数据采集演示平台系统设计与实现.doc
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1、精品论文推荐数据采集演示平台系统设计与实现陈文志 北京邮电大学信息与通信工程学院,北京 (100876) E-mail:摘要: 随着电子科学技术的飞速发展,嵌入式系统以其便捷性、实时性、专业性、可裁 剪性等诸多优点,在生活和生产中得到了越来越多的应用。如今,在大学的教学课程中,嵌入式的设备也已被充分的使用。本文针对数据采集的课程的教学,量身定做了一个数据采集的演示平台。该演示平台是一个基于 ARMT720 处理器和 uC/OS-II 操作系统的嵌入式 系统,它将各种传感器采集到的信号输入到系统中,对其进行处理,然后通过触摸屏和显示 屏对其进行操作,达到演示的效果。本文重点介绍基于 MiniGU
2、I 的演示系统终端设计,并 给出系统结构框图和软件流程图等。该设计已经成功应用于本科的课程教学中,教学效果显 著。关键词:嵌入式系统,uC/OS-II,数据采集,MiniGUI中图分类号:TP2741.引言近年来,信息化、智能化和网络化的大力发展,使得嵌入式系统技术有了广阔的发展空 间,嵌入式系统已经广泛的应用于信息家电、移动通信、工业控制、军事电子等诸多领域。 数据采集演示平台是一个基于嵌入式系统开发的为本科生教学所使用的演示平台,它集成了 图形化界面的交互模式、数据的采集与信息的处理、数据的显示以及数据采集的演示过程。 通过数据采集平台的演示,使得学生对数据采集的过程有了更加感性的认识。该
3、系统设计方 案已经实现,实践证明它在实际的教学过程中达到了其预定目的。2.系统功能及实现方案嵌入式系统由底层硬件,设备驱动、操作系统、应用中间软件以及应用软件组成1。一 个完整的数据采集系统从功能上来划分,可以分为数据的采集,数据的处理以及数据的显示 三个步骤。由于在本科实验教学过程中交互性是一个非常重要的方面,所以本采集平台也要 考虑到整个采集过程以及与用户之间的交互。基于系统功能的要求,系统的实现方案是采用 了 ARM7 的芯片,以及 uC/OS-II 操作系统来管理硬件系统,其中采集部分主要是由常见的 传感器来组成,如温度传感器,湿度传感器,烟雾传感器,另外还有 GPRS 和 GPS 采
4、集模 块。整个的应用的开发是基于 MiniGUI 的图形化界面来实现的。以此而达到与用户的交互 性以及其界面的美观。3.硬件设计与实现本系统设计采用博创公司生产的 EC7202 作为系统的核心板,然后在其外扩展传感器等 设备作为采集系统的采集部分。根据该采集系统的需要,本系统的数据采集部分与主控器的 接口主要是通过 I/O、 A/D、LCD、触摸屏和 UART 接口来实现的。数据采集模块主要是 由 GPRS、GPS、温度传感器、湿度传感器等一些常见的传感器和模块组成的。 具体的系统图 1 如下所示:- 5 -LCDTouchScreenPower Reset JTAG USBARM 7202P
5、rocessorUART0: GPRS UART1: GPS I/O: Temperature I/O: HumidityA/D: Fire, etc.SDRAM8MFLASH16+2M图 1 硬件系统架构图各模块功能及主要器件性能特点如下:3.1 核心板模块EC7202 是博创公司的一款功能强大的微功耗的嵌入式数据采集控制器,具备丰富的外 围接口以及工业级的 ARM7 芯片 7202。其内部的存储模块由一块 2的线性 Flash 和 16M 的非线性 Flash 以及一块的 SDRAM 芯片组成。EC7202 可广泛应用于工程车辆运行参 数控制,电力系统,厂房监控及各种环境监控,在手持设备、
6、自动仪器仪表方面具有强大的 竞争优势。价格低廉,品质优良,可靠性高,是一款微功耗一体化控制器。被监控的参数可 以通过不同的传感器传送到控制器的采集接口,经控制器采用查询或者中断的方法获得 I/O、 A/D、CAN、485、PWM、USB 等接口方式输入,通过简单的计算得到机体运行参数并判断 被监控参数是否在警戒范围内,再由控制器输出接口(如 I/O、D/A 等)输出控制命令。EC7202 的外围接口包括调试接口,A/D,D/A,I/O,USB,CAN,485、232、PS/2 键盘、PWM、 键盘以及 LCD(触摸屏)等丰富接口。3.2 采集系统模块系统采集模块是本设计平台的主要部分,它负责将
7、信号采集到并将采集到的信号传输给 处理器进行分析,然后处理器再将处理后的数据打印到显示模块。本采集平台采用的数据采 集模块主要有 GPRS、GPS 模块,触摸屏,温度传感器,湿度传感器,声音传感器,火焰 传感器等等。下面简单介绍一下几个采集模块及其与处理器间的连接方式。GPS 模块可以将当前模块的地理位置和其运行的速度采集到,然后通过串口 UART1 传 递给处理器,处理器将获的数据进行解析,将其中我们感兴趣的部分给提取出来。如其经纬 度,时间,速度。GPRS 模块可以用来实现用户与采集模块之间的无线通信,只要在 GPRS 模块中插入一张可用的 SIM 卡,用户就可以通过向该卡发送短信来实现无
8、线通信。(这种技术现在已经 广泛的应用于工业上对于野外器件或是机器的管理上。)GPRS 模块将粗糙的原始数据通过 UART0 传输给处理器,然后处理器对其进行 GB 码的转换,再将短信的内容进行提取,最 后显示到输出设备中。温度采集模块采用的是 DS18B20 的传感器,该传感器采用的是 1-wire 技术2。可以测 量从-55 到 +125的温度范围,它是通过 I/O 线接到处理器上去的。火焰传感器采用的是中鸣公司的火焰采集模块,该模块也是采用 3 线技术,其中一条数 据线上电压的高低则显示了火焰的强烈程度。该数据线与处理器的 A/D 接口连接起来。3.3 交互模块显示模块采用的是 640*
9、480 的 LCD 屏,宽大的液晶屏给演示的效果带来了好处。另外 在 LCD 屏上贴有一层触摸屏,用来实现用户与采集平台之间的人机交互。严格来讲,触摸 屏是属于采集模块的部分。4.软件设计与实现本数据采集系统采用 uC/OS-II 操作系统,并在 uC/OS-II 的基础上移植了 MiniGUI,我们 的软件的开发主要工作是针对基于 MiniGUI 上的应用程序的设计和开发。这样一种架构是 因为系统作为数据采集平台的人工交互性以及图形界面的需求还有硬件的条件而决定的。4.1 uC/OS-II 和 MiniGUI 介绍uC/OS-是一个免费的源代码公开的实时嵌入式内核,包含了任务调度、任务管理、
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