).S3C2440A的杰出的特点是其核心处理器(CPU),是一个由Advanced R
20、ISC Machines有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU,AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构构。通过提供一套完整的通用系统外设,S3C2440A减少整体系统成本和无需配置额外的组件。s3c2440处理器的三大特点是:耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。1、体积小、低功耗、低成本、高性能2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件3、大量使用寄存器,指令执行速度更快4、大多数数据操作都在寄存器中完成5、寻址方式灵活简单,执行效率高4.2传感器电路本课题中采用的水浸报警器是联通
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