基于ARM和GPRS的遠程監(jiān)測終端設計
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各個數(shù)據(jù)采集模塊與主處理器通過SPI總線進行通信。SPI總線是Motorola公司提出的一種高速全雙工串行通信總線，它容許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進行通信。SPI接口只有MISO(主入從出)、MOSI(主出從人)、SCLK(時鐘)和CS(片選)4個信號組成，在芯片上只占用4條線，大大節(jié)省了芯片資源。主處理器與各采集模塊的SPI通信方式為一主多從的方式，即ARM主處理器的作為主設備，各數(shù)據(jù)采集模塊作為從設備，主設備驅(qū)動串行時鐘發(fā)起通信。主設備使用片選信號CS指明與哪個模塊采集模塊傳送數(shù)據(jù)。通信時，主設備的MISO為輸入，MOSI為輸出，從設備的MISO為輸出，MOSI為輸入，在主設備時鐘的控制下，主設備與從設備的雙向移位寄存器同時進行數(shù)據(jù)交換，完成一次數(shù)據(jù)的傳輸。主處理器與各模塊的通信結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/149578.htm
2．3 GPRS模塊
GPRS模塊選用華為GTM900C模塊，它是一款三頻段GSM／GPRS無線模塊。模塊接口簡單、使用方便且功能強大。它支持標準的AT命令及增強AT命令。GTM900C的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務的最高速率可達85．6 kbit／GTM900C提供40腳的ZIF接口，主要有電源接口、UART接口(最大串口速率可達115200bit／s)、標準SIM卡接口和模擬語音接口。
本系統(tǒng)中，GTM900C主要是實現(xiàn)GPRS上網(wǎng)功能。該模塊的主要特點如下：
1)單電源供電，供電范圍為3．3～4．8 V．典型供電電壓為4．2 V；
2)可工作于三頻EGSM900和／GSM1800／GT800單頻；最大發(fā)射功率EGSM900／GT800 Class(2W)和GSM1800 Classl(1W)；
3)支持GSM標準AT命令、V．25 AT命令和華為擴展AT命令；
4)GPRS傳輸速率最高可達85.6 kbps，支持CS-1，CS-2，CS-3，CS-4 4種編碼方式。內(nèi)嵌了TCP／IP協(xié)議；支持多連接，提供ACK應答，提供大容量緩存。
GPRS模塊與主處理器的連接很簡單，由于兩者是通過串口接口進行通信的，所以將兩者用串口線連接即可。GPRS的網(wǎng)絡功能都已集成在模塊中，只需要在主處理器這一端將串口參數(shù)設置好，然后發(fā)送相應的AT指令對模塊進行操作即可。
3 終端軟件設計
終端軟件設計包括兩個任務，一是搭建開發(fā)環(huán)境，如Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核移植，編寫設備驅(qū)動等，二是在開發(fā)環(huán)境準備好的基礎上進行應用程序的編寫，包括完成SPI總線數(shù)據(jù)輸入輸出功能，GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸功能，和界面顯示功能。
3．1 軟件開發(fā)平臺搭建
軟件平臺采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，嵌入式Linux操作系統(tǒng)是一個源代碼公開的實時多任務操作系統(tǒng)，可應用于多種硬件平臺，可根據(jù)需要定制內(nèi)核，有良好的網(wǎng)絡支持，Linux系統(tǒng)內(nèi)核精簡、高效并且穩(wěn)定，能夠充分發(fā)揮硬件的功能，它非常適合在嵌入式領域中應用。嵌入式Linux操作系統(tǒng)搭建的步驟為：在宿主機上建立交叉編譯的環(huán)境；編譯生成Linux的內(nèi)核，用的內(nèi)核是Linux-2．6．29；編譯生成根文件
系統(tǒng)，用的根文件系統(tǒng)為yaffs；向目標機下載Bootloader的映像，用的Bootloader為Supervivi；燒寫Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)的映像；復位啟動。為了使終端可以使用觸摸屏，液晶屏和SPI總線，將編寫的對應的驅(qū)動編譯、添加到Linux內(nèi)核中。系統(tǒng)使用的宿主機系統(tǒng)為在虛擬機下運行的RedHat9．0。
終端應用程序用Qt來編寫，Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。它具有優(yōu)良的跨平臺特性、面向?qū)ο?、豐富的API支持等優(yōu)點。Qt-Embedded是Qt的嵌入式版本，因此終端應用程序的開發(fā)使用Qt／E作為開發(fā)工具。Qt運行環(huán)境的搭建步驟為：首先在宿主機上分別建立Ot-x86編譯環(huán)境和Qt-ARM編譯調(diào)試環(huán)境，采用Qt4．5．0版本；其次，將宿主機生成的Lib下的庫文件下載到目標板的某個目錄下，并在目標板上設置好環(huán)境變量，這樣在目標機上的Qt程序運行環(huán)境就建好了。在宿主機上交叉編譯好的Ot／E程序就可以下載到目標機上運行了。
3．2 終端應用程序設計
監(jiān)測終端需要采集監(jiān)測儀表的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，終端設計的數(shù)據(jù)采集模塊分別對不同的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集并做相應的處理，數(shù)據(jù)采集模塊與CPU之間通過SPI總線進行數(shù)據(jù)傳輸，對與采集數(shù)據(jù)需按上端通信協(xié)議、PPP、TCP／IP協(xié)議進行二次成幀；利用GPRS網(wǎng)絡接入Internet網(wǎng)絡，將處理后的數(shù)據(jù)信息通過GPRS無線網(wǎng)絡上傳至監(jiān)控中心。
GPRS模塊附著GPRS網(wǎng)絡并與上位機建立TCP數(shù)傳鏈路是通過向模塊發(fā)送一串AT指令實現(xiàn)。撥號動作完成，并成功建立數(shù)傳鏈路以后，GPRS模塊在終端串行口和上位機之間變得透明。另外，終端的重要狀態(tài)要能即時顯示在LCD上。
綜上分析，監(jiān)控終端應用程序要完成的任務有：串口參數(shù)設置，GPRS網(wǎng)絡連接，讀取串口返回信息，SPI數(shù)據(jù)傳輸，GPRS數(shù)據(jù)傳輸，界面顯示。由于任務不止一個，而且有的任務需要同時運行，所以采用多線程編程。
在Qt編程中主界面UI一般為主線程，子線程通過繼承Qt中的QThread線程類來完成。這些任務和功能可以通過3個線程來實現(xiàn)。3個線程的作用分別為：1)主線程：負責界面顯示，串口參數(shù)設置，GPRS網(wǎng)絡連接，GPRS數(shù)據(jù)傳輸；2)SPI數(shù)據(jù)傳輸子線程：負責與數(shù)據(jù)采集模塊通信，將采集數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)；3)串口數(shù)據(jù)讀取子線程：CPU通過串口操作GPRS模塊，GPRS模塊的返回信息可以通過串口數(shù)據(jù)讀取子線程隨時讀取。程序模塊圖如圖5所示。
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