【文章內(nèi)容簡介】 D 閃存控制器、 3 路 UART、 4 路 DMA、 4路帶 PWM 的 Timer、并行 I/O 口、 8 路 10 位 ADC、觸摸屏接口、 IIC 接口、 IIS 接口、 2 個(gè)USB 接口控制器、 2 路 SPL，主頻最高可達(dá) 200MHz。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是對 ADC、 鍵盤、液晶顯示 屏 、無線通信模塊的控制 [1]。 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 所示。 G S M / G P R S收 發(fā) 電 路 板 S I M 卡S 3 c 2 4 1 0天 線R S 2 3 2鍵 盤L C D存 儲 器G S M / G P R S收 發(fā) 電 路 板 S I M 卡天 線S 3 c 2 4 1 0R S 2 3 2G P R S / G S M網(wǎng) 絡(luò)數(shù) 據(jù) 采 集傳 感 器 ( 8 路 )執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)圖 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 The construction drawing of hardware system 系統(tǒng)電路原理圖 由于 本設(shè)計(jì)硬件平臺根據(jù)英蓓特公司的 Embest EDUKITIII 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺所設(shè)計(jì)，所以其電路 原理 圖可參考參考文獻(xiàn) 1 第二章第 3 節(jié) (P31~P66)， 設(shè)計(jì)所需要的最小開發(fā)板， 在此不再介紹。 系統(tǒng) GPRS 模塊采用西門子公司生產(chǎn)的 MC35i。 3 各模塊程序設(shè)計(jì) 由于 硬件平臺 采用 英蓓特公司的 Embest EDUKITIII 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺 ，所以該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是軟件的設(shè)計(jì) ， 下面分別介紹 各個(gè)主要 功能模塊的控制程序的設(shè)計(jì) [4]。 異步 串口通信 控制 程序 串口通信程序 的主要包括 初始化與 UART 傳輸相關(guān)的 I/O 口 ， 設(shè)置 UART 相關(guān)控制寄存器 ， 中斷入口函數(shù)設(shè)置 ， 往 串口 發(fā)送數(shù)據(jù) ， 從 串口 讀入數(shù)據(jù) ， 和 從 串口 讀 字符串 等 。 處理器 與 GPRS 模塊間 是 通過 UART 通信的 ， 所以異步串口通信控制程序是該系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)最北京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 7 重要的模塊程序之一 ， 其流程圖如圖 所示。 開 始端 口 初 始 化寄 存 器 設(shè) 置中 斷 入 口 函 數(shù) 設(shè) 置發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ？接 收 數(shù) 據(jù) ？寫 數(shù) 據(jù) 到 發(fā) 送 緩 沖 區(qū)發(fā) 送 緩 沖 區(qū) 空 ？ 接 收 到 數(shù) 據(jù) ？讀 接 收 緩 沖 區(qū) 的 數(shù) 據(jù)延 時(shí)發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 接 收 數(shù) 據(jù)返 回 圖 異步 串口通信程序流程圖 The program flow picture of UART munication LCD 顯示控制程序 LCD 顯示控制程序主要包括 LCD 應(yīng)用初始化函數(shù) ， 漢字顯示 函數(shù) ， 其中前兩個(gè)參數(shù)為顯示 x， y 坐標(biāo)，第三個(gè)參數(shù)表示顯示顏色，第四個(gè)參數(shù)是指向要顯示的漢字的指針； 字符顯示函數(shù) ， 其參數(shù)同漢字顯 示 ； 矩形顯示函數(shù) ， 圖形顯示函數(shù)。 系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理結(jié)果最終要在LCD 上顯示出來， LCD 顯示是人機(jī) 接口 設(shè)計(jì)的重要 內(nèi)容 之一。 LCD 顯示控制程序的流程圖如圖 所示。 開 始端 口 初 始 化寄 存 器 設(shè) 置清 屏漢 字 顯 示L C D 顯 示 打 開字 符 顯 示返 回矩 形 顯 示圖 形 顯 示 圖 LCD 顯示控制 程序流程圖 The program flow picture of LCD display controls 北京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 8 鍵盤控制 程 序 鍵盤控制程序主要是 IIC 通信程序的設(shè)計(jì)，通過控制 ZLG7290 來讀取鍵值。 包括 初始化函數(shù) ， 讀取鍵值函數(shù) ， 字符顯實(shí)函數(shù) （ 用于顯示按鍵值 ） ； 其中初始化函數(shù)主要實(shí) 初始化端口、 IIC 串口通信相關(guān)寄存器設(shè)置、中斷寄存器設(shè)置、中斷入口函數(shù)設(shè)置。 鍵盤也是人機(jī)接口設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，其程序流程圖如圖 所示。 開 始鍵 盤 初 始 化置 標(biāo) 值 位 為 0標(biāo) 值 位 等 于 0 ？返 回Y置 標(biāo) 志 位 為 0讀 鍵 值鍵 值 等 于 0 ？Y鍵 值 轉(zhuǎn) 換 按 下 退 出 鍵 ？ L C D 顯 示 系 統(tǒng) 退 出Y在 L C D 上 顯 示按 下 的 鍵 值NNN圖 鍵盤控制程序 流程圖 The program flow picture of keyboard controls ADC 數(shù) 據(jù)采集 控制程序 ADC 控制程序 是為了掌握 S3C2410 處理器的 A/D轉(zhuǎn)換功能 ，利用 S3C2410 集成的 A/D轉(zhuǎn)換模塊，把分壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并送數(shù)碼管顯示。 AD 轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的核心程序之一，整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源即來自 AD 轉(zhuǎn)換，它的程序流程圖如圖 所示。 開 始數(shù) 碼 管 初 始 化數(shù) 碼 管 顯 示 全 8A D C 寄 存 器 設(shè) 置啟 動(dòng) A D 轉(zhuǎn) 換讀 A D 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果返 回?cái)?shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換把 數(shù) 據(jù) 送 數(shù) 碼 管 顯 示A D 轉(zhuǎn) 換 完 ？NY 圖 ADC 數(shù)據(jù)采集程序 流程圖 The program flow picture of data acquisition on ADC 北京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 9 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件主要包 括 3 部分：程序代碼、 與軟件相關(guān)的說明文檔以及軟件所處理的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是整個(gè)軟件處理的對象，所以本系統(tǒng)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是從數(shù)據(jù)著手 [5]。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖分析 當(dāng)數(shù)據(jù)在軟件系統(tǒng)中移動(dòng)時(shí)，它將被一系列“變換 ”所修改。數(shù)據(jù)流圖描繪數(shù)據(jù)從輸入移動(dòng)到輸出的過程中所 經(jīng)過 的變化，他沒有任何具體物理部件，只描 述 數(shù)據(jù)在軟件中流動(dòng)和被處理的邏輯過程。 本系統(tǒng)數(shù)據(jù)源點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集終端 AD 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò) (GSM/GPRS)傳給數(shù)據(jù)控制中心上位機(jī) LCD 顯示， LCD 即為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)終點(diǎn)，其基本系統(tǒng)模型如圖 所示。 A D CA D CA D CA D CG P R S 數(shù) 據(jù) 處理 系 統(tǒng)環(huán) 境 參 數(shù)環(huán) 境 參 數(shù)環(huán) 境 參 數(shù)環(huán) 境 參 數(shù) 液 晶 顯 示 器( L C D )環(huán) 境 參 數(shù) 信 息 圖 基于 ARM 的 GPRS 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本系統(tǒng)模型 Total system model on design and implement of GPRS munication depend on ARM 經(jīng)進(jìn)一步分解，可把系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)兩部分。其中數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源點(diǎn)是各采集終端的 AD 轉(zhuǎn)換器，終點(diǎn)是 GSM/GPRS 無線網(wǎng)絡(luò) ，如圖 所示 ；數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)數(shù)據(jù)源點(diǎn)是 GSM/GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)，終點(diǎn)是數(shù)據(jù)中心液晶顯示器 (LCD)，如圖 所示 。即數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)終點(diǎn)通過無線網(wǎng)絡(luò)后變成數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)源點(diǎn) 。 A D C n數(shù) 據(jù) 采 集子 系 統(tǒng) n無 線 網(wǎng) 絡(luò)( G S M / G P R S )環(huán) 境 參 數(shù)S M S /數(shù) 據(jù) 包無 線 網(wǎng) 絡(luò)( G S M / G P R S )數(shù) 據(jù) 中 心子 系 統(tǒng) n液 晶 顯 示 器( L C D )S M S /數(shù) 據(jù) 包環(huán) 境 參 數(shù) 信 息 圖 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)系統(tǒng)模型 The system model of data acquisition subsystem A D C n數(shù) 據(jù) 采 集子 系 統(tǒng) n無 線 網(wǎng) 絡(luò)( G S M / G P R S )環(huán) 境 參 數(shù)S M S /數(shù) 據(jù) 包無 線 網(wǎng) 絡(luò)( G S M / G P R S )數(shù) 據(jù) 中 心子 系 統(tǒng)液 晶 顯 示 器( L C D )S M S /數(shù) 據(jù) 包環(huán) 境 參 數(shù) 信 息 圖 數(shù)據(jù) 中心子系統(tǒng)系統(tǒng)模型 The system model of data central subsystem 北京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 10 下面分別介紹各子系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)流圖。 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖分析 在數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中，環(huán)境參數(shù)經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換后存儲。為了采集數(shù)據(jù)的精確，先采取多次樣值，去除壞值后，再對剩下的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，得出比較精確的環(huán)境參數(shù)?，F(xiàn)在得出的環(huán)境參數(shù)還是原始的整型二進(jìn)制代碼，首先要根據(jù)處理器的 ADC 規(guī)律把二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓值，再根據(jù)傳感器特性把電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度等。在上面工作都完成之后，由于 GPRS 模塊的特性，要把環(huán)境參數(shù)值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的 ASCII 碼，這樣方便傳輸。根據(jù)以上分析，可得出數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖如圖 所示。 A D C nA D轉(zhuǎn) 換環(huán) 境 參 數(shù) 存 儲 數(shù) 組 環(huán) 境 參 數(shù)( 模 擬 量 )環(huán) 境 參 數(shù)( 數(shù) 字 量 、 電 壓 、 整 型 )數(shù) 據(jù)分 析環(huán) 境 參 數(shù)( 數(shù) 字 量 、 電 壓 、 整 型 )數(shù) 據(jù)處 理比 較 精 確 的 電 壓 值( 整 型 )串 口傳 輸環(huán) 境 參 數(shù) 的 對 應(yīng) 值( 浮 點(diǎn) 型 、 A S C I I 碼 )G P R S 模塊 發(fā) 送A S C I I 碼 、 A T 指 令無 線 網(wǎng) 絡(luò)( G S M / G P R S )短 消 息 / 數(shù) 據(jù) 包A S C I I 碼圖 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖 Data flow graph of data acquisition subsystem 對圖中各數(shù)據(jù)流說明： 環(huán)境參數(shù) (模擬量 )：經(jīng)傳感器采集后的環(huán)境參數(shù)，為模擬量的電壓值。 環(huán)境參數(shù) (數(shù)字量、電壓、整型 )：模擬量的電壓值經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換后存儲在寄存器中，此時(shí)的環(huán)境參數(shù)為整型的二進(jìn)制代碼，經(jīng)讀取后存儲。 比較精確的電壓值 (整型 )： AD 轉(zhuǎn)換有可能出現(xiàn)誤差，所以必須進(jìn)行多次采樣，經(jīng)分析后得出比較接近實(shí)際參數(shù)的值。 環(huán)境參數(shù)的對應(yīng)值 (浮點(diǎn)型、 ASCII 碼 )：參數(shù)經(jīng)分析后，還是整型的二進(jìn)制代碼，需要根據(jù)處理器 AD 轉(zhuǎn)換器的參考電壓及位數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型的電壓值，再根據(jù)傳感器的特性轉(zhuǎn)換為對應(yīng)環(huán)境參數(shù)的實(shí)際值。為了方便傳輸和數(shù)據(jù)中心解碼，還要將轉(zhuǎn)換后的值再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 ASCII 碼，方便數(shù)據(jù)的傳輸。 ASCII 碼、 AT 指令： GPRS 模塊采用 AT 指令控制，在數(shù)據(jù)傳輸前，需要先通過 AT 指令進(jìn)行一系列初始化過程，然后再把數(shù)據(jù)的 ASCII 碼通過串口給 GPRS 模塊。 短消息 /數(shù)據(jù)包： GPRS 模塊解析 AT 指令、建立連接后就把環(huán)境參數(shù)值、手機(jī)號碼、發(fā)北京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 11 送時(shí)間等以短消息 (GSM 網(wǎng)絡(luò) )或數(shù)據(jù)包 (GPRS 網(wǎng)絡(luò) )的方式傳送到無線網(wǎng)絡(luò)。 對數(shù)據(jù)流圖中各處理說明： AD 轉(zhuǎn)換：負(fù)責(zé)采集、存儲環(huán)境參數(shù)。 數(shù)據(jù)分析：讀取 AD 轉(zhuǎn)換存儲的參數(shù)，經(jīng)比較除去與實(shí)際情況完全不符或與其他數(shù)據(jù)相差較大的值，再濾波，得出比較精確的參數(shù)，供數(shù)據(jù)處理用。 數(shù)據(jù)處理：取分析后的數(shù)據(jù)，根據(jù)處理器輸入?yún)⒖茧妷?()、 ADC 位數(shù) (10 位 )把二進(jìn)制整型代碼轉(zhuǎn)為電壓值。根據(jù)傳感器的電壓 — 〉環(huán)境參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，求出環(huán)境參數(shù)具體值，再轉(zhuǎn)換為 ASCII 碼，為傳輸做準(zhǔn)備。 串口傳輸： GPRS 模塊與處理器通過串口連接，所有數(shù)據(jù)、指令都是通過串口交換， AT指令是處理器與 GPRS 模塊的軟件接口。 GPRS 模塊發(fā)送： GPRS 模塊解析 AT 指令后，將串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。 數(shù)據(jù)中心 子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖分析 GPRS 模塊接收到無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，首先分析是短消息還是數(shù)據(jù)包。如果是短消息，則采用 PDU/TEXT 解碼分離出短消息數(shù)據(jù)中心號、發(fā)送方手機(jī)號、發(fā)送時(shí)間、發(fā)送內(nèi)容等，經(jīng)處理后提取出有 用的信息，存儲、送 LCD 顯示，必要時(shí)還可發(fā)出報(bào)警信號；如果是 PPP 數(shù)據(jù)包，先提取出數(shù)據(jù)包的協(xié)議域，在取出數(shù)據(jù)報(bào)的信息，采用 PPP 數(shù)據(jù)幀解碼規(guī)則分離出發(fā)送方號碼、環(huán)境參數(shù)內(nèi)容、參數(shù)發(fā)送的時(shí)間 (數(shù)據(jù)包信息域協(xié)議自己規(guī)定 )，經(jīng)處理提取出有用的信息，存儲、送 LCD 顯示，必要時(shí)還可發(fā)出報(bào)警信號。 根據(jù)以上分析，可得出 數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖如圖 所示。 無 線 網(wǎng) 絡(luò)( G S M / G P R S )接 收數(shù) 據(jù)短 消 息 /數(shù) 據(jù) 包分 析數(shù) 據(jù)短 消 息 /數(shù) 據(jù) 包P D U /T E X T解 碼短 消 息處 理存 儲發(fā) 送 號 碼 、消 息 內(nèi) 容 、發(fā) 送 時(shí) 間 　L C D地 點(diǎn)參 數(shù)時(shí) 間P P P數(shù) 據(jù)幀 解碼數(shù) 據(jù) 包手 機(jī) 卡 編 號 、參 數(shù) 內(nèi) 容 、發(fā) 送 時(shí) 間 　顯 示地 點(diǎn)參 數(shù)