（信号与信息处理专业论文）基于cortexm3的农业大棚无线测控系统.pdf

山东大学硕士学位论文 中文摘要 温度、湿度等一系列指标是农业大棚蔬菜培养的重要参数，并且这些参数之 间是相互关联的。温湿度，光照等控制着植物作物生长的过程，如果能够按照相 关作物的环境通过自动化系统模拟作物的生长条件，就可以培养出质量优良的蔬 菜产品。相反，如果相关参数控制不好，则必然引起病虫害泛滥，植物生长紊乱 等问题，如果由此产生连锁反应，就会造成难以挽回的经济损失。因此，温度、 湿度测控技术在大棚作物培养过程中的应用是十分重要的。 随着嵌入式计算机技术的不断发展，农业大棚测控系统逐渐向智能化发展并 且不断得到完善，传统的上位机和下位机之间通过有线式总线连接，存在着控制 规模和自由度受限，不能实现远程控制的缺陷。本文主要设计了基于c o r t e x m 3 处理器、3 g 网络传输技术的农业大棚无线测控系统，在完成对大棚温湿度检测和 控制的基础上实现了基于h 2 6 4 a v c 编码格式的实时视频监控。此系统摆脱了以 往受到传输距离和地域限制的有线测控模式，实现了大棚控制的网络化和可视化。 本文选用了相对于传统单片机技术更为成熟的c o r t e x m 3 为微处理器，在棚 内使用数字式温度传感器d s l 8 8 2 0 进行了多点温度采集，使用h s l l 0 1 进行湿度 采集并通过c d 4 5 0 1 实现了多路检测；采集的数据与上位机发送的预设值进行比较 后得到控制输出，从而实现了棚内环境的有效控制。 视频技术经历了模拟、数字视频监控系统后，现在正在以基于第三代网络传 输技术( 3 g ) 的无线视频控制方式为主，并在各行业中与嵌入式计算机结合起来， 成为各种视频采集传输场合的主流。在不必增加过多成本的前提下，同时需要获 得与有线传输基本相同的清晰度，需要引入合适的编码标准。h 2 6 4 a v c 是i t u 的v c e g ( 视频编码专家组) 和1 5 0 i e c 的m p e g ( 活动图像编码专家组) 的联合视频 组( j v t ) 开发的一个新的数字视频编码标准，其主要目的是增强图像的压缩效率和 改善图像数据在网络中的传输。由于本文选用的视频编码芯片m b 8 6 h 5 1 具有集成 度高、精度高，实时处理能力强大等特点，所以能够与h 2 6 4 a v c 视频编码标准 的算法形成良好的配合。 关键词：c o r t e x m 3 ；温湿度传感器，3 g 无线网络传输，h 2 6 4 芯片 山东大学硕士学位论文 s e r i e so fi n d i c a t o r so ft e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y , a n do t h e rt h ea g r i c u l t u r a lg r e e n h o u s e v e g e t a b l ec u l t i v a t i o ni m p o r t a n tp a r a m e t e r s ，a n dt h e s ep a r a m e t e r sa r ei n t e r r e l a t e d t h e t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y , l i g h tc o n t r o l sp l a n tc r o pg r o w t he n v i r o n m e n ti na c c o r d a n c e w i t ht h er e l e v a n tc r o p sb yc r o pg r o w t hc o n d i t i o n so ft h ea u t o m a t e ds y s t e ms i m u l a t i o n , y o uc a nt r a i nag o o dq u a l i t yv e g e t a b l ep r o d u c t s o nt h ec o n t r a r y , i ft h er e l e v a n t p a r a m e t e r si sn o tw e l lc o n t r o l l e d ，w o u l di n e v i t a b l yl e a dt op e s tp r o l i f e r a t i o no fp l a n t g r o w t hd i s o r d e r sa n do t h e rp r o b l e m s ，r e s u l t i n gc h a i nr e a c t i o nw i l lc a u s ei r r e v e r s i b l e e c o n o m i cl o s s e s t h e r e f o r e ，t h et e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ym e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l t e c h n o l o g yi ng r e e n h o u s ec r o pc u l t i v a t i o np r o c e s si sv e r yi m p o r t a n t w i t ht h ec o n t i n u o u s d e v e l o p m e n t o ft h ee m b e d d e d c o m p u t e rt e c h n o l o g y , m e a s u r e m e n t a n dc o n t r o ls y s t e mo fa g r i c u l t u r a lg r e e n h o u s e sg r a d u a l l yt ot h ei n t e l l i g e n t d e v e l o p m e n ta n dt ok e e pi m p r o v i n g ，c a b l e b u sc o n n e c t i o nb e t w e e nt h et h et r a d i t i o n a l h o s tc o m p u t e ra n dt h en e x tm a c h i n eb yt h e r ec o n t r o lt h es i z ea n dt h ed e g r e eo ff r e e d o m i s l i m i t e d ，y o uc a nn o tr e m o t ec o n t r o ld e f i c i e n c i e s t h i sa r t i c l ei sp r i m a r i l yd e s i g n e d b a s e do nt h ec o r t e x - m 3p r o c e s s o r , 3 gn e t w o r kt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y , a g r i c u l t u r a l g r e e n h o u s e sw i r e l e s sm o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m ，w h i l ea c h i e v i n gr e a l t i m ev i d e o s u r v e i l l a n c eb a s e do nt h eh 2 6 4 a v cc o d i n gf o r m a t t h i ss y s t e mi st og e tr i do ft h e w i r e dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o lm o d e li nt h e p a s tb yt h et r a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n d g e o g r a p h i c a lr e s t r i c t i o n s ，g r e e n h o u s ec o n t r o ln e t w o r ka n dv i s u a l i z a t i o n a n a l o g ，d i g i t a lv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m ，v i d e ot e c h n o l o g yi sn o w w a yt oc o n t r o l n e t w o r kt r a n s m i s s i o nb a s e do nt h e t h i r d - g e n e r a t i o nt e c h n o l o g y ( 3 g ) w i r e l e s s v i d e o - b a s e d ，a n dc o m b i n e dw i t he m b e d d e dc o m p u t e r si nv a r i o u si n d u s t r i e s ，f o ra v a r i e t yo fv i d e oc a p t u r et r a n s m i s s i o no c c a s i o n sm a i n s t r e a m w i t h o u te x c e s s i v ei n c r e a s e i nm ec o s to ft h ep r e m i s e ，t h es a m et i m er e q u i r e dt oo b t a i ns u b s t a n t i a l l yt h es a m ew i t h t h ew i r e dt r a n s m i s s i o n d e f i n i t i o n ，n e c e s s a r yt oi n t r o d u c et h ea p p r o p r i a t ee n c o d i n g s t a n d a r d h 2 6 4 a v ci t uv c e g ( v i d e oc o d i n ge x p e r t sg r o u p ) a n d15 0 i e ct h e m p e g ( m o v i n gp i c t u r ec o d i n ge x p e r t sg r o u p ) j o i n tv i d e ot e a m ( j v t ) h a sd e v e l o p e d an e wd i g i t a lv i d e oc o d i n g s t a n d a r d ，i t sm a i np u r p o s ei st oe n h a n c et h ei m a g e c o m p r e s s i o ne f f i c i e n c ya n dt oi m p r o v et h ei m a g ed a t ai st r a n s m i t t e di nt h en e t w o r k t h i ss e l e c t i o no ft h ev i d e oe n c o d e rc h i pm b 8 6 h 51 h i g hi n t e g r a t i o n ，h i g hp r e c i s i o n ， i i 山东大学硕士学位论文 p o w e r f u lr e a l - t i m ep r o c e s s i n gc a p a b i l i t i e s ，s p e e da n dh i g h ，i ti sp o s s i b l et of o r mag o o d f i tw i t ht h eh 2 6 4 a v cv i d e oc o d i n gs t a n d a r da l g o r i t h m k e yw o r d s ：c o r t e x m 3 ；t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ys e n s o r s ，3 gw i r e l e s s n e t w o r k t r a n s m i s s i o n ，h 2 6 4c h i p i i i 山东大学硕士学位论文 i v 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t i e n g l s i ha b s t r a c t i i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2m e 龇e m e ma n dc o n t r o lt e c h n o l o g yr e s e a r c ho fa g r i c u l t u r a lg r e e n h o u s e t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y 1 1 3t h e s i sm a i nc o n t e n t ：! c h a p t e r2 t e c h n i c a lo v e r v i e w 4 2 1e m b e d d e dt e c h n o l o g yi n t r o d u c t i o n 4 2 1 1e m b e d d e ds y s t e m s 4 2 1 2e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ma n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t 4 2 1 3c o r t e x m 3p r o c e s s o ri n t r o d u c e d 5 2 2t e m p e r a t u r e h u m i d i t ys e n s o rt e c h n o l o g y 7 2 3w i r e l e s sv i d e ot r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y 8 2 3 1v i d e ot r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yh i s t o r y 8 2 3 2v i d e ot r a n s m i s s i o n 9 2 4h 2 6 4 a v cv i d e oc o m p r e s s i o nt e c h n o l o g y 1 0 2 4 1h 2 6 4 a v cv i d e oc o m p r e s s i o ns t a n d a r d 1 0 2 4 2h 2 6 4 a v cv i d e oc o m p r e s s i o nc h i p 1 l 2 5c h a p t e rs u m m a r y 1 1 c h a p t e r3 t h eo v e r a l ls y s t e md e s i g n 1 2 3 1o v e r a l ls y s t e md e s i g n 1 2 3 2s y s t e mh a r d w a r es e l e c t e d 1 3 3 2 1m i c r o p r o c e s s o rs e l e c t e d 1 3 3 2 2t e m p e r a t u r e h u m i d i t ys e n s o rs e l e c t e d 1 4 3 2 3v i d e oc a p t u r ed e v i c es e l e c t e d 1 4 3 3o p e r a t i n gs y s t e m ，t h es e l e c t i o no f 1 5 3 4w i r e l e s sv i d e ot r a n s m i s s i o nm o d e ，s e l e c t 1 5 3 5c h a p t e rs u m m a r y 1 6 c h a p t e r4 s y s t e mh a r d w a r ep l a t f o r md e s i g n 1 7 山东大学硕士学位论文 4 1e m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o rd e s i g n 1 7 4 2t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ya c q u i s i t i o nm o d u l e 1 9 4 2 1t e m p e r a t u r es e n s o rd s l 8 8 2 0h a r d w a r ec o n n e c t i o n 1 9 4 2 2h u m i d i t ys e n s o r 2 0 4 3v i d e od a t aa c q u i s i t i o na n de n c o d i n gm o d u l e 2 2 4 3 1v i d e od a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e 2 3 4 3 2v i d e od a t ac o d i n gm o d u l e 2 5 4 4d m a d a t as t o r a g e 2 6 4 53 gw i r e l e s sn e t w o r km o d u l ed e s i g n 2 7 4 5 13 gw i r e l e s sc a r de m 7 7 0 w 2 7 4 5 2u s bh o s td e s i g n 2 9 4 6e x e c u t i o nm e a n sd e s i g n 3 1 4 7c h a p t e rs u m m a r y 3 2 c h a p t e r5 t h es y s t e ms o f t w a r ed e s i g n 3 3 5 1s y s t e ms o f t w a r ep r o c e s s e s 3 3 5 1 1u c o s i is e ta n dt h em a i nf u n c t i o no ft h ea p p l i c a t i o nt a s k st oa c h i e v e 3 4 5 1 2s y s t e mi n i t i a l i z a t i o ns e t t i n g s 3 4 5 2t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yd a t aa c q u i s i t i o np r o g r a md e s i g n 3 5 5 2 1t h et e m p e r a t u r ea c q u i s i t i o np r o g r a md e s i g n 3 5 5 2 2h u m i d i t ya c q u i s i t i o np r o g r a md e s i g n 3 6 5 3v i d e oc a p t u r ea n de n c o d i n gm o d u l ep r o g r a m m i n g 3 8 5 3 1s a a 7 1 1 3c o n f i g u r a t i o n 3 8 5 3 2v i d e oe n c o d i n gp r o c e s s 3 8 5 3 3d m ac h a n n e lp r o g r a m m i n g 3 8 5 4w i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o np r o g r a md e s i g n 4 0 5 4 1u s bh o s td r i v e rd e s i g n 4 0 5 4 2e m 7 7 0 wp r o g r a m m i n g 4 1 5 5c o n t r o lo u t p u t p r o g r a m m i n g 4 2 5 5 1p i dc o n t r o lp r o c e s s e s 4 2 5 5 2p w mo u t p u tt oc o n t r o lt h et e m p e r a t u r e h u m i d i t y 4 4 5 6c h a p t e rs u m m a r y 4 5 c h a p t e r6 s y s t e md e b u g g i n g 4 6 v 山东大学硕士学位论文 6 1 d e b u g g i n gm e t h o d 4 6 6 2d e b u g g i n ge n v i r o n m e n tk e i lm d k 4 6 6 3d e b u g g i n gp r o c e s s 4 8 6 4c h a p t e rs u m m a r y 5 1 c h a p t e r7 c o n c l u s i o n 5 2 7 1 s u m m a r y 5 2 7 2t h i si n n o v a t i o na n dl e s st h a n 5 3 r e f e r e n c e s ! ；! ； a c k n o w l e d g e m e n t s 5 8 s t u d y i n gf o rad e g r e ed u r i n gt h ea c a d e m i c 5 9 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课置研究的背景和意义 随着农业种植技术的不断提高和农村经济的蓬勃发展，农业大棚技术的应用 已经成为我国农村培育农作物、蔬菜的重要技术手段。如果要获取大棚蔬菜早熟、 优质、高产，科学合理地调节大棚内温度、湿度与光照条件，根据不同地区农业 专家的经验和参数在大棚内阶段性的形成农业作物生长发育的环境至关重要。传 统的农业大棚温湿度控制主要通过人工来实现，由于农业大棚的密闭性，湿度大， 农药残余量大，对长期在其中工作的人体产生巨大的危害，其中工作环境一般比 较恶劣；另外，若需要对大棚中蔬菜生长的温湿度进行阶段性的监测与控制，人 工效率往往过低，难于完成精度高，实时性的工作，对于大量生产质量优质蔬菜 产品造成了较大的阻碍。 从国内外对优质蔬菜的需求看：虽然全国蔬菜市场供需已基本饱和，但由于 优质蔬菜数量少、需求量大，供需矛盾日益突出，且优质蔬菜所占的比重小，人 均占有量还很低。随着人民生活水平日益提高和自我保健意识的增强，蔬菜市场 对产品的质量和数量都有了新的要求，对低公害的绿色产品需求明显增加。从国 内外市场需求出发，只有从发展和探索优质蔬菜生产技术手段抓起，才能从根本 上改善供需矛盾，从而抢占国内外蔬菜市场。 1 2 农业大棚温湿，度测控技术的研究现状 随着计算机科学技术的不断提高和自动化理论的发展，自动控制系统的应用 已经遍及工业、农业、化学、建筑、航空航天、交通运输、军事工业等领域，并 不断推动着这些领域的人工智能化进程。 自动控制技术是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象， 使得受控对象的被控量等于给定值或者按照给定信号的变化规律变化的技术。尤 其是近年来，控制理论的发展在非线性系统理论，离散事件系统，大系统和m i m o 系统中都有很大程度的发展，人工智能已经成为当前自动控制技术的主要课题， 山东大学硕士学位论文 包括专家系统、模糊控制等，目前已经结合新型器件广泛的应用于工业，农业和 信息产业中。 在农业大棚作物生长过程中，大棚内的温度、湿度和二氧化碳浓度是影响棚 栽农作物生长的3 大要素1 。以往的农业大棚技术研究中往往采用8 位或1 6 位单 片机作为农业大棚数据采集终端的处理器芯片，单片机主要采取两种方式对外进 行数据交换：串口通信和以太网芯片传输数据。串口的应用虽然普遍，但是其抗 干扰性比较差，而且在远距离传输上速率大打折扣；而以太网传输数据则限制了 数据的传输空间，而且要实现温、湿度等数据的现场采集和视频的实时传输，单 片机本身的内存和计算空间显得逊色许多，因此基于单片机的农业大棚数据传输 系统在实际应用中没有获得真正推广。 近年来嵌入式系统的迅猛发展，由单片机本身的不足引起的问题得到了较好 的解决，人们对无线测控系统的研究也在逐渐加深眨m 4 钉。本文提出了一种具 有可行性和发展前景的农业大棚无线智能测控系统，即基于嵌入式处理器，3 g 网 络传输技术的大棚温湿度测控系统，同时实现了基于h 2 6 4 a v c 编码格式的实时 视频监控。此系统能够充分利用无线网络传输技术和智能控制技术，从而摆脱了 以往受到传输距离和地域限制的有线测控模式，实现了大棚控制的网络化和可视 化。 1 3 论文研究主要内容 本论文研究的主要内容如下： 1 对基于c o r t e x m 3 的农业大棚无线测控系统进行了设计，包括系统的总体 方案的设计、系统硬件平台设计、系统的软件设计以及系统调试。 2 系统硬件平台设计：在温湿度测控方面主要设计了温度和湿度数据采集电 路以及p i d 输出控制装置；在视频数据方面设计了视频采集模块，选用富士通公 司的芯片m b 8 6 h 5 1 作为视频编码芯片对视频数据进行压缩；在数据传输方面选择 了3 g w c d m a 的无线网络传输模式，并对无线传输模块的u s b 驱动进行了设计， 实现了温湿度数据和视频数据的无线传输以及上位机预设值的发送。 3 对系统进行了软件设计：移植了“c o s i i 作为本设计的操作系统，以集成 山东大学硕士学位论文 开发环境m d k 为平台，采用了c 语言编程实现c o r t e x m 3 以及上述各模块的软 件设计。 4 系统调试方面：完成了系统的硬件调试，采用j l i n k 工具在m d k 环境下进 行了c o r t e x m 3 芯片的调试，并设计了上位机人机界面。 山东大学硕士学位论文 2 1 嵌入式技术简介 第二章相关技术简介 2 1 1 嵌入式系统 嵌入式系统6 1 ( e m b e d d e ds y s t e m ) 已成为当今计算机领域里最热门应用技术 之一，现代生活中，嵌入式系统已经处处可见。嵌入式的应用可以追溯到上个世 纪7 0 年代的单片机系统，到今天已经发展出多种嵌入式微处理器。最近几年，由 国际电气和电子工程师协会( i e e e ) 提出了定义：d e v i c e su s e dt oc o n t r o l ，m o n i t o r ， o ra s s i s tt h eo p e r a t i o no fe q u i p m e n t ，m a e h i n e r yo r p l a n t s ( 用来控制、监视或辅助机 器和设备操作的装置) 。从组成上看，嵌入式系统主要由微处理器，外围电路；嵌 入式操作系统以及应用软件构成。 与通用计算机相比，嵌入式系统具有的特点是： 1 嵌入式系统通常是面向特定环境和系统的要求。通用计算机系统的设计则更 加广泛，两者有很大不同1 7 1 。 2 设计和开发嵌入式系统具有软硬结合的特点，是一个技术密集型和应用广泛 的电子系统。嵌入式系统能够实现p c 机中许多板卡任务在芯片内部的集成，从而 具备体积小，功耗低的特点。为了降低功耗和成本，设计者需精简系统内核，只 保留和系统功能密切相关的软硬件，利用最少的资源实现最适当的功能，这就要 求设计者选用最佳的编程模型和不断改进算法，优化编译器性能。 3 嵌入式系统中的软件程序一般固化在存储芯片或本身中，从而提高了系统 的响应速度和稳定性。 4 嵌入式系统提供了富有亲和力、自然的人机交互界面，极大地方便了使用者。 2 1 2 嵌入式操作系统及软件开发 操作系统是实现其他程序运行以及系统资源管理的系统软件的集合。操作系 统负责控制输入与输出设备、管理与配置内存、管理文件系统与控制网络等事务。 进入2 0 世纪9 0 年代后，嵌入式操作系统已经占据嵌入式系统设计中的主导地位。 目前计算机上常见的操作系统有w i n d o w s 、l i n u x 、u n i x 、n e t w a r e 、j _ t c o s 、i t c l i n u x 山东大学硕士学位论文 等。嵌入式操作系统本身具备一般操作系统所具有的基本功能，如文件功能、任 务调度、同步机制等，具有良好的可移植性、强实时性、能够为系统提供统一开 放的接口、并且具备强大的网络功能，因此非常适合于移植到嵌入式芯片中工作。 本文选用适合微处理器移植的t t c o s i i 操作系统。 由于嵌入式系统没有能力进行自主开发，所以需要在开发过程中设置宿主机 和目标机。一般选择p c 机作为宿主机，用于实现操作环境及需要采用的软件的开 发；而目标机即是需要装载嵌入式软件系统并实现系统功能的硬件，可执行文件 在宿主机上实现编译、链接和定址。首先，由交叉编译器在p c 机上实现代码的“编 译”，生成需要在目标机上运行的代码；然后经“链接过程”将经编译的文件连接成 为一个目标文件；最后通过“定址过程”对目标文件的相对偏移处分配存储器地址， 由此生成的二进制代码可以在嵌入式平台上执行了。 在进行以上工作之后，需要在目标机上进行软件调试，嵌入式调试方式主要 有j t a g 模式、仿真器和后台调试模式等，本文属于j t a g 调试模式。 高级语言编程己成为嵌入式系统软件设计的主流。虽然汇编语言在一定领域 还有很多应用，但由于其繁琐性及软件移植等问题，在嵌入式操作系统应用中， 己逐步被高级语言代替。高级语言编程具有通用性较好，容易编程，容易阅读， 可移植性好，可维护性好，直接支持中断管理，支持软件重用等优点。在当前的 嵌入式系统开发中应用最广泛的编程语言是c 语言，本系统大部分程序都是采用 c 语言实现的。 2 1 2c o r t e x m 3 处理嚣介绍 嵌入式系统在工业、农业、军事等行业获得了突飞猛进的发展，各种应用场 合也迫切要求嵌入式微处理器不断提高自身的质量，a r m 设计的微处理器结构已 经从v 3 发展到现在的v 7 ，从而使该公司在生产3 2 位r i s cc p u 开发领域中得到 不断的突破，本文选用的是基于a r m v 7 架构的c o r t e x 系列微处理器。在各种开 发和应用中，处理器的体积和存储容量在成本上是对产品起到关键性的影响，基 于这种高性价比的思想，a r m 推出了c o r t e x m 3 系列处理器。与以往的a r m 7 、 a r m 9 系列不同，为了缩小器件的面积和节省产品成本，c o r t e x m 3 采用了系统部 件紧耦合的方法，使用了门数最少的中央处理器和小空间的内存，同时实现了高 山东大学硕士学位论文 性能和低功耗。同时芯片采用了高度集成度的外设结构，提供支持外围硬件电路 引脚丰富，方便开发者扩展系统的性能，可以完成不同成本和性能的设计需求。 a r m c o r t e x m 3 处理器h 1 实现了t h u m b - 2 指令的3 2 位哈佛微体系和三级流 水线结构，代码密度高，性能上已经很接近于3 2 位的a r m 指令集。以下列出了 c o r t e x m 3 微处理器的优势： 1 低功耗及供电的全面管理，包括三种睡眠模式： 2 以不高于十二个周期的高速中断处理满足多种场合应用； 3 3 2 位的乘法指令及乘法累加指令可单周期完成； 4 毋须进行模式转换的1 6 3 2 位固有指令集，具备3 2 位处理器的性能和 1 6 位代码密度； 5 采用高级系统调试功能，可以缩短开发周期； 6 不要求汇编语言开发，简化了开发流程； 7 可将读取、修改及编写在单一指令中完成的原子位操作等。 同时，c o r t e x m 3 支持线程模式和处理模式二种工作模式。当出现异常时时， 进入处理模式，此时的所有代码都属于特权访问；复位以及返回异常时，c o r t e x m 3 便进入线程模式，在此模式下，特权和非特权用户模式代码可以正常运行。从工 作状态上，c o r t e x m 3 的工作状态有t h u m b 状态和调试状态两种。在t h u m b 状态 下，执行1 6 3 2 位半字对齐的t h u m b 和t h u m b 2 指令；在调试状态下，处理器停 止工作，开始调试工作。图2 1 展示了a r mc o r t e x m 3 处理器的结构： 6 图2 - 1a r m c o r t e x m 3 处理器结构 f i g 2 - 1t h ea r m - c o r t e x m 3p r o c e s s o ra r c h i t e c t u r e 山东大学硕士学位论文 ( 1 ) 温度传感器 传感器是在2 0 世纪9 0 年代中期问世的9 1 ，是现代信息技术的主要成就。通 常将能把各种来自外界的非电量信号转换为电信号的器件称为传感器。 温度传感器是各种传感器中使用范围最广泛和数量最多的一种。温度传感器 的发展大致分为三个阶段： 1 传统分立式温度传感器( 包括敏感元件) ：即以热电偶( t h e r m o c o u p l e ) 传感器 为代表的一类传感器。主要功能即是将非电量信号转换为电信号。这种温度传感 器装配简单，方便更换，属于压簧式感温元件，抗震性能好，机械强度高，耐压 性能好，测量范围大：一般情况下可以测量一2 0 0 , - , 1 3 0 0 c ，选用特殊材料如钨： 铼等测温范围可达到- - 2 7 0 - - 2 8 0 0 。 2 模拟集成温度传感器：也叫做单片集成温度传感器、硅传感器，采用硅集成 工艺而制成。模拟集成温度传感器于上个世纪8 0 年代问世，与分布式传感器不同， 将温度传感器集成在一个芯片上，其功能是完成温度采集之后输出模拟信号并且 仅完成温度测量工作，具有稳定性强、测温距离远、速度快、体积小而功耗低， 性价比高等优点，到目前为止仍然是国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典 型产品有a d 5 9 0 、a d 5 9 2 、t m p l 7 、l m l 3 5 等。 3 数字式温度传感器。 也称作智能传感器，诞生于上世纪9 0 年代中期。其功能是把温度通过温敏元 件和相应电路转换成方便计算机、p l c 、智能仪表等数据采集设备直接读取的数字 量。这类器件内部包含了温敏元件、a d 转换器、微处理器、存储器、寄存器， 外围接口电路等。 目前，模拟式向数字式、集成化、智能化及网络化是新型温度传感器的发展 方向。典型产品有m a x 6 6 3 5 、心6 5 7 5 7 6 7 7 、d s l 6 1 2 2 1 、d s l 7 2 2 、d s l 8 8 2 0 等。 传统的温度检测以热电阻、热电偶类为温度敏感元件，成本低，准确度低， 可靠性相对较差，需要后续信号处理电路，而数字式温度传感器的的价格比较高， 相对精度高，具有智能化，可控制的优点。 山东大学硕士学位论文 ( 2 ) 湿度传感器 湿度传感器( h u m i d i t yt r a n s d u c e r ) 即将被测气体中水蒸气含量转化为电信号， 并将信号量输出的传感器，基本形式都为利用湿敏材料对水分子的吸附能力或对 水分子产生物理效应的方法测量湿度。随着时代的发展，在农业、科研、暖通、 纺织、机房、航空航天、电力、军工等部门，对其工作环境湿度进行控制变得越 来越重要，环境中温、湿度的检测及控制，对材料、介质所含水份的监测与分析 也已成为比较普遍的技术条件之一，从9 0 年代以来，湿度测量技术及湿度传感器 产品渐渐成为新兴起的行业。 由于测量湿度要受大气气压、环境温度等的影响，所以与气压，温度等环境 参数相比，湿度是最难获得准确测量结果的。 传统的湿度测量方法通常有露点法、伸缩法、干湿球法、电阻法、电容法及 电解法等。许多古老的测量方法，如干湿球温度计、毛发湿度计和露点计等至今 仍被广泛采用。现代工业技术要求高精度、高稳定性和对湿度进行持续性的测量， 因而陆续出现了种类繁多的湿敏元件。 2 3 无线视频传输技术 2 3 1 视频传输技术的历史 到目前为止，视频传输技术的发展经历了以下三个阶段。 ( 1 ) 模拟视频传输技术 产生于2 0 世纪8 0 年代到9 0 代初，可以认为是第一代视频传输系统。该系统 由模拟摄像机、监视器、视频矩阵主机等组成，摄像机将输入的视频信号通过模 拟视频线传输到监视器上，再通过视频矩阵主机进行控制，键盘输入控制指令。 但由于该系统的传输设备是有线的，在线路上的信号衰减比较大，因而传输距离 不远，监控范围大受限制。 ( 2 ) p c 机内插视频卡式的视频传输技术 产生于2 0 世纪9 0 年代后期，随着计算机技术的发展，这一时期的图像处理 技术和多媒体技术获得了大大的提高，同时计算机网络、视频压编码技术的应用 也逐渐普遍，视频比特流的网络传输可以通过在p c 机内部插入视频卡实现，视频 山东大学硕士学位论文 数据可以通过压缩后在网络上进行分频传输，视频传输质量也获得很大提高，但 成本相对较高。 ( 3 ) 数字视频传输