基于μC／OS―II操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)

摘要：為了滿足自動灌溉施肥的要求，開發(fā)了一款數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。以ARM處理器為核心，設計了數(shù)據(jù)采集和控制模塊。各模塊之間通過485總線連接，采用標準的MODBUS協(xié)議通信。根據(jù)系統(tǒng)軟硬件環(huán)境定制了μC／OS―II操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了多任務的有效調度，大容量的數(shù)據(jù)存儲以及遠程網(wǎng)絡訪問。此系統(tǒng)已經(jīng)應用于灌溉施肥的控制，并且能夠根據(jù)用戶的設置很好的完成施肥任務。
關鍵詞：數(shù)據(jù)采集；ARM；RS485；Modbus；C／OS―II；文件系統(tǒng)

O 引言
隨著計算機技術、電子技術和控制技術的發(fā)展，智能化、自動化、精確化的灌溉和施肥技術正逐漸取代傳統(tǒng)的灌溉方式。在施肥過程中，需要在線檢測肥料溶液的酸堿度和電導率以及灌溉壓力、管道流量等，然后根據(jù)這些參數(shù)來控制電磁閥和水泵的運行達到自動灌溉施肥的目的。目前，常用的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)都是為某一實際應用而設計的，通用性和可擴展性差、數(shù)據(jù)存儲能力不足，價格昂貴。因此基于周立功公司的ARM7核心板設計了一種通用的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，并且已經(jīng)應用到自動灌溉施肥系統(tǒng)中，能夠滿足穩(wěn)定性，實時性以及大容量的數(shù)據(jù)存儲的要求。該數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)采用模塊化設計，可以很方便的擴展和剪裁模塊，同時只要對軟件進行少量修改就可以方便的移植到其它應用系統(tǒng)中。

1 系統(tǒng)總體設計
系統(tǒng)總體結構框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用LPC2220工業(yè)級ARM7微控制器，內(nèi)嵌μC／0S―II實時操作系統(tǒng)，支持10M以太網(wǎng)(工業(yè)級)、CF卡接口、USB主機控制器、板載電子硬盤FOB(Flash On Board)、A／D轉換、低功耗RTC等功能。核心模塊與各采集控制模塊之間采用具有光電隔離的RS485通訊接口?；赗S485總線的數(shù)據(jù)采集控制模塊，可實現(xiàn)對電壓、電流、脈沖／頻率、狀態(tài)量等各種類型信號的采集和開關量控制，以滿足設施環(huán)境內(nèi)各種傳感器數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行機構的智能化控制。通過系統(tǒng)硬件擴展和軟件開發(fā)，可完整地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、報警、設備控制、智能管理、報表統(tǒng)計等通用功能，滿足各種設施環(huán)境的智能控制與管理。

2 硬件設計
2．1 MiniARM工控模塊
MiniARM工控模塊主要由LPC2220(ARM7TDMI)微控制器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、工業(yè)級以太網(wǎng)控制器CS8900A、USB Host控制器和NAND F1ash存儲器組成。MiniARM工控模塊接口圖如圖2所示。

同時工控模塊有256M的板載電子盤，一個標準的外置RTC實時時鐘(PCF8563)，2個UART控制器，一路高速I2C總線以及一路高速SPI總線等硬件資源。同時工控模塊內(nèi)嵌μC／OS―II實時操作系統(tǒng)，TCP／IP協(xié)議以及FAT32文件管理系統(tǒng)等。工控模塊上的這些軟硬件資源，可以很方便的實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡訪問，以及大容量的數(shù)據(jù)存儲，滿足我們的需要。
2．2．1 數(shù)據(jù)采集／控制模塊設計
數(shù)據(jù)采集／控制模塊的設計如圖3所示，具有4個輸入或輸出通道，通過單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制，與核心模塊之間通過RS485總線實現(xiàn)通訊，采用光電隔離技術和內(nèi)嵌工業(yè)標準的Modbus協(xié)議，有效增強通訊穩(wěn)定性，通訊距離可延伸至1200米，總線驅動能力可達128個模塊。