通信技術課程設計基于ARM嵌入式系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采系統(tǒng)設計

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1、 課程設計（論文） 課程名稱： 通信技術課程設計 題 目： 基于 ARM 嵌入式系統(tǒng)的 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 院 （系）： 專業(yè)班級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 2011 年 12 月 2 日 西安建筑科技大學課程設計（論文）任務書 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師（簽名）： 一、課程設計（論文）題目 基于ARM嵌入式系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 二、本次課程設計（論文）應達到的目的 設計一個基于ARM嵌入式系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 三、本次課程設計（論文）任務的主要內容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術 參數(shù)、設計要求等） 設計一個基于ARM嵌入式系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)的設計應分為系統(tǒng) 的

2、工作原理、接口原理、軟件和硬件部分。主要包括數(shù)據(jù)采集、接收，硬件接口的設 計等方面。通過這些組成部分的設計，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線采集。 四、應收集的資料及主要參考文獻： 1 李朝青. 無線發(fā)送/接收IC 芯片及其數(shù)據(jù)通信技術選編M . 北京: 北京航空 航天大學出版社,2003. 2 賈愛琴. ADS 774 在煙支重量檢測系統(tǒng)中的應用J . 現(xiàn)代電子技術,2003 (7) :82 284. 3 杜春雷.ARM 體系結構與編程.北京:清華大學出版社,2003.02 4 管耀武 楊宗德. ARM嵌入式無線通信系統(tǒng)開發(fā)實例精講.電子工業(yè)出版社. 2006 五、審核批準意見 教研室主任（簽字） 西安建

3、筑科技大學課程設計(論文) 摘 要 嵌入式系統(tǒng)作為計算機應用的一個新領域，憑借其高穩(wěn)定性，高效率等優(yōu)點越 來越多的應用到各個方面，以嵌入式系統(tǒng)為平臺的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實現(xiàn)高采樣頻率， 高數(shù)據(jù)傳輸速率，并可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速緩存。本課題在嵌入式系統(tǒng)的基礎上， 詳細描述了基于ARM的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件與軟件實現(xiàn)，并給出了一定的實驗 數(shù)據(jù)結果，最后進行對系統(tǒng)進行了調試,對課題進行了總結。 關鍵詞：ARM；S3C2440；嵌入式系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集 西安建筑科技大學課程設計(論文) Abstract Embedded system，as a new area of computer application

4、s，with its high stability，high efficiency can be applied to various fieldsEmbedded system as aplatform for data acquisition Can achieve high sampling frequency，high data transfer rate， and the implementation of data cacheI introducted a ARM-based wireless data acquisition system hardware structure a

5、nd software implementation，given some test data，F(xiàn)inally summarize system characteristics. Keywords：ARM;S3C2440;Embeded System;Data Acquisition 西安建筑科技大學課程設計(論文) 目 錄 一 引言 .1 1.1 課題背景 .1 1.2 相關概念 .2 1.3 課題意義 .2 1.4 報告內容安排 .3 二 嵌入式系統(tǒng)簡介 .4 2.1 嵌入式系統(tǒng)的特點 .4 2.2 嵌入式操作系統(tǒng) .6 三 系統(tǒng)硬件設計 .13 3.1 ARM 處理器簡介 .14 3.2

6、 基于單片機數(shù)據(jù)采集模塊 .15 3.3 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 .16 四 系統(tǒng)軟件設計 .18 4.1 WINCE 應用程序設計 .18 4.2 基于單片機數(shù)據(jù)采集模塊程序設計 .25 4.3 無線收發(fā)模塊程序設計 .27 4.4 上位機應用程序設計 .28 4.5 系統(tǒng)調試 .30 五 總結 .31 參考文獻 .32 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 1 - 一 引 言 1.1 課題背景 伴隨著計算機技術的迅速發(fā)展，工業(yè)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)已由傳統(tǒng) 的測控電路發(fā)展為由微型計算機、接口電路、外部通用設備和工業(yè)生產 對象等組成的現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。但是以微型計算機為核心平臺 的數(shù)據(jù)采集和控制

7、系統(tǒng)也逐漸暴露出許多缺陷：工業(yè)環(huán)境一般條件惡劣， 而微型計算機的防塵、防震等功能較差；體積大，不易攜帶使用；擴展 性差、成本高等。因此，以嵌入式系統(tǒng)為平臺的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就應 運而生了。嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下特點 (1)可靠性高。嵌入式系統(tǒng)大都是芯片等部件，與計算機系統(tǒng)的硬盤、擴 展卡相比，具有防震、防塵優(yōu)點：程序固化在 Flash/ROM 中，不易破壞； 硬件集成度高，使系統(tǒng)整體可靠性大大提高。 (2)體積小。由于高端微型處理器甚至 SOC 的應用，嵌入式系統(tǒng)的體積不 斷減小，直接影響數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的體積，從而形成便攜式系統(tǒng)， 攜帶和使用非常方便。 (3)易擴展、功能強。嵌入式數(shù)據(jù)

8、采集與控制系統(tǒng)很容易擴展出輸入/輸 出(I/O)接口，實現(xiàn)各種功能。 (4)開發(fā)周期短、成本低。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，周期 短、成本低，具有微機工業(yè)控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。 隨著后 PC 時代的到來，現(xiàn)代工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經從傳統(tǒng)電路、微 機模式走進了嵌入式系統(tǒng)模式，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中起著 不可替代的作用。在許多數(shù)據(jù)采集環(huán)境中，我們無法對采集系統(tǒng)進行現(xiàn) 場控制，這就需要我們把需要的數(shù)據(jù)采集并存儲于如 SD(Secure Digital)卡、CF(CompactDigital)卡中。隨著無線通信技術的發(fā)展，遠 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 2 - 距離大數(shù)據(jù)量的

9、數(shù)據(jù)傳輸己成為可能，這樣把先進的無線通信技術應用 到工業(yè)采集控制系統(tǒng)上，可以對系統(tǒng)進行實時的監(jiān)控。 1.2 相關概念 1.2.1 嵌入式系統(tǒng)的概念 所謂嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)，實際上是“嵌入式計算機系統(tǒng)” 的簡稱，它是相對于通用計算機系統(tǒng)而言的。根據(jù)電氣工程師協(xié)會(IEEE) 的定義，嵌入式系統(tǒng)是用來控制或監(jiān)視機器、裝置或工廠等大規(guī)模系統(tǒng) 的設備。這個定義是從應用方面考慮的，國內一般定義為：以應用為中 心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，從而能夠適應實際應用中對 功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 1.2.2 數(shù)據(jù)采集技術的概念 數(shù)據(jù)采集與控制技

10、術是信息科學的重要分支之一，它研究信息數(shù)據(jù) 的采集、存儲、處理以及控制等問題。它是以傳感器信號的測量與處理， 以微計算機等高技術為基礎形成的綜合應用技術，隨著計算機技術在工 業(yè)監(jiān)測、控制和管理等方面的廣泛應用，數(shù)據(jù)采集和控制技術就成為這 些實際應用系統(tǒng)的一個重要組成部分。數(shù)據(jù)采集與控制技術的硬件主要 包括傳感器、采集器、轉換器、顯示器、致動器和計算機等。軟件主要 包括通用軟件和測控軟件等。它們可以根據(jù)實際任務的需要組成不同用 途不同規(guī)模的測控自動化系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可為農業(yè)、工業(yè)、國防和科學 技術實現(xiàn)現(xiàn)代化做出重要貢獻。 1.3 課題意義 在由單片機和微型計算機組成的工業(yè)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，計算

11、 機與計算機、計算機與單片機之間經常需要進行數(shù)據(jù)交換。由于許多數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)都是針對自己特定的應用領域而建立的，因此，數(shù)據(jù)采集與 控制系統(tǒng)的應用范圍就受到很大的限制。而本文基于嵌入式系統(tǒng) ARM 平 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 3 - 臺的設計方法，能夠使數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的應用范圍進一步擴大，具 有較高的通用性，并且在采用實時操作系統(tǒng)后，部分功能的改變只需要 添加或刪除相關的任務代碼，不必對整個系統(tǒng)進行大的改動，在系統(tǒng)的 實時性和可靠性方面也具備了很強的優(yōu)勢。有助于將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)推向于高準確性，高實時性，小型化，智能化的新型發(fā)展平臺。由于 嵌入式操作系統(tǒng)具有可裁剪性和可移植

12、性，又使得本系統(tǒng)具備了功能強 大，性能穩(wěn)定，可視化，接口簡單等特點。憑借嵌入式處理器卓越的數(shù) 據(jù)采集與控制能力，在工業(yè)領域必然有著更為廣闊的應用空間。并同時 本文提出的架構和設計原則對基于嵌入式系統(tǒng)平臺的其他功能模塊的設 計和實現(xiàn)也有一定的指導意義。 1.4 報告內容安排 本文的研究方向是基于 ARM9 的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成數(shù) 據(jù)的采集、存儲和發(fā)送。主要研究內容包括以下幾個方面： 第 l 章 引言 主要介紹課題的研究背景和意義，并對嵌入式系統(tǒng)和數(shù)據(jù) 采集的概念、特點及組成作了闡述，同時對采用嵌入式進行數(shù)據(jù)采集的 優(yōu)點作了闡述。 第 2 章 主要從系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能出發(fā)，對嵌入式操作系

13、統(tǒng)作了介紹。 第 3 章 是系統(tǒng)的硬件設計,對三個部分的功能詳細論述。 第 4 章 是系統(tǒng)的軟件設計，本章詳細論述了四個軟件部分。 第 5 章 總結 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 4 - 二 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)領域越來越廣泛應用已經是不爭的事實，而選擇 合適的嵌入式操作系統(tǒng)是保證整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性的關鍵。 目前市場上的嵌入式操作系統(tǒng)主要有：Wince、Embedded XP、Windows Mobile、Linux、VxWorks、QNX、Palm OS等等。其中Wince是微軟推出一 款功能強大的嵌入式實時操作系統(tǒng)，憑借其高性能，高實時，界面風格 與Windows

14、保持一制等特點，使其廣泛應用于各種智能手提便攜式以及數(shù) 據(jù)采集儀器中。 2.1嵌入式系統(tǒng)的特點 嵌入式系統(tǒng)本身是一個相對模糊的定義。根據(jù)IEEE(國際電機工程師 協(xié)會)的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備運行 的裝置”目前國內一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機 技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、 體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。按照以上定義，嵌入式系統(tǒng)是 指不同于常見計算機系統(tǒng)的一種系統(tǒng)，它不以獨立設備的物理形態(tài)出現(xiàn)， 即它沒有一個統(tǒng)一的外觀，它的部件根據(jù)主體設備以及應用的需要嵌入 在設備的內部，發(fā)揮著運算、處理、存儲以及控制作用。

15、從體系結構上 看，嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、支撐硬件和嵌入式軟件組成。其 中嵌入式處理器通常是單片機或微控制器：硬件通常包括微處理器、存 儲器、外部設備和加端口、圖形控制器等等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟 件(要求實時和多任務操作)和應用程序編程。應用程序控制著系統(tǒng)的運 作和行為，而操作系統(tǒng)控制著應用程序編程與硬件的交互作用。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 5 - 圖1嵌入式系統(tǒng)的層次結構 嵌入式系統(tǒng)和通用的計算機系統(tǒng)相比具有以下幾個重要特點： l：系統(tǒng)內核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資 源相對有限，所以內核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。 2：系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一

16、般沒有系統(tǒng)軟件和應用軟件的明顯區(qū)分，不 管是硬件還是軟件都要高效率的設計，力爭在相同的資源條件下實現(xiàn)更 高的性能。 3：專用性強。嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應用的，嵌入式系統(tǒng)的設計和 開發(fā)必須要考慮特定環(huán)境和系統(tǒng)的要求。而且嵌入式系統(tǒng)將軟件系統(tǒng)、 硬件和具體應用及行業(yè)特點有機的結合在一起，一般要針對硬件進行系 統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 6 - 變化和增減不斷進行修改。 4：為了提高系統(tǒng)的執(zhí)行速度和可靠性，嵌入式系統(tǒng)的軟件一般都固化在 存儲器芯片或單片機中；同時軟件代碼要求高質量和高可靠性。 5：由于嵌入式系統(tǒng)其本身不具備

17、自主開發(fā)能力，即使設計完成以后用戶 通常也是不能對其中的程序功能進行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境 才能進行開發(fā)。 2.2 嵌入式操作系統(tǒng) 2.2.1 嵌入式操作系統(tǒng)的特點 嵌入式操作系統(tǒng)EOS(Embedded Operating System)是一種支持嵌入 式系統(tǒng)應用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)(包括硬件、軟件系統(tǒng))極 為重要的組成部分，通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統(tǒng)內核、 設備驅動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標準化瀏覽器等。嵌入式操作系 統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，如能夠有效管理越來越復雜的系統(tǒng)資 源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅動程序移植和維護中 解脫出來，能夠

18、提供庫函數(shù)、驅動程序、工具集以及應用程序。 嵌入式操作系統(tǒng)EOS是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應用于 工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領域。EOS負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、 調度作，控制、協(xié)調并發(fā)活動；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通 過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能。目前，已推出一些應用比較 成功的EOS產品系列。隨著 Internet技術的發(fā)展、信息家電的普及應用 及EOS的微型化和專業(yè)化，EOS開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強功能 方向發(fā)展。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關依賴性、軟 件固化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。EOS是相對于一般 操作系統(tǒng)而方的，

19、它除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務調度、 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 7 - 同步機制、中斷處理、文件處理等外，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效 性、硬件的相關依賴性、軟件固態(tài)化以及應用的專用性等方面具有較為 突出的特點。其中，其最大的特點就是可定制性，也就是它能夠提供可 配置或可剪裁的內核能和其他功能，可以根據(jù)應用的需要有選擇的提供 或不提供某些功能以減少系統(tǒng)開銷還有以下特點： 可裝卸性。開放性、可伸縮性的體系結構。 強實時性。EOS實時性一般較強，可用于各種設備控制當中。 統(tǒng)一的接口。提供各種設備驅動接口。 操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI，圖形界面，追求易學易用。 提供

20、強大的網絡功能，支持TCP/IP協(xié)議及其它協(xié)議，提供 TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動計算設備 預留接口。 強穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運行就不需要用戶過多的 干預，這就要負責系統(tǒng)管理的EOS具有較強的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的 用戶接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)的調用命令向用戶程序提供 服務。 固化代碼。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件被固化在嵌 入式系統(tǒng)計算機的ROM中。輔助存儲器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此， 嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應該能夠很容易地拆卸，而用各種內存 文件系統(tǒng)。 更好的硬件適應性，也就是良好的移植性。 2.

21、2.2 常用嵌入式操作系統(tǒng) 目前市場上比較成熟的嵌入式操作系統(tǒng)比較多，主要有uc/os- II、PALM OS、Vxworks、LinuX、Wince、EPOC等。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 8 - (1) Palm OS Palm是3Com公司的產品，其操作系統(tǒng)為Palm OS。Palm 是一種32位的嵌入式操作系統(tǒng)。Palm提供了串行通信接口和紅外線傳輸 接口，利用它可以方便地與其它外部設備通信、傳輸數(shù)據(jù)；擁有開放的 OS應用程序接口，開發(fā)商可根據(jù)需要自行開發(fā)所需的應用程序。Palm OS 是一套具有術強開放性的系統(tǒng)，現(xiàn)在有大約數(shù)千種專用為Palm OS編寫的 應用程序，從程序

22、內容上看，小到個人管理、游戲，大到行業(yè)解決方案， Palm OS無所不包。在豐富的軟件支持下，基于Palm OS的掌上電腦功能 得以不斷擴展。 Palm OS是一套專門為掌上電腦開發(fā)的OS。在編寫程序時，Palm O 充分考慮了掌上電腦內存相對較小的情況，因此它只占有非常小的內存。 由于基于Palm OS編寫的應用程序占用的空間也非常小（通常只有幾十 KB），所以，基于Palm OS的掌上電腦（雖然只有幾MB的RAM）可以運行 眾多應用程序。 由于Palm產品的最大特點是使用簡便、機體輕巧，因此決定了Palm OS應具有以下特點。 操作系統(tǒng)的節(jié)能功能。由上掌上電腦要求使用電源盡可能小，因 此在

23、Palm OS的應用程序中，如果沒有事件運行，則系統(tǒng)設備進入半休眠 （doze）的狀態(tài)；如果應用程序停止活動一段時間，則系統(tǒng)自動進入休 眠（sleep）狀態(tài)。 合理的內存管理。Palm的存儲器全部是可讀寫的快速RAM，動態(tài) RAM（Dynamic RAM）類似于PC機上的RAM，它為全局變量和其它不需永久 保存的數(shù)據(jù)提供臨時的存儲空間；存儲RAM（Storage RAM）類似于PC機 上的硬盤，可以永久保存應用程序和數(shù)據(jù)。 Palm OS的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)庫（database）的格式來存儲的。數(shù)據(jù)庫 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 9 - 是由一組記錄（records）和一些數(shù)據(jù)庫頭信息組成

24、的。為保證程序處理 速度和存儲器空間，在處理數(shù)據(jù)的時候，Palm OS不是把數(shù)據(jù)從存儲堆 （Storage Heap）拷貝到動態(tài)堆（Dynamic Heap）后再進行處理，而是 在存儲堆中直接處理。為避免錯誤地調用存儲器地址，Palm OS規(guī)定，這 一切都必須調用其內存管理器里的API來實現(xiàn)。 Palm OS與同步軟件（HotSync）結合可以使掌上電腦與PC機上的信 息實現(xiàn)同步，把臺式同的功能擴展到了掌上電腦。Palm應用范圍相當廣 泛，如：聯(lián)絡及工作表管理、電子郵件及互聯(lián)網通信、銷售人員及組別 自動化等等。Palm外圍硬件也十分豐富，有數(shù)碼相機、GPS接收器、調制 解調器、GSM無線電話、

25、數(shù)碼音頻播放設備、便攜鍵盤、語音記錄器、條 碼掃描、無線尋呼接收器、探測儀。其中Palm與GPS結合的應用，不但可 以作導航定位，還可以結合GPS作氣候的監(jiān)測、地名調查等。 (2) Windows CE Windows CE是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系 統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設備操作。它是精簡的Windows 95。Windows CE的圖形用戶界面相當出色。其中CE中的C代表袖珍 （Compact）、消費（Consumer）、通信能力（Connectivity）和伴侶 （Companion）；E代表電子產品（Electronics）。與Windows 95/98、

26、Windows NT不同的是，Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行 開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖來源于Windows 95/98，但 Windows CE是基于Win32 API重新開發(fā)的、新型的信息設備平臺。 Windows CE具有模塊化、結構化和基于Win32應用程序接口以及與處理器 無關等特點。Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在 Windows CE平臺上可以使用Windows 95/98上的編程工具（如Visual Basic、Visual C+等）、使用同樣的函數(shù)、使用同樣的界面網格，使絕 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 1

27、0 - 大多數(shù)的應用軟件只需簡單的修改和移植就可以在Windows CE平臺上繼 續(xù)使用。 Windows CE的設計目標是：模塊化及可伸縮性、實時性能好，通信 能力強大，支持多種CPU。它的設計可以滿足多種設備的需要，這些設備 包括了工業(yè)控制器、通信集線器以及銷售終端之類的企業(yè)設備，還有像 照相機、電話和家用娛樂器材之類的消費產品。一個典型的基于Windows CE的嵌入系統(tǒng)通常為某個特定用途而設計，并在不聯(lián)機的情況下工作。 它要求所使用的操作系統(tǒng)體積較小，內建有對中斷的響應功能。 Windows CE的特點有： 具有靈活的電源管理功能，包括瞬眠/喚醒模式。 使用了對象存儲（object s

28、tore）技術，包括文件系統(tǒng)、注冊表 及數(shù)據(jù)庫。它還具有很多高性能、高效率的操作系統(tǒng)特 性，包括按需換 頁、共享存儲、交叉處理同步、支持大容量堆等。 擁有良好的通信能力。廣泛支持各種通信硬件，亦支持直接的局 域連接以及撥號連接，并提供與PC、內部網以及Internet的連接，還提 供與Windows 9x/NT的最佳集成和通信。 支持嵌套中斷。允許更高優(yōu)先級別的中斷首先得到響應，而不是 等待低級別的ISR完成。這使得該操作系統(tǒng)具有嵌入式操作系統(tǒng)所要求的 實時性。 更好的線程響應能力。對高級別IST（中斷服務線程）的響應時間 上限的要求更加嚴格，在線程響應能力方面的改進，幫助開發(fā)人員掌握 線程轉

29、換的具體時間，并通過增強的監(jiān)控能力和對硬件的控制能力幫助 他們創(chuàng)建新的嵌入式應用程序。 256個優(yōu)先級別?？梢允归_發(fā)人員在控制嵌入式系統(tǒng)的時序安排方 面有更大的靈活性。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 11 - Windows CE的API是Win32 API的一個子集，支持近1500個Win32 API。有了這些API，足可以編寫任何復雜的應用程序。當然，在Windows CE系統(tǒng)中，所提供的API也可以隨具體應用的需求而定。 在掌上型電腦中，Windows CE包含如下一些重要組件：Pocket Outlook及其組件、語音錄音機、移動頻道、遠程撥號訪問、世界時鐘、 計算器、多種輸入

30、法、GBK字符集、中文TTF字庫、英漢雙向詞典、袖珍 瀏覽器、電子郵件、Pocket Office、系統(tǒng)設置、Windows CE Services 軟件。 (3) Linux Linux是一個類似于Unix的操作系統(tǒng)。它起源于芬蘭一個名為Linus Torvalds的業(yè)余愛好，但是現(xiàn)在已經是最為流行的一款開放源代碼的操 作系統(tǒng)。Linux從1991年問世到現(xiàn)在，短短10年的時間內已發(fā)展成為一個 功能強大、設計完善的操作系統(tǒng)，伴隨網絡技術進步而發(fā)展起來的Linux OS已成為Microsoft公司的DOS和Windows 95/98的強勁對手。Linux系統(tǒng) 不僅能夠運行于PC平臺，還在嵌入式

31、系統(tǒng)方面大放光芒，在各種嵌入式 Linux OS迅速發(fā)展的狀況下，Linux OS逐漸形成了可與Windows CE等EOS 進行抗衡的局面。目前正在開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中，49%的項目選擇Linux 作為嵌入式操作系統(tǒng)。Linux現(xiàn)已成為嵌入式操作的理想選擇。 嵌入式Linux OS的特點： 精簡的內核，性能高、穩(wěn)定，多任務。 適用于不同的CPU，支持多種體系結構，如 X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等。 能夠提供完善的嵌入式GUI以及嵌入式X-Windows。 提供嵌入式瀏覽器、郵件程序、MP3播放器、MPEG播放器、記事本 等應用程序。 西安建筑科技大學課程設計(論文) -

32、12 - 提供完整的開發(fā)工具和SDK，同時提供PC上的開發(fā)版本。 用戶可定制，可提供圖形化的定制和配置工具。 常用嵌入式芯片的驅動集，支持大量的周邊硬件設備，驅動豐富。 針對嵌入式的存儲方案，提供實時版本和完善的嵌入式解決方案。 完善的中文支持，強大的技術支持，完整的文檔。 開放源碼，豐富的軟件資源，廣泛的軟件開發(fā)者的支持，價格低 廉，結構靈活，適用面廣。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 13 - 三 系統(tǒng)硬件設計 整個基于 ARM9 的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件部分主要由三個模塊組成： (1)基于 C8051F920 的數(shù)據(jù)采集模塊； (2)S3C2440 ARM 開發(fā)板； (3)基于 CC

33、2430 的無線通信模塊。 圖 2 系統(tǒng)主要組成模塊 從圖中可以看到在數(shù)據(jù)采集模塊采用了 AD 雙級放大，大大提高了整 個系統(tǒng)的放大倍數(shù)，提高了系統(tǒng)對微弱信號的識別能力。其最大放大倍 數(shù)可達 4096 倍，最大采樣頻率為 4K，完全滿足一般的實驗要求。而在 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 14 - 數(shù)據(jù)傳輸方式上為了克服 ZigBee 協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸速率慢，抗電磁干擾能力 弱的缺點，在 ZigBee 協(xié)議的基礎上還另外添加了一套基于 TCP/IP 協(xié)議 的采用 SOCKET 文件傳輸協(xié)議實現(xiàn)與上位機之間的數(shù)據(jù)文件傳輸。這兩套 數(shù)據(jù)傳輸線路獨立進行的，ZigBee 適用遠距離，低速率，低精度

34、的試驗 場合，而 TCP/IP 協(xié)議適用于要求高速率，高精度、電磁干擾較大的測試 場合。 系統(tǒng)的主要性能指標如下： 1：最大采樣頻率 4Kb/s；最大放大倍數(shù) 4096 倍，最小分辨電壓 10 微伏； 2：無線傳輸速度可達 10kb/s；系統(tǒng)最短響應中斷時間 10ms； 3.1 ARM 處理器簡介 ARM 系列處理囂是英國先進 RISC 機器公司 (AdvancedRISCMaehines，ARM)的產品。ARM 公司是業(yè)界領先的知識產權 供應商，與一般的公司不同，ARM 公司只采用 m 授權的方式允許半導體 公司生產基于 ARM 的處理器產品，提供基于 ARM 處理器內核的系統(tǒng)芯片 解決方案

35、和技術授權，不提供具體的芯片。目前市場上推出的 ARM 處理 多種多樣，主要包括要包括了四個系列：通用微處理器系列、SecurCore 系列、Intel 的 StrongARM、Intel 的 Xscale. 表 1 ARM 系列參數(shù)比較 ARM 系列 微處理器核 特點 ARM7 ARM7TDMI：整數(shù)處理核 ARM7TDMI 處理器的可綜合版本； ARM720T：帶 MMU 的處理器核心， 支持操作系統(tǒng)； ARM7EJ-S：帶有 DSP 和 Jazelle TM 技術，能夠實現(xiàn) Java 加速功 能 馮諾伊曼體系結構； ARMTDMI 是目前應用最廣的微處理器核 ARM720T 帶有 MMU

36、 和 8KB 的指令數(shù)據(jù)混合 cache； ARM7EJ-執(zhí)行 ARMv5TEJ 指令，5 級流水線， 提供 Java 加速指令，沒有存儲器保護。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 15 - ARM9 ARM920T：帶有獨立的 16KB 數(shù)據(jù) 和指令 Cache； ARM922T：帶有獨立的 8 位 KB 數(shù) 據(jù)和指令 Cache； ARM940T包括更小數(shù)據(jù)和指令 Cache 和一個 MPU 基于 ARM9TDMI ，帶 16 位的 Thumb 指令集， 增強代碼密度最多到 35%； 在 0.13m 工藝下最高性能可達到 300MIPS（Dhrystone 2.1 測試標準） ； 集成

37、了數(shù)據(jù)和指令 Chche； 32 位 AMBA 總線接口的 MMU 支持； 可在 0.18m、 0.15m 和 0.13m 工藝的硅 芯片上實現(xiàn)。 3.2基于單片機數(shù)據(jù)采集模塊 由于三星S3C2440處理器內部只包含2個通道的10位AD轉換接口，而 且其最大放大倍數(shù)僅為128倍，無法滿足實際現(xiàn)場要求，因此數(shù)據(jù)采集部 分我采用了基于單片機的AD采集放大模塊，模塊組成如圖3所示。 ARM9EARM926EJ-S：Jazelle 技術， 有 MMU，可配置的數(shù)據(jù)和指令 Cache,TCM 接口； ARM946E-S：可配置的數(shù)據(jù)和 指令 Cache 及 TCM; ARM966E-S：針對要求高性能

38、和低功耗的可預測的指令執(zhí) 行時間的硬實時應用設計 ARM968E-S：最小、功耗最小 的 ARM9E 系列處理器，針對 嵌入式實時應用設計； ARM9E 是針對微控制器、DSP 和 Java 的單處理 器解決方案； ARM Jazelle 技術提供 8 倍的 Java 加速性能 (ARM926EJ-S) ； 5 級整數(shù)流水線； 在 0.13m 工藝下最高性能可達到 300MIPS 可選擇的 向量浮點單元 VFP9 協(xié)處理器指令優(yōu) 秀海浮點性能，對于 3D 圖形加速和實時控制可 達到 215MFLOPS。 高性能的 AHB 總線，帶 MMU 可在 0.18m, 0.15m, 0.13m 工藝的硅

39、芯片上 實現(xiàn)。 ARM10 E ARM1020E：帶 DSP 指令集， 在片調試功能，獨立的 32KB 數(shù)據(jù)和指令 Cache，MMU 支持； ARM1022E：與 ARM1020E 相同， 只是獨立的數(shù)據(jù)和指令 Cache 變?yōu)?16KB； ARM1026EJ-S：同時具有 MPU 和 MMU，可綜合版本； 帶分支預測的 6 級整數(shù)流水線； 在 0.13m 工藝下最高性能可達到 430MIPS 對于 3D 圖形運算和實時控制采用 VFP 協(xié)處理器， 浮點運算性能最高可達 650MFLOPS； 雙 64 位 AMBA 總線接口和 64 位內部總路線接口； 優(yōu)化的緩存結構提高了處理器訪問低速存儲

40、器 的性能； 可在 0.18m, 0.15m, 0.13m 工藝的硅芯片上 實現(xiàn) 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 16 - 數(shù)據(jù)采集模塊主要由包括以下幾個部分： 1：AD轉換與放大部分；該部分采用了AD8231與AD7684雙級放大； 2：SPI 控制與低通濾波部分；SPI 控制部分采用的是 MCP6S21，而低通 濾波部分采用了四階低通濾波芯片 MAX74XX。該芯片的截止頻率可實現(xiàn) 1HZ100KHZ 可調節(jié)控制； 3：基準電壓；通過 CMOS 電路提供了 2V 的直流基準電壓； 4：主控制芯片；主控制芯片采用了小體積封裝的 C805 1F920； DAC7513 AD8231 CM

41、OS 電路 OPA2347 MCP6S21 MAX74XX AD7684 C8051F920 CH1 CH2 CH2 圖 3 數(shù)據(jù)采集模塊主要組成 3.3 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 無線網絡在現(xiàn)代生活中越來越廣泛的應用已經是不爭的事實，而目 前市場上應用比較成熟的無線通信網絡主要包括以下幾種。 1藍牙技術(Bluetooth Technology)； 2WiFi(IEEE 80211)：Wireless Fidelity： 3UWB(U1traWideband)： 4IrDA 技術； 5ZigBee(IEEE 802154)： 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 17 - 表 2 幾種常用無線通信協(xié)

42、議比較 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 18 - 從上表可以看出由于 ZigBee 技術目前應用比較成熟，而且價格十分 低廉，傳輸距離較遠，其 lO-250kb/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率完全滿足一般的試 驗要求，因此無線數(shù)據(jù)傳輸部分我們采用了基于 ZigBee 協(xié)議的無線傳輸 方式。 第四章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)的軟件部分主要分為四個部分，ARM板數(shù)據(jù)顯示與存儲模塊程序 設計，單片機數(shù)據(jù)采集模塊程序設計，無線數(shù)據(jù)模塊程序設計，以及上 位機通信模塊設計，其結構框圖如圖4所示。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 19 - 圖 4 系統(tǒng)程序框圖 4.1 Wince 應用程序設計 RAM 板 Win

43、ce 應用程序設計主要包括：注冊硬件與中斷設置，數(shù)據(jù) 存儲，TCP/IP 設置，數(shù)據(jù)顯示，SPI 總線控制及數(shù)據(jù)傳輸五個部分組成。 4.1.1 注冊硬件與中斷設置 Wince應用程序與硬件層直接進行數(shù)據(jù)交換需要經過操作系統(tǒng)與OEM 層，為了避免編寫比較復雜Wince環(huán)境下的硬件驅動程序，我們采用了硬 件中斷的方式，使得應用程序能夠直接與硬件層進行數(shù)據(jù)交換，從而減 少了大量的工作壓力。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 20 - Wince下硬件中斷程序的流程圖如下圖所示： 初始化中斷 傳遞中斷語句 創(chuàng)建中斷事件 創(chuàng)建中斷服務線程 關中斷并初始化中斷向量 中斷請求 中斷服務程序 圖 5 中斷

44、程序流程圖 為了響應中斷請求，用戶還必須編寫中斷服務程序。為了使系統(tǒng)的 資源得以充分運用，我們采用多線程技術，Wince 下每個進程最多可以 產生 255 個線程，這 255 個線程共享系統(tǒng)提供的 4GB 的虛擬地址空間， 其程序如下： void InitialThread() hThreadRecv=CreateThread(NULL，0，RecvThread，NULL，0，NULL)； hThreadSample=CreateThread(NULL，0，SampleThread，NULL，0，NULL)； 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 21 - HThreadProcess=Cre

45、ateThread(NULL，0，ProcessThread，NULL，0，NU LL)； 中斷登記完成之后，再通過創(chuàng)建匿名事件的方式將中斷請求與中斷 服務程序相關聯(lián)，并讓系統(tǒng)一直處于等待中斷請求的狀態(tài)。其實現(xiàn)程序 如下： hIntrEvent=CreateEvent(NULL，F(xiàn)ALSE，F(xiàn)ALSE，NULL)； WaitForSingleObject(hIntrEvem，INFINITE)； 4.1.2 SPI 總線控制器設置 SPI(Serial Peripheral Interface)是一種串行同步通訊協(xié)議，由 一個主設備和一個或多個從設備組成，主設備啟動一個與從設備的同步 通訊，從

46、而完成數(shù)據(jù)的交換。SPI 接口由 SDI(串行數(shù)據(jù)輸入)，SDO(串行 數(shù)據(jù)輸出)，SCK(串行移位時鐘)，CS(從使能信號)四種信號構成，CS 決 定了唯一的與主設備通信的從設備，如沒有 CS 信號，則只能存在一個從 設備，主設備通過產生移位時鐘來發(fā)起通訊。通訊時，數(shù)據(jù)由 SDO 輸出， SDI 輸入，數(shù)據(jù)在時鐘的上升或下降沿由 SDO 輸出，在緊接著的下降或 上升沿由 SDI 讀入，這樣經過 8/16 次時鐘的改變，完成 8/16 位數(shù)據(jù)的 傳輸。該總線通信基于主-從配置。它有以下 4 個信號： 1：MOSI：主出/從入： 2：MISO：主入/從出； 3：SCK：串行時鐘； 4：SS：從屬

47、選擇； 芯片上“從屬選擇”(slaveselect)的引腳數(shù)決定了可連到總線上 的器件數(shù)量。在 SPI 傳輸中，數(shù)據(jù)是同步進行發(fā)送和接收的。數(shù)據(jù)傳輸 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 22 - 的時鐘基于來自主處理器的時鐘脈沖。 4.1.3 數(shù)據(jù)存儲 Wince支持大部分的MFC函數(shù)，而在MFC下數(shù)據(jù)的存儲可以分為以二進 制文件以及ASC II碼2種形式。MFC下為文件的保存提了多種類如： ofstream類，ifstream類，Cfile類等，而本系統(tǒng)中采用了最為簡單的C 語言的文件操作函數(shù)fopen()， fpData=fopen(“ResidentFlashOriginDat” ,”

48、Wb+”)； 由于ADC轉換收數(shù)據(jù)量較大，而且在傳輸過程中采用單一字節(jié)的傳輸 方式容易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失且傳輸效率不高，為了解決這一問題，我們采用 了堆棧的方式將ADCbuf中的數(shù)據(jù)以固定大小的方式進行打包傳輸。其程 序的流程圖如53所示：在定義類的成員變量時，用于可以根據(jù)需要自 己定義2個內存區(qū)域的大小如：Bufl=new shortBufSize；Buf2=new shortBurSize；本系統(tǒng)的默認大小為4096個字節(jié)即4K的空間，當內存 區(qū)域被填充滿后系統(tǒng)將響應事件自動進行數(shù)據(jù)傳輸。其數(shù)據(jù)保存的流程 圖如圖4-4所示： 圖6 系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)流圖 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 23 -

49、 圖 7 數(shù)據(jù)存儲流程圖 從圖中可以看出，當系統(tǒng)啟動 AD 轉換之后，數(shù)據(jù)將通過 SPI 總線首 先存儲在系統(tǒng) SDRAM 中的塊存儲單元內，當塊存儲單元被填充滿之后， 系統(tǒng)有 2 路的保存方式，假如無 SD 卡時，用戶可選擇將數(shù)據(jù)以 ASC II 碼文本方式保存在 NAND Flash 內。 4.1.4 TCP/IP 協(xié)議設置及數(shù)據(jù)傳輸 TCP/IP協(xié)議是目前計算機互聯(lián)網時代應用最為廣泛的一種數(shù)據(jù)傳輸 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 24 - 協(xié)議之一，它可以實現(xiàn)計算機設備之間無差錯的數(shù)據(jù)傳輸，因此它在數(shù) 據(jù)傳輸過程中是最為可靠的傳輸協(xié)議之一。而目前基于TCP/IP協(xié)議的文 件傳輸協(xié)議

50、和方式主要有：文件傳輸協(xié)議方式(FTP)、遠程拷貝方式(RCP)、 套接字方式(SOCKET)。 本系統(tǒng)為了實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)傳輸，采用的是基于SOCKET的文件 傳輸協(xié)議，其程序流程圖如圖8所示。 圖 8 文件傳輸流程圖 本程序主要是實現(xiàn) ARM 板與上位機之間數(shù)據(jù)以二進制文件的形式進 行傳輸，AD 轉換結束之后，保存在 NAND Flash 上的數(shù)據(jù)轉換結果才能 實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。為了滿足與上位機之間全雙工的通信，采用了 2 個不同 的線程和 2 個套接字信息來完成與上位機之間的通信。其程序如下所示 接收端信息 sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM，O)； 西安

51、建筑科技大學課程設計(論文) - 25 - addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY)； addrSrv.sin_family=AF_INET； addrSrv.sin_port=htons(10240)； 發(fā)送端信息 sockSend=socket(AF_INET,SOCK_STREAM，O)； addrSend.sin_family=AF_INET； addrSend.sin_port=htons(10240)； 4.1.5 多線程以及線程之間的同步 Wince 是一種基于多任務、多線程的操作系統(tǒng)，在 Wince 內的一個 進程內可以包含一

52、個或多個線程。與此同時 32 位 Wince 環(huán)境下的 API 以 及 MFC 庫提供了多線程應用程序開發(fā)所需要的接口函數(shù)，利用 vc 中提供 的標準 C 庫也可以開發(fā)多線程應用程序，用戶在開發(fā)時可根據(jù)應用程序 的需要和特點選擇相應的工具。由于本系統(tǒng)中任務較多，采用多線程技 術可以充分利用系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)工作效率，系統(tǒng)線程之問的關系如 圖 9 所表示。 SPI 傳輸線程 數(shù)據(jù)保存線程 TCP/IP 發(fā)送 TCP/IP 接受 數(shù)據(jù)顯示 無線模塊 SPI 數(shù)據(jù)傳輸 最高優(yōu)先級 第二優(yōu)先級 臨界區(qū) ADCbuf 同等優(yōu)先級 圖 9 程序模塊之間并線程之間的關系 從圖中我們可以看到，為了保證系統(tǒng)的正

53、常運行，先將 SPI 數(shù)據(jù)傳 輸?shù)木€程設簧為優(yōu)先級最高的線程，系統(tǒng)將首先執(zhí)行該線程，當 SPI 有 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 26 - 數(shù)據(jù)接收之后，我們將數(shù)據(jù)首先保存起來，之后其他線程同步執(zhí)行，為 了保證后面各個線程之間不發(fā)生互斥現(xiàn)象，我們將從 SPI 總線讀取的 ADCBuf 中的值設置成臨界區(qū)，只允許一個線程調用。 4.2 基于單片機數(shù)據(jù)采集模塊程序設計 本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊采用的是基于 C8051F920 的單片機為核心，數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)的軟件采用 Keil C 語言編寫, 在實際應用時 ,當上電后該系 統(tǒng)處于等待狀態(tài)，當接到 PC 機的啟動命令后,進行數(shù)據(jù)采集、并把數(shù)據(jù) 發(fā)送

54、給 PC 機；在測量任務完成后，PC 機向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送結束指令； 當系統(tǒng)接收到 PC 機的結束指令后，系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)停止采集數(shù)據(jù)。其 系統(tǒng)的程序框圖如下圖 10 所示。 開始 啟動數(shù)據(jù)采集 發(fā)送數(shù)據(jù) 采集數(shù)據(jù) 結束數(shù)據(jù)采集 結束 圖 10 單片機數(shù)據(jù)采集程序流程圖 系統(tǒng)的程序結構如下: # include # include void sys_init (void )_task_0 init() ； /系統(tǒng)初始化 RxPacket()； /接收啟動數(shù)據(jù)采集指令 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 27 - Os_create_task(1) ； /啟動任務 1 Os_create_ta

55、sk(2) ； /啟動任務 2 Os_create_task(3) ； /啟動任務 3 Os_create_task(8) ； /啟動任務 8 Os_create_task(9) ； /啟動任務 9 Os_delete_task(0) ； /去掉任務 0 void recv1(void)_task_1 while(1) adc0() ； /采集傳感器 1 數(shù)據(jù) TxPacket() ； /發(fā)送采集數(shù)據(jù) void recv2(void)_task_2 while(1) adc1() ； /采集傳感器 2 數(shù)據(jù) TxPacket() ； /發(fā)送采集數(shù)據(jù) void recv7(void)_task_

56、8 while 1 adc7() ； /采集傳感器 8 數(shù)據(jù) TxPacket() ； /發(fā)送采集數(shù)據(jù) void recv8(void)_task_9 while 1 RxPacket1() ； /接收數(shù)據(jù)指令并判斷數(shù)據(jù)內容 ,如為結束令 /系統(tǒng)進入休眠 ,否則繼續(xù) 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 28 - 其中 MCP6S21 與 C8051F920 之間采用的 SPI 數(shù)據(jù)總線以一個字節(jié)為 單位進行數(shù)據(jù)傳輸，最大的傳輸速度可達到 34K/S，有效的保證了數(shù)據(jù) 傳輸速度。 4.3 無線收發(fā)模塊程序設計 系統(tǒng)無線收發(fā)模塊采用的是高性能低功耗的 CC2430 無線通信模塊， 在進行無線數(shù)據(jù)

57、收發(fā)前，需要對相應的收發(fā)寄存器做一些配置。緩沖發(fā) 送模式：使用 IEEE 802.15.4 媒介訪問控制層數(shù)字格式和短地址發(fā)送一 個信息包。啟用發(fā)送，當信道評估顯示信道空閑時，啟用校準后發(fā)送； 當沒有字節(jié)寫入時，TXFIFO 緩沖器發(fā)出下溢指示狀態(tài)位和下溢脈沖，發(fā) 送自動停止CTRLl.TX MODE=0；STXON”啟動發(fā)送；STXONCCA 信道估 計顯示信道空閑，啟動校準后發(fā)送；SFLUSHTX 當沒有字節(jié)寫入時， TXFIFO 緩沖器發(fā)出下溢脈沖：TXCTL=0XAOFF 發(fā)射最大電流為 1.72mA。 緩沖接收模式：先啟用信息包接收和 FIFO 中斷，通過 FIFO 中斷服 務程序接

58、收信息包，其中 RXFIFO 緩沖溢出和不合法信息包都由中斷服務 程序處理，信息包接收采用 CC2430 自動應答。寄存器設置如下 “DMCTRL1.RX_MODE=0,SRXON”啟動接收；SFLUSHRXRXFIFO 緩沖器溢出。 復位調解器；RXCTRL0=0X12E5 低噪聲放大增益等。 其程序的流程圖如圖 11 所示 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 29 - 圖 11 ZigBee 數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖 4.4 上位機應用程序設計 系統(tǒng)與上位機的通信采用的基于TCP/IP協(xié)議，該協(xié)議可實現(xiàn)設備間 無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。上位機的處理程序采用的編程工具為Delphi7，它為 用戶提供了大量的

59、可視化控件，其編譯器可以產生十分高效的機器代碼， 極大的提高了程序的運行效率，而且十分嚴謹簡潔的Pascal語言為編程 人員提供了很大的幫助。 上位機程序主要包括系統(tǒng)硬件識別，網絡連接，數(shù)據(jù)傳輸，以及數(shù) 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 30 - 據(jù)圖像顯示與保存五個部分組成。由于下位機采用的是基于嵌入式的 Wince操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)下應用程序均采用C語言描述，因此上位機基于 Pascal語言的應用程序與下位機的程序存在一定的兼容性的問題，為此 需要尋找一種標準的基于標準TCPIP協(xié)議的轉換控件來實現(xiàn)與下位機的 有效通信。系統(tǒng)流程圖如圖12所示： 圖 12 上位機程序流程圖 從流程圖可以看

60、出，由于本系統(tǒng)與上位機通信采用了 2 套獨立的通 信協(xié)議，當系統(tǒng)識別存在 ZigBee 無線通信協(xié)議時，系統(tǒng)將首先采用 ZigBee 協(xié)議進行文件傳輸，假如系統(tǒng) ZigBee 連接失敗后，用戶可通過 系統(tǒng)配置選項中傳輸方式一欄中選擇通過 TCP/IP 協(xié)議進行文件傳輸。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 31 - 4.5 系統(tǒng)調試 系統(tǒng)由三個相對獨立的模塊組成，因此系統(tǒng)的調試工作首先也為各 個部件的調試。調試的主要目的是驗證各個模塊能否工作、能否按預定 功能工作、工作性能能否達到要求、系統(tǒng)是否穩(wěn)定等。調試主要為以下 幾個方面的內容： 1確保采集模塊轉換精度達到預期設定要求，確保應變采集模塊

61、與 ARM開發(fā)板之間通信有效暢通，保證數(shù)據(jù)傳輸準確。 2確保ARM板Wince下應用程序準確有效，系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性， 保證開發(fā)板與應變采集模塊之間SPI通信準確。 3確保無線模塊與各個監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和穩(wěn)定性。主要 檢查監(jiān)測節(jié)點是否按照預定協(xié)議正確的傳輸數(shù)據(jù)。 4對調試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時分析和解決，優(yōu)化系統(tǒng)設計。 系統(tǒng)的調試方法：系統(tǒng)的調試工作主要是通過現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并與 其他類型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集之后的數(shù)據(jù)進行對比測試試驗才檢驗系統(tǒng) 的準確性。而數(shù)據(jù)采集模塊與無線通信模塊之間的調試采用的是一主加 一從的方式，這種方式可以簡單而直觀的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場應用之間存在的問題。 由于本系統(tǒng)的研究

62、過程中運用了大量的程序編程，而編程的調試手段主 要是通過設置斷點、進行單步調試、查看指定的特殊功能寄存器中的值 等。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 32 - 五 總結 課題介紹了嵌入式系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集與處理領域的發(fā)展情況，并對嵌 入式系統(tǒng)的開發(fā)以及Wince操作系統(tǒng)進行了簡單的介紹，系統(tǒng)硬件部分詳 細介紹了整個系統(tǒng)的實現(xiàn)原理與功能框架，基于單片機的采集卡和無線 數(shù)據(jù)發(fā)送電路。在軟件實現(xiàn)部分，主要介紹了四個部分，ARM板數(shù)據(jù)顯示 與存儲模塊程序設計，單片機數(shù)據(jù)采集模塊程序設計，無線數(shù)據(jù)模塊程 序設計，以及上位機通信模塊設計并且提供了系統(tǒng)與上位機通信的實現(xiàn) 過程。基于嵌入式系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采集

63、系統(tǒng)，利用嵌入式實時操作系統(tǒng) 的可裁剪性、可移植和多任務等特點，不僅可以有效的提高了高精度數(shù) 據(jù)采集的性能，而且可以有效的提高整個系統(tǒng)的抗干擾性與實時性。 西安建筑科技大學課程設計(論文) - 33 - 參考文獻 1 李朝青. 無線發(fā)送/接收IC 芯片及其數(shù)據(jù)通信技術選編M . 北京: 北京航空航天大學出版社,2003. 2 賈愛琴. ADS 774 在煙支重量檢測系統(tǒng)中的應用J . 現(xiàn)代電子技 術,2003 (7) 3 杜春雷.ARM 體系結構與編程.北京:清華大學出版社,2003.02 4 管耀武 楊宗德. ARM 嵌入式無線通信系統(tǒng)開發(fā)實例精講 .電子工 業(yè)出版社. 2006 5桑楠，嵌入式系統(tǒng)原理與應用開發(fā)技術，北京航空航天大學出版社， 2002. 6 謝希仁計算機網絡(第三版) 電子工業(yè)出版社 2000年 7 曹巧媛.單片機原理及應用M.北京：電子工業(yè)出版社，1996 8 何宗鍵，Windows CE嵌入式系統(tǒng)，北京，北京航空航天大學出版社， 2006，9 9 顧瑞紅,張宏科.基于ZigBee的無線網絡技術及其應用J.網絡通信 世界,2005 10 靳其兵.單片機數(shù)據(jù)采集卡及其實時多任務機制的實現(xiàn)J.自動化 儀表，2002 11 肖忠祥.數(shù)據(jù)采集原理M.陜西:西北工業(yè)大學出版社,2001 12 王田苗.嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)M.北京:清華大學出版社, 2002