基于LPC2292和μC/OS-II的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)以其高效的開發(fā)、低廉的成本、方便的使用和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)受到信息業(yè)界的廣泛推崇。嵌入式系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)控制領(lǐng)域主要用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視和控制。而傳統(tǒng)監(jiān)控產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)往往為保護(hù)大型企事業(yè)單bit的安全，不同程度地使用了凌亂的布線和較大型的硬件，其造價(jià)高昂、安裝繁瑣、操作復(fù)雜，必須有人長(zhǎng)時(shí)間專門值守，且不具備遠(yuǎn)程控制功能。這些缺點(diǎn)使它們很難走進(jìn)中小型工農(nóng)企業(yè)和家庭中。因此開發(fā)一種小型的、模塊化的、無須專人隨時(shí)維護(hù)、能夠方便地使用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作的采集監(jiān)控系統(tǒng)，已成為必然的趨勢(shì)，并擁有巨大的需求[2]。隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)是一個(gè)流行的趨勢(shì)。本文方案是采用ARM核的微控制器LPC2292、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II、明基的GPRS芯片M23和模擬式溫濕度傳感器CHTM-02A相結(jié)合的一種數(shù)采方案。
1 LPC2292、M23和CHT M-02A簡(jiǎn)介
LPC2292是PHILIPS公司生產(chǎn)的一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32 bit ARM7內(nèi)核的微控制器，片內(nèi)帶有16 kB的靜態(tài)RAM和256 kB的高速Flash存儲(chǔ)器，128 bit寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32bit代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。滿足了系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)空間的要求, 不需要擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，減少了系統(tǒng)的能耗以及成本。LPC2292運(yùn)算速度快、精度高、功耗低，且片內(nèi)外設(shè)豐富(如UART、10bitADC、PWM、CAN控制器等)，由于內(nèi)置了寬范圍的具有16B接收FIFO和16 B發(fā)送FIFO，結(jié)構(gòu)及寄存器符合16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串口通信接口，也非常適用于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式modem以及其他各種類型的應(yīng)用[3]。
明基M23是內(nèi)置TCP/IP議協(xié)的900/1800/1900 三頻GPRS模塊。其設(shè)計(jì)及開發(fā)符合ETSI GSM Phase2+標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)送頻率為1 850 MHz～1 910 MHz；接收頻率1 930 MHz～1 990 MHz；工作狀態(tài)溫度范圍為-20℃～+55℃。它具有話音/數(shù)據(jù)/傳真/短信息功能。其中GPRS數(shù)據(jù)特性：GPRS Class4(Class10)代碼為CS1～CS4；短信息服務(wù)功能特性：文字及PDU，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(MT/MO)，小區(qū)廣播[4]。
CHTM-02A是西博臣科技有限公司生產(chǎn)的模擬式溫濕度傳感器，其測(cè)溫元件是LM35，輸出電壓為0～1 V。其濕度敏感元件是高分子濕敏電阻“CHR-01”， 供電電壓為5 V(±5%)，工作溫度范圍為0～60℃，濕度變送范圍為0～100%RH，精度±5%，輸出信號(hào)為0～3 V。該溫濕度傳感器性價(jià)比較高，且使用方便，可廣泛適用于工業(yè)機(jī)械、電氣自動(dòng)化、氣象和農(nóng)業(yè)等行業(yè)[5]。
2硬件設(shè)計(jì)
總體硬件框圖如圖1所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/157821.htm
2.1GPRS接口電路設(shè)計(jì)
M23與LPC2292之間的接口設(shè)計(jì)較易實(shí)現(xiàn)。使用UART1控制GPRS模塊，GPRS所需的+5 V、+12 V電源和地，直接由MCU開發(fā)板提供。M23模塊正常工作需要正確連接GPRS天線。
2.2CHTM-02A溫濕度傳感器接口電路設(shè)計(jì)
LPC2292和 CHTM-02A的接口部分只需要4根線，其中第1根接5V電源；第2根接地；第3根接LPC2292的一路A/D輸入，本設(shè)計(jì)中使用AIN1，即P0.28引腳，測(cè)量環(huán)境濕度；第4根接LPC2292的另一路A/D輸入P0.27，測(cè)量環(huán)境溫度。
3 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可分為數(shù)采終端(測(cè)量節(jié)點(diǎn))和控制中心兩大部分，它們構(gòu)成一個(gè)最基本的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，需要這個(gè)系統(tǒng)可以方便地?cái)U(kuò)容，包括數(shù)采終端的數(shù)量和可采集信息的種類。且每個(gè)數(shù)采終端由其唯一的SIM卡號(hào)區(qū)別身份，組網(wǎng)便利。
本設(shè)計(jì)中控制中心可以是任意一個(gè)GPRS終端，例如手機(jī)或者連接有GPRS終端的電腦。而數(shù)采終端要完成實(shí)現(xiàn)GPRS編程控制、環(huán)境參數(shù)的采集、預(yù)處理等工作。采用常規(guī)的前/后臺(tái)系統(tǒng)(foreground/background)編程極其復(fù)雜，選擇嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II作為軟件系統(tǒng)平臺(tái)，將各個(gè)處理模塊分成單獨(dú)的任務(wù)，能夠較好地完成系統(tǒng)需求[6]。詳細(xì)的移植可參考文獻(xiàn)[6]。在數(shù)采終端軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，涉及到的主要任務(wù)有：LPC2292初始化、GPRS模塊初始化、通信、采集傳感器信息、看門狗等12個(gè)任務(wù)。
3.1 數(shù)采終端主任務(wù)設(shè)計(jì)
數(shù)采終端有兩種工作模式：一是由控制中心控制，數(shù)采終端判斷控制中心GPRS地址(本設(shè)計(jì)由唯一的手機(jī)號(hào)碼確定)和讀取溫濕度值，在數(shù)采終端與控制中心建立鏈接之后，數(shù)采終端將適時(shí)地通過無線網(wǎng)絡(luò)把溫濕度數(shù)據(jù)信息傳輸給控制中心。數(shù)采終端在整個(gè)系統(tǒng)中起到一個(gè)采集、預(yù)處理數(shù)據(jù)和發(fā)送的作用。實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SIM卡上存有過多短信息時(shí)，會(huì)干擾系統(tǒng)正常通信。故程序中在判斷完每個(gè)新收到的短信后將其刪除。二是定時(shí)發(fā)送節(jié)點(diǎn)信息，此模式相對(duì)簡(jiǎn)單一些。下面主要分析第一種工作模式。
評(píng)論