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基于LPC2292和μC/OS-II的無線數據采集系統(tǒng)設計

作者: 時間:2009-10-13 來源:網絡 收藏
的應用范圍非常廣泛,涉及電力、水利、交通和安防等行業(yè)。通用分組業(yè)務GPRS(General Packet Radio Service),由Nokia、Ericsson等公司開發(fā)。該技術建立在GSM網絡的基礎上,被稱為2.5代移動通信技術,它將通信與Internet緊密結合,是一種先進的、全新的無線網絡承載手段,具有獨特優(yōu)勢。隨著GPRS技術在移動通信領域的發(fā)展,為傳輸及監(jiān)控提供了一種新的高性價比的數據通信方案[1-2]。
  同時,嵌入式以其高效的開發(fā)、低廉的成本、方便的使用和維護等優(yōu)點受到信息業(yè)界的廣泛推崇。嵌入式在工農業(yè)控制領域主要用于對現場的監(jiān)視和控制。而傳統(tǒng)監(jiān)控產品的目標往往為保護大型企事業(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,其造價高昂、安裝繁瑣、操作復雜,必須有人長時間專門值守,且不具備遠程控制功能。這些缺點使它們很難走進中小型工農企業(yè)和家庭中。因此開發(fā)一種小型的、模塊化的、無須專人隨時維護、能夠方便地使用無線網絡進行操作的采集監(jiān)控系統(tǒng),已成為必然的趨勢,并擁有巨大的需求[2]。隨著系統(tǒng)復雜度的提高,應用嵌入式操作系統(tǒng)是一個流行的趨勢。本文方案是采用ARM核的微控制器、嵌入式實時操作系統(tǒng)μ、明基的GPRS芯片M23和模擬式溫濕度傳感器CHTM-02A相結合的一種數采方案。
1 、M23和CHT M-02A簡介
  是PHILIPS公司生產的一個支持實時仿真和跟蹤的32 bit ARM7內核的微控制器,片內帶有16 kB的靜態(tài)RAM和256 kB的高速Flash存儲器,128 bit寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32bit代碼能夠在最大時鐘速率下運行。滿足了系統(tǒng)對存儲空間的要求, 不需要擴展存儲空間,減少了系統(tǒng)的能耗以及成本。LPC2292運算速度快、精度高、功耗低,且片內外設豐富(如UART、10bitADC、PWM、CAN控制器等),由于內置了寬范圍的具有16B接收FIFO和16 B發(fā)送FIFO,結構及寄存器符合16C550工業(yè)標準串口通信接口,也非常適用于通信網關、協(xié)議、嵌入式modem以及其他各種類型的應用[3]。
  明基M23是內置TCP/IP議協(xié)的900/1800/1900 三頻GPRS模塊。其及開發(fā)符合ETSI GSM Phase2+標準。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/數據/傳真/短信息功能。其中GPRS數據特性:GPRS Class4(Class10)代碼為CS1~CS4;短信息服務功能特性:文字及PDU,點對點(MT/MO),小區(qū)廣播[4]。
  CHTM-02A是西博臣科技有限公司生產的模擬式溫濕度傳感器,其測溫元件是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%,輸出信號為0~3 V。該溫濕度傳感器性價比較高,且使用方便,可廣泛適用于工業(yè)機械、電氣自動化、氣象和農業(yè)等行業(yè)[5]。
2硬件
  總體硬件框圖如圖1所示。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/157821.htm


2.1GPRS接口電路設計
  M23與LPC2292之間的接口設計較易實現。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計
  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,本設計中使用AIN1,即P0.28引腳,測量環(huán)境濕度;第4根接LPC2292的另一路A/D輸入P0.27,測量環(huán)境溫度。
3 軟件設計
  本系統(tǒng)軟件設計可分為數采終端(測量節(jié)點)和控制中心兩大部分,它們構成一個最基本的點對點網絡。當然,需要這個系統(tǒng)可以方便地擴容,包括數采終端的數量和可采集信息的種類。且每個數采終端由其唯一的SIM卡號區(qū)別身份,組網便利。
  本設計中控制中心可以是任意一個GPRS終端,例如手機或者連接有GPRS終端的電腦。而數采終端要完成實現GPRS編程控制、環(huán)境參數的采集、預處理等工作。采用常規(guī)的前/后臺系統(tǒng)(foreground/background)編程極其復雜,選擇嵌入式實時操作系統(tǒng)μ作為軟件系統(tǒng)平臺,將各個處理模塊分成單獨的任務,能夠較好地完成系統(tǒng)需求[6]。詳細的移植可參考文獻[6]。在數采終端軟件系統(tǒng)設計中,涉及到的主要任務有:LPC2292初始化、GPRS模塊初始化、通信、采集傳感器信息、看門狗等12個任務。
3.1 數采終端主任務設計
  數采終端有兩種工作模式:一是由控制中心控制,數采終端判斷控制中心GPRS地址(本設計由唯一的手機號碼確定)和讀取溫濕度值,在數采終端與控制中心建立鏈接之后,數采終端將適時地通過無線網絡把溫濕度數據信息傳輸給控制中心。數采終端在整個系統(tǒng)中起到一個采集、預處理數據和發(fā)送的作用。實際測試發(fā)現,當SIM卡上存有過多短信息時,會干擾系統(tǒng)正常通信。故程序中在判斷完每個新收到的短信后將其刪除。二是定時發(fā)送節(jié)點信息,此模式相對簡單一些。下面主要分析第一種工作模式。


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