一種基于μC/OS-III及STM32的多功能控制器

電動軌道車控制系統一般分為多個子系統，子系統受一個主控器控制。這樣的結構設計繁瑣，編程復雜。采用μC/OS-III操作系統、STM32F103RC微控制器、12864液晶屏、PVC按鍵、無線串口模塊、鋰電池等實現具有人機界面、無線串口功能的總線主控器。該控制器具有人機界面、軌道車主控器、遙控接收器、遙控面板等多種功能，并且能在不同項目中使用。μC/OS-III從官網上下載，文件名為Micrium_uC-Eval-STM32F107_uCOS-III，版本為V1.29.01.00.

1硬件結構

從系統接口看，該控制器具有顯示、按鍵、無線收發(fā)、串口、485總線等接口，作遙控面板時用電池供電，內部具有電池和充電電路。硬件框圖如圖1所示。

圖1中無線串口用模塊實現系統遙控功能，顯示器用并口連接。鍵盤部分有或門電路，可實現按鍵中斷。電源電路中的外部電壓、電池電壓可被控制器測量，當測量得到無外部電壓輸入時，控制器自動切換到遙控面板模式。485總線接口用于和其他子系統通信。

圖1多功能控制器硬件框圖

2系統移植

STM32F1XX固件庫最新版本為V3.5.0.μC/OSIII支持的庫文件版本為V2.1.0.為了μC/OS-III能夠在最新的固件庫上運行，首先用新固件庫替換原有固件庫代碼并改變入口頭文件名，然后有兩處代碼需要作修改。一是芯片時鐘初始化函數，函數名為“BSP_Init”，修改為：




這兩處都是因為原有固件庫需要多條語句才能實現時鐘初始化，新版本提供專門的初始化函數。

3驅動編寫

3.1鍵盤驅動的編寫

μC/OS-III具有任務信號量的功能，該信號量隨著任務的創(chuàng)建而創(chuàng)建。鍵盤驅動有鍵盤掃描任務實現，按鍵觸發(fā)外部中斷，外部中斷發(fā)送任務信號量到鍵盤掃描任務，鍵盤掃描任務掃描鍵盤并把鍵值保持在全局變量中。代碼如下：



3.2液晶顯示器printf函數

液晶顯示器一般是輸入一個字符的編碼和位置然后顯示出來，不能實現字符串格式化顯示。實現printf，首先使用格式化函數“vsnprintf”得到格式化后的字符串，然后該字符串被打印到屏幕上。具體函數如下：



程序中va_list是在C語言中解決變參問題的一組宏，“va_start（v_args，format）；”得到第一個可變參數地址，這樣把自定義的變參傳遞到庫函數的變參中。

函數“LCD12864_print_string（buf_str）；”為自定義函數，因為CH12864液晶屏內的邏輯行和顯示行不同。邏輯行只有兩行，起始地址分別為0x80和0x90，為顯示行的一三行和二四行。在打印字符串時，每打印一顯示行就要重新切換位置，保證顯示是連續(xù)的。

該顯示器顯示中文字符的起始位置只能是偶數地址，奇數地址顯示中文字符會顯示亂碼。

3.3串口接收驅動

在μC/OS-III代碼中有串口接收部分的驅動，但經過測試，當無操作系統的模塊連續(xù)發(fā)送時，該驅動接收出現漏接或亂碼的現象。其原因為該驅動每接收一個字符都要進行一次系統調用，在這個調用過程中發(fā)送的字符無法接收。改變原驅動用信號量同步的辦法，使用消息通信和結束字符判定的方法即可完整接收到無操作系統模塊連續(xù)發(fā)送來的字符串。

需要修改兩個函數，一是中斷接收函數：

該中斷函數把每個字符先保存在數組中，當出現結束字符時發(fā)送消息到接收函數。

二是串口接收函數：

該函數每次接收完成后關中斷，未完成可以掛起并由中斷函數進行連續(xù)接收，保證了接收速度。

4軟件結構

多功能控制器可能作為手控器、遙控接收器、遙控器使用。根據外部電源狀態(tài)和按鍵信號改變程序執(zhí)行的模式來實現一機多用。

作為手控器時，每個用戶界面作為一個任務。每個界面任務需要建立一些子任務協助處理，這些子任務受任務信號量和任務消息控制，當獲得信號量或者消息時任務執(zhí)行，執(zhí)行完成后掛起。子任務根據用戶操作把相關指令發(fā)往系統其他單元，各個單元執(zhí)行多功能控制器的命令并返回用戶需要查看的參數。系統單元一般工作在狀態(tài)機的模式，根據多功能控制器的命令進入不同的運行狀態(tài)。軌道運輸車的電機控制單元就可工作在前進、倒車、停車三種狀態(tài)，這三種狀態(tài)可加上速度參數。電機控制器收到狀態(tài)和參數后自動執(zhí)行并返回電量功率等參數給用戶界面。

作為遙控接收器時，多功能控制器作為一個數據中繼器使用，主要任務是首先從無線串口接收數據，然后核對該數據的確認碼。核對通過則通過485總線發(fā)給系統其他單元，否則丟棄該數據。當系統單元返回數據時，多功能控制器在數據上添加確認碼，然后從無線串口對外發(fā)送。

作為遙控器時，該模式和手控器工作過程大致一樣。不同的是通過無線串口通信，發(fā)射時添加確認碼，接收時核對確認碼。

結語

多功能控制器通信接口多樣，具有人機界面，配有μC/OS-III操作系統，有完善的硬件驅動，可在分布式控制系統中完成多種任務。