基于ARM9的高精度生化分析仪温度控制系统设计

　　嵌入式 Linux是以Linux为基础的嵌入式作业系统，它被广泛应用在移动电话、个人数字助理（PDA）、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中。Linux做嵌入式的优势，首先，Linux是开放源代码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发者的强大技术支持；其次，Linux的内核小、效率高，内核的更速度很快，linux是可以定制的，其系统内核最小只有约134KB。第三，Linux是免费的OS，在价格上极具竞争力。 Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持二三十种CPU。移植的速度远远超过Java的开发环境。同时，Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络，以及无线网络，Toker ring（令牌环网）、光纤甚至卫星的支持。

1 引言

ARM9越来越广泛的应用于各种生物电子仪器中，全自动生化分析仪是一个典型的应用。生化分析仪检测分析过程中温度对检测结果具有很大的影响，被检样品和试剂只有在指定的温度下检测才能保证生化检验结果的可靠性。本系统以ARM9处理器作为控制系统核心，实现模糊自整定PID控制算法。经测试，该系统精度高，稳定性好，响应快，反应盘控温于现行的标准检测温度37℃，控温精度为土0.1℃，显示精度为±0.01℃，完全满足临床使用要求。

TI公司的OMAP730是最新的无线通信基带信号处理器。该处理器是TI的GPRS Class 12通信模块与专用于应用处理的ARM926通用处理器（GPP）的集成。由于GPP的速度可达200MHz，因此OMAP730具有两倍于上一代OMAP710处理器的应用处理性能。如同所有的OMAP处理器一样，OMAP730可支持领先的移动操作系统，其中包括Microsoft的智能电话与Pocket PC PhoneEdition、Svmbian OS与Series 60、Palm OS以及Linux。

2 系统总体设计及主要硬件实现

2.1 系统总体设计

系统结构如图1所示。系统主要由测温器件、ARM控制器及显示变送单元三部分组成。ARM控制器采用三星公司的S3C2410A。测温器件负责温度的采集，在本系统由DS1 8B20温度传感器构成。整个系统工作过程是先由键盘设定温度值，ARM 控制器控制温度传感器采集温度信号，经过模糊PID 控制模块运算，输出PwM 波控制功率驱动模块，实现对温度的加热和制冷控制，同时通过LCD显示温度。

2.2 控制器S3C2410

S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用0.18um制造工艺的32位微控制器。该处理器拥有：独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer ，I/O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203MHz。

S3C2410A是由Samsung Electronics Co.，Ltd为手持设备设计的低功耗、高度集成的，基于ARM920T内核16／32RISC嵌入式处理器，运行频率可达203MHz， 独立的16k指令和16kB数据的缓存（Cache），虚拟内存管理的MMU单元，LCD控制器（STN&TFT），非线性（NAND）FLASH的引导单元系统管理器，3通道的异步串口（UART），输入输出端口，实时时钟单元（RTC），带有触摸屏接口的8个通道10bitADC，IIC总线接口，IIS总线接口，USB的主机（host）元，USB的设备（Device）接口，2个通道的SPI接口和锁相环（PLL）时钟发生单元。

本系统设计采用32位RISC嵌入式处理器工作模式，采用NAND FLASH启动方式。NAND FLASH存储器扩展选择三星电子公司生产的K9F1208，单片容量为64MX 8bit（64M字节），工作电压2.7～3.6V，8位数据宽度，带有硬件数据保护功能，支持上电自动引导功能。根据系统需要和充分发挥32位CPU的数据处理能力，本系统选用两片HY57V561620T并联构建32位SDRAM存储器系统，共64MB的SDRAM空间，可满足嵌入式操作系统及各种相对复杂的功能运行要求。

2.3 温度采集单元的实现

温度采集单元主要温度信号的实时采样并响应主机的命令[31。本系统温度传感器使用DS1 8B20，DS1 8B28B20是美国半导体DALLAS公司推出的单总线温度传感器。该器件具有体积孝结构简单、实用电压宽、可组网、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点，而且内有控制电路，收发电路和存储电路等。DS18B20 具有较宽的电压适用范围（3～5.5V），并能够通过编程实现温度信号的9～12位的数字转换，分辨率最高可以达到0.0625