基于TMS320C54x DSP芯片和DS18B20实现智能温度检测系统设计

来源：电子设计工程，作者：曲爱玲，刘红梅，王欣惠，刘斌

随着物联网时代的到来，农业正朝着智慧农业发展。“智慧农业”就是充分应用现代信息技术成果，集成应用计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、无线通信技术及专家智慧与知识，实现农业的智能化管理。温度作为农业生产过程中的一个重要指标，温度检测系统是智能农业的一个子系统。以DSP技术为核心，利用接口简单、性能稳定的DS18B20温度传感器芯片，设计了具有温度检测、温度阈值设定、现场蜂鸣器报警、远程智能短信报警、温度值实时显示、温度节点可扩展等功能的温度检测系统。该系统在农业领域可广泛进行应用推广。

1 智能温度检测系统

智能温度检测系统在智慧农业中发挥着重要的作用，成为智慧农业中信息采集必不可少的一部分。精确的获取农业生产或农业产品管理中的温度参数，有助于提升我国农业管理水平和农业生产效能，促进农业的现代化精准管理、加速智慧农业时代的到来。

1.1 系统实现整体方案

本智能温度检测系统主要由DSP主控单元、CPLD译码单元、键盘扫描单元、温度检测单元、蜂鸣器/LED灯报警单元、GSM单元、液晶屏显示单元组成，当系统检测的温度高于或低于设定的阈值，系统可通过现场的蜂鸣器报警，或通过智能手机模块将信息远程发送。温度阈值和系统发送的手机终端号码均可通过键盘扫描单元设定或修改，液晶屏显示操作进程。

该系统框图如图1所示。

1.2 DSP主控单元

本智能温度检测系统采用TMS320C54x DSP芯片作为主处理器。TMS320C54x是TI公司生产的一款16位定点型DSP处理器，内部采用程序总线和数据总线分开的增强型哈佛结构，存储空间包括数据存储空间、程序存储空间、I/O空间，具有专门的硬件乘法器，采用流水线操作，提供特殊的数字信号处理指令。TMS320C54x采用核电压和外设电压分开供电的双电压供电模式，具有丰富的外设接口，内置看门狗定时器，提供多种程序固化方式。主处理器的选择为系统的低功耗、功能扩展、产品升级提供了保障。

1.3 CPLD译码单元

CPLD（Complex Programmable Logic Device）为复杂可编程逻辑器件，是一种用户根据自身设计要求而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法实现，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。在本设计中，选用XILINX公司的XC95144XL-T0100芯片，用来完成系统硬件资源分配、逻辑译码、键盘扫描等工作，利用原理图及VHDL硬件编程语言混合模式进行译码实现，编译环境为Xilinx ISE 10.1版本软件。

1.4 智能手机单元

智能手机单元（GSM）采用Qisda公司的M33G模块，此模块具有开放的44引脚接口，可以方便用户进行二次开发。M33G为串口通信模块，在系统硬件设计时，选用16C450芯片实现并口到串口的转换，使DSP处理器可以快速高效的与M33G通讯。在硬件设计时一定要考虑M33G模块天线及SIM卡座的固定方式。本单元可实现远程智能短信报警功能，此单元与系统的连接如图2所示。（备注：系统中各功能单元的+5 V、+3.3 V、GND与系统的+5 V、+3.3 V、GND连接，不在图中体现，下同。）

1.5 键盘扫描单元

键盘扫描单元由CPLD硬件描述语言VHDL程序设计实现，采用4x4键盘，自行定义键值。扫描输入端共需四根信号线，扫描输出端共需四根信号线，八条信号线均接到CPLD芯片上的I/O引脚，通过CPLD软件译码实现键盘的功能，这样的设计节省硬件资源，进一步提高了系统的性价比。通过本单元实现远程手机号码的输入、更改、删除等功能。此单元与系统的连接如图3所示。

1.6 液晶屏显示单元

液晶屏显示单元采用AM—17622液晶屏，AM—17622是台湾晶采光电科技股份有限公司生产的2.0英寸TFT-LCD屏，具有白色LED背光，驱动芯片采用HX8309，支持8/9/16/18位并行接口设计，并具有丰富的命令功能。本系统采用16位并行接口设计，与系统的连接如图4所示。通过液晶屏可实时显示监控的温度值，在手机号码的输入、更改、删除时，液晶屏显示当前操作内容。

1.7 蜂鸣器/LED灯单元