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工业领域中嵌入式数据采集系统的设计

作者 :熊春如更新时间:2012-11-5

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现阶段在各工业领域中多数数据采集系统主要采用8位单片机的硬件资源+条形码识别+基于的上下位机的通信方式等模式,存在资源较少、数据可靠性比较差等问题。将RFID技术、ARM技术及Internet技术三者结合应用到工业数据采集领域能从有效地解决上述问题。本文主要就以ARM7 处理器LPC2210 和实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ为基础就如何构建一个基于RFID的嵌入式生产数据采集终端进行介绍。
   2 系统硬件设计
   2.1硬件主体设计
   硬件平台整体结构如图1所示,采用以ARM7 处理器LPC2210为控制核心完成各项功能,还包括存储器、电源、复位、系统JTAG接口、网络接口、人机交互界面、RFID阅读模块电路等几部分电路组成。
        
   图1 数据采集终端结构图
   除了电源、复位、晶振等引脚,LPC2210没有片内FLASH,所以只能使用外部的FLASH保存用户的最终程序。电路设计扩展了4MbitSRAM(IS61LV25616)和16MbitFLASH(SST39VF160)。为了方便程序的调试及最终的代码的固化应用,使用了Bank0和Bank1的地址空间,通过JP701跳线将CS0和CS1分别分配给SRAM或FLASH。在程序调试时,分配SRAM为Bank0地址,因为Bank0可以进行中断向量重新映射操作。当最终代码固化到FLASH时,分配FLASH为Bank0地址,SRAM为Bank1地址,因为Bank0可以用来引导程序的运行。若使用Bank0引导程序的运行,将JP700短接到OUTSIDE端,使系统复位时BOOT1和BOOT0为1。
   本系统使用ARM公司提供的标准20针JTAG调试接口JP800,采用3.3V电源,JTAG接口上的信号nRST和nTRST与终端的复位电路连接(参考复位电路),形成线与的关系,达到共同控制系统复位的目的。
   根据了LPC2210的应用手册说明,在RTCK引脚接一个4.7的下拉电阻,使系统复位后LPC2210内部的JTAG接口使能,这样就可以直接进行JTAG仿真调试了。
   2.2 外围设计
   2.2.1人机交互界面
   本终端设计的是点阵图形液晶模块接口电路,可以直接与SMG240128A点阵图形液晶模块或其他兼容模块连接使用,与LPC2210接口电路按总线对应方式直接连接。。
   采用8位地址总线的方式连接SMG240128A图形液晶模块,该模块没有地址总线,显示地址总线和数据总线均通过DB0~DB7接口实现。由于模块工作电压是5V而LPC2210的I/O口电压是3.3V,所以在总线上串接470Ω的保护电阻。图形液晶模块的C/D与A1连接,是用A1 控制模块处理数据。模块的片选信号由LPC2210的A22和外部存储器Bank3片选CS3相“或”后得到,当A22和nCS3同时为0时,模块被选中,所以其数据操作地址为0X83000000,命令操作地址为0X83000002。
   SMG240128A点阵图形液晶模块内嵌控制器为TOSHIBA公司的T6963C,外部显示存储器为32KB。根据T6963C的手册提供的指令码表对SMG240128A点阵图形液晶模块进行操作就可以显示英文和汉字。
   由于LPC2210接口资源丰富,我们这里采用4行8列的32键行列式键盘。按键的扫描方式采用查询方式,即在程序中对相应I/0口的状态进行查询,确认是否有键按下而执行相应的功能。
   2.2.2 以太网接口电路
   RTL8019AS是一款高度集成的10Mbps嵌入式全双工以太网控制器,支持微软的即插即用,兼容NE2K,支持3种节电模式等特性。LPC2210是总线开发的,所以电路设计为16位总线方式对RTL8019AS进行访问,即数据总线D0~D15与RTL8019AS芯片的SD0~SD15连接,LPC2210上的地址总线A1~A5与RTL8019AS芯片的SA0~SA4连接,总线上串接了470的保护电阻。
另外RTL8019AS芯片工作在跳线模式,其基地址为0X300,所以电路上SA6、SA7、SA10~SA19均接地,SA9接电源。SA8与地址总线的A22相连,SA5与LPC2210的外部存储器Bank3片选CS3相连,当SA8为1,SA5为0时,选中RTL8019AS芯片,即其操作地址为0x83400000~0x83400001F(SA8与地址总线的A22相连,地址是400000,LPC2210上的地址总线A1~A5与RTL8019AS芯片的SA0~SA4连接,地址是1F)。
   RTL8019AS可以完成所有以太网接受和发送数据的功能,对该芯片的操作也完全是通过它自身的寄存器实现的。
   3 软件设计
   3.1 任务的分配和软件系统结构
   本生产数据采集系统终端的软件可分为μC/OS-Ⅱ操作系统和上层应用程序两大部分。主要包括μC/OS-Ⅱ操作系统移植和内核源码裁剪、射频读卡任务、TC/IP通信任务、人机界面管理任务等。设备驱动程序是连接底层硬件和上层接口程序的纽带。对下层它可直接操作硬件,也可通过中断处理程序与硬件通信,对上层则接受上层的请求并执行。用户任务为用户特定应用程序,通过API接口与操作系统通信,并由操作系统根据预先设定的优先级来调度和管理。系统软件可以组织成以下四个层次:中断处理程序(底层);设备驱动程序;与设备无关的I/0操作软件;用户层软件(高层)。
   3.2 系统程序流程
   本生产数据采集系统中终端应用软件按任务进行规划和设计,最关键的几个任务为:系统初始化以及主程序、RFID读写器信息处理任务、TCP/IP通信任务、LC人机界面管理、状态检测和控制。各任务之间通过邮箱和信号量进行相互通信。
   4 结论
   本文主要介绍了基于LPC2210的硬件系统和实时操作系统μC/OS-Ⅱ,包括其原理和设计实现,基本实现了具备一定功能的基于RFID的嵌入式生产数据采集应用系统终端的功能,可以应用于RFID识别领域 职称论文发表网http://www.issncn.com 职称论文发表网http://www.issncn.com

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