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论文研究-基于Android平台的DHT11数字温湿度传感器开发 .pdf
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基于Android平台的DHT11数字温湿度传感器开发,张承寰,,随着移动互联网的高速发展,移动终端在生活和工作中的应用也越来越多。而在诸多的智能手机操作系统中,Android系统毫无疑问是最大��
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基于 Android 平台的 DHT11 数字温湿度传
感器开发
张承寰
*
作者简介:张承寰(1985-),男,硕士研究生,嵌入式与网络通信. E-mail: kira_zch@bupt.edu.cn
(北京邮电大学计算机科学与技术学院,北京 100876) 5
摘要:随着移动互联网的高速发展,移动终端在生活和工作中的应用也越来越多。而在诸多
的智能手机操作系统中,Android 系统毫无疑问是最大的热门。其开放的源码,多层次的架
构设计,传感器的支持都让它成为了移动开发的首选。Android 原生支持一些传感器,并且
衍生出了很多优秀的应用。但目前所支持的传感器种类有限且数量也较少,无法满足用户日10
益增长的需求。本文深入研究了 Android 系统底层源码及架构设计,以 DHT11 数字温湿度
传感器为例,研究了 Android 平台传感器的底层开发,实现了 DHT11 数字温湿度传感器的
Android 平台移植。
关键词:智能终端;安卓系统;传感器;Linux 内核
中图分类号:TP212.9 15
Based on the Android platform DHT11 digital temperature
and humidity sensor development
ZHANG Chenghuan
(Computer Science School,Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876) 20
Abstract: With the rapid development of mobile Internet, mobile terminals application is also
increasing in the life and work.Android system is undoubtedly the greatest popular in many of the
smart phone operating system.Its open-source, multi-level architecture designed to support sensors that
it has become the preferred mobile development. Android native support for some of the sensors, and
spawned a lot of good applications. But currently supported sensor types and the numbers are less 25
limited, unable to meet the growing needs of the user. This article study on the source code of the
underlying system and the system architecture,take the DHT11 digital temperature and humidity
sensors as an example, to study the development of the underlying Android platform sensors and
achieve the Android platform DHT11 digital temperature and humidity sensor transplant.
Key words: Intelligent Terminal; Android; Sensor; Linux kernel 30
0 引言
在信息技术飞速发展的今天,以 PC 机为终端核心的互联网时代正在退到幕后,而替代
它的正是以移动智能终端为核心的无线互联网。无线互联网也可称为移动互联网,它是以中35
国移动,中国电信,中国联通等运营商的网络为基础,以智能手机及移动手持终端为核心的
新一代互联网形态。
智能手机的发展促使了移动互联网的出现,反过来移动互联的发展,又促进了手机性能
功能的提升,手机的功能越来越强大。这些智能手机配备高主频 CPU ,大容量内存,以及
其他硬件。它们可以支持各种网络通讯方法,如 WIFI、蓝牙、传感器和 GSM 。此外 Android40
的开放性,更能使开发人员可以很容易地实现他们的创意。随着 Android 应用的飞速增长,
Android 系统得到了广泛的发展,并且其系统功能也越来越完善,多层次的架构设计,开放
的源代码,以及众多对外开放的 API,使得 Android 成为移动开发的第一选择。其对多种传
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感器的支持更是让人惊喜。
Android 以 Linux 系统为内核基础,并提供了完备的工具与开发所需 API 供程序人员进45
行软件开发工作。因此 Android 成为了很多问题解决方案的有利平台。本文研究的是基于
Android 的传感器的开发,Android 本身支持一些传感器如重力传感器,加速度传感器等。
但这是远远不够的,因为传感器种类繁多,其同一种传感器其精度,功耗及应用场景均不相
同。因此如何能方便添加所需的传感器是一个亟待解决的问题。
本文以温湿度传感器为例,介绍了在添加传感器的过程中所涉及到的各层次的开发,包50
括 Android 内核层的驱动开发,HAL(硬件抽象层)的用户态模块的开发及其上层相关硬件
访问服务的开发。最后通过开发上层应用程序加以验证。
1 技术背景
1.1 Android 平台
Android 系统为四层架构设计,分别为 Linux 内核层,Lib 库和运行环境层,框架层以55
及应用层。其内核层次是用 C 语言编写而其应用层的应用程序是通过 Java 语言编写的。中
间的联系时通过 JNI 来实现的。Android 本身自带专用的 Java 虚拟机和其本身专用的类库,
与其底层的 API 互相对应。简而言之,Android 在 Linux 2.6 内核的基础上,提供 Google 所
设定的应用程序运行环境的 Dalvik 虚拟机
[1]
。Android 平台架构如图 3 所示
[2]
:
60
图 1 Android 平台框架
Fig.1 Android Platform framework
1)内核层: Android 主要采用 Linux 作为系统内核,并依赖其提供的强大的服务,包括
系统安全机制、内存和进程管理、网络服务以及各种硬件驱动。
2)Hardware Abstraction Layer(硬件抽象层): Android 的 HAL(硬件抽象层)的目的65
是为了把 Android framework 与 Linux kernel 完整“隔开”。这是为了降低耦合性,是应用层的
开发尽量少点受底层的影响,从而便于软件的开发。
3)库和运行环境:Android 提供了丰富的类库支持,被用于 Android 的各种组件中。
4)应用框架层:应用程序开发者可以接触到系统的框架层,并能够调用框架层的一些服
务。 70
5)应用层:应用层是用户和应用程序交互的一个层次,应用程序的开发主要集中在这一
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层。
1.2 传感器
传感器是一种物理的或者生物的能够感受,探测外界信号的装置。并且其能够将探知的
信息传递给其他的装置或者器官。根据中华人民共和国国家标准 GB7665-1987,传感器的定75
义是“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置”
[3]
它是种检
测装置,能够感受特定的信息,并且将这种信息转换为特定的电信号并且以其他形式
[4]
输
出 。
Android 操作系统随着其版本的提升,其所支持的传感器也越来越多,如方向传感器,
磁场传感器,压力传感器等。Android 作为一个新生的智能手机平台,在发展迅猛的现在,80
基于 Android 平台的传感器的研究也渐渐受到科研人员及爱好者的重视。目前,几种典型传
感器在智能手机中的应用也逐渐多了起来,功能也日趋完善。Google 同时提供了 Sensor
Simulator(模拟传感器)第三方工具来帮助调试新增传感器的实现
[5]
。
2 开发环境
在研究了所需的技术背景后,就要开始具体的开发工作,但是在这之前,首先要进行开85
发环境的搭建。本章节将介绍硬件的选型及要实现的目标。
软硬件平台
本文在 ARM11 硬件平台和在 Android 4.0 版操作系统软件平台上,全面实现对 DHT11
温湿度传感器的支持,所需硬件条件如下:
①处理器: S3C6410 90
②电源: 锂离子电池 3.7V[使用温度范围<60°C]
③LCD 触摸屏:支持中文显示,中文字库,触摸屏按键输入。
2.1 传感器选型
本文选用 DHT11 温湿度传感器作为开发所有的传感器。DHT11 数字温湿度传感器是一
款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度95
传感技术,确保具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
DHT11 数字温湿度传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件,并与一个高
性能 8 位单片机相连接,其内部结构图如图 2 所示。DHT11 采用单线制串行接口,使系统
集成变得快捷,其为 4 针单排引脚封装。引脚说明如表 1 所示。
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