【正文】 口，剩下的一個(gè)留作擴(kuò)展接口。SD卡就是SeeureDigitalCard，安全數(shù)碼卡。由松下公司，東芝公司和美國(guó)sANDIsK公司共同開發(fā)研制的，具有大容量、高性能、安全等多種特點(diǎn)的多功能存儲(chǔ)卡。它比MMC卡多了一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)著作權(quán)保護(hù)的暗號(hào)認(rèn)證功能(SDMI規(guī)格)。主要用于松下數(shù)碼攝像機(jī)、照相機(jī)，佳能和夏普攝像機(jī)、柯達(dá)、美能達(dá)、卡西歐數(shù)碼相機(jī)等廠家使用。，比MMC卡略厚一點(diǎn)容量則要大許多，已經(jīng)生產(chǎn)出ZG的容量[27]。此卡的讀寫速度比MMe卡要快4倍，達(dá)ZMB/秒。同時(shí)兼容MMe卡，sD卡的插口大多支持MMC卡。SD卡最大的特點(diǎn)就是通過(guò)加密功能，可以保證數(shù)據(jù)資料的安全保密。它還具備版權(quán)保護(hù)技術(shù)，所采用的版權(quán)保護(hù)技術(shù)是DvD中使用的CPRM技術(shù)(可刻錄介質(zhì)內(nèi)容保護(hù))。由于S3C24lO芯片內(nèi)部集成了SD驅(qū)動(dòng)電路，可方便地對(duì)SD卡進(jìn)行擴(kuò)展，以擴(kuò)展系統(tǒng)的非易失存儲(chǔ)空間。SD總線信號(hào)定義如下:(1)CLK:時(shí)鐘信號(hào)。(2)CMD:命令/響應(yīng)信號(hào)。(3)DATO一DAT3:雙向數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)。(4)VDD，VSSI，VSSZ:電源和地信號(hào)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)SD卡接口的初衷是增加區(qū)域采集控制系統(tǒng)的本地存儲(chǔ)能力，這樣可以根據(jù)需要將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行本地備份，以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展能力。，是SD卡接口原理圖。以太網(wǎng)接口的最主要功能是通過(guò)該接口下載操作系統(tǒng)鏡像。另外本文雖然主要使用無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)，但是并不僅僅局限于使用無(wú)線通信技術(shù)。有線傳輸也有它的優(yōu)點(diǎn)，比如說(shuō)傳輸更可靠，通信費(fèi)用更低等?？紤]到ARM處理器和嵌入式操作系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，本系統(tǒng)在擴(kuò)展版上擴(kuò)展了以太網(wǎng)接口。這樣一來(lái)，相當(dāng)于給區(qū)域采集控制系統(tǒng)增加了一塊網(wǎng)卡，當(dāng)用戶需要的時(shí)候可以使用局域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，增加了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。本文以CS89OOA芯片作為核心，通過(guò)芯片引腳和地址總線以及數(shù)據(jù)總線的連接，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)接口擴(kuò)展模塊。cs890oA是 cimisLogic公司生產(chǎn)的低功耗、性能優(yōu)越的16位以太網(wǎng)控制器，功能強(qiáng)大。該芯片的突出特點(diǎn)是使用靈活，其物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過(guò)內(nèi)部寄存器的設(shè)置來(lái)適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。，是本系統(tǒng)以太網(wǎng)接口原理圖。數(shù)據(jù)采集電路板作為數(shù)據(jù)采集終端的重要組成部分，主要功能在于接收服務(wù)器指令，測(cè)試通信狀態(tài)或者采集傳感器數(shù)據(jù)，然后對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，再將有效數(shù)據(jù)發(fā)送至區(qū)域采集控制系統(tǒng)。下面，本文詳細(xì)介紹整個(gè)數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)思想。在本文設(shè)計(jì)的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，除了要用到高端的犯位微處理器構(gòu)建系統(tǒng)核心結(jié)點(diǎn)之外，系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)大量的數(shù)據(jù)采集電路板。這些采集節(jié)點(diǎn)對(duì)處理器性能要求不高，但是對(duì)于可靠性、系統(tǒng)成本和功耗有較大的要求。因此，本文采用了TI公司的16位微處理器 MSP43O149作為通信節(jié)點(diǎn)的核心。下面本文簡(jiǎn)單介紹一下MSP43O系列微處理器的特點(diǎn)，從中也可以看出數(shù)據(jù)采集電路板的一些性能指標(biāo)。在運(yùn)算速度方面，MSP430系列單片機(jī)能在SMHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)125us的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、125us的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實(shí)現(xiàn)乘加)相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法(如FFT等 )[281。MsP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只需6us。其主要特性如下:(l)超低功耗:MSP430系列單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP43O系列單片機(jī)的。因而可使其在IMHZ的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電。其次，獨(dú)特的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在MSP43O系列中有兩種不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng):基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)(FLL和FLL+)時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器(32768Hz)，有的使用兩個(gè)晶體振蕩器(一個(gè)為32768Hz，另一個(gè)為高頻振蕩器)。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能模塊所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式(AM)和五種低功耗模式(LPMO一LPM4)。在等待方式下，在節(jié)電方式下，最低。系統(tǒng)工作穩(wěn)定，上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作。如果程序跑飛，可一用看門狗將其復(fù)位。(2)豐富的片上外圍模塊:MSP43O系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗(WDT)、模擬比較器A、定時(shí)器A(TimerA)、定時(shí)器B(TimerB)、串口0、l(USARTO、USRATI)、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、14位Aoe(Aoel4)、12位nAe、IZe總線、直接數(shù)據(jù)存取(nMA)、端口。(Po)、端口1一6(Pl一P6)、基本定時(shí)器(BasicTimer)等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位。模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可以設(shè)計(jì)為刀D轉(zhuǎn)換器。16位定時(shí)器(TimerA和TimerB)具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等。有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)的串行通信接口，可方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用。具有較多的并行端口，最多達(dá) 6XS條FO口線。Pl、PZ端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入。12/14位硬件刀D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)ZookbPs，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)160段。實(shí)現(xiàn)兩路的12位D/A轉(zhuǎn)換。硬件IZc串行總線接口，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展。以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸(DMA)模塊。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。(3)方便高效的開發(fā)環(huán)境:目前MSP430系列單片機(jī)有OTP型、Flash型和ROM型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對(duì)于OTP型和ROM型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后再燒寫或掩膜芯片。對(duì)于Flash型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的Flash存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到Flash內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺(tái)PC機(jī)和一個(gè)JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和c語(yǔ)言[z9]。(4)適應(yīng)工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境:MSP430系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為一40℃一+85℃，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合運(yùn)行于工業(yè)環(huán)境下。(l)壓阻式水位計(jì)20世紀(jì)70年代，一種新型壓力傳感器迅速發(fā)展，該傳感器是直接將壓力傳感器嚴(yán)格密封后置于水下測(cè)點(diǎn)，將其靜水壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用防水電纜傳至岸上，再用專用儀表將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成水位值，這種水位計(jì)被稱為“水下直接感壓式壓力水位計(jì)”又稱為“壓阻式壓力水位計(jì)”。壓阻式壓力水位計(jì)簡(jiǎn)稱壓力式水位計(jì)，是將擴(kuò)散硅集成壓阻式半導(dǎo)體壓力傳感器或壓力變換器直接投入水下測(cè)點(diǎn)感應(yīng)靜水壓力的水位測(cè)量裝置。能用在江河、湖泊、水庫(kù)及其它密度比較穩(wěn)定的天然水體中，無(wú)需建造水位測(cè)井，實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量和存貯記錄。壓阻式壓力水位計(jì)是以壓力變換器作為傳感器，無(wú)需恒流單元，只需增加一只低溫漂移高精度的取樣電阻，其它組成單元?jiǎng)t完全相同。:月任 (VVO)XG+Eo()其中H代表水位高度，V表示測(cè)量電壓，V0表示標(biāo)定電壓初值，G表示率定系數(shù)，E0表示調(diào)整參數(shù)。通過(guò)使用計(jì)算公式和事先標(biāo)定好的傳感器參數(shù)，可以方便的把電壓信號(hào)換算成水位高度值。(2)超聲波液位儀超聲波液位儀是一種把聲學(xué)和電子技術(shù)相結(jié)合的水位測(cè)量?jī)x器。按照聲波傳播介質(zhì)的區(qū)別可分為液介式和氣介式兩大類。聲波是機(jī)械波，其頻率在20一20000Hz范圍內(nèi)?？梢砸鹑祟惵?tīng)覺(jué)的為可聞聲波。更低頻率的聲波叫做次聲波。更高頻率的聲波叫做超聲波。超聲波液位儀通過(guò)超聲換能器，將具有一定頻率、功能和寬度的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的聲脈沖波，定向朝水面發(fā)射。此聲波束到達(dá)水面后被反射回來(lái)，其中部分超聲能量被換能器接收又將其轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)。這組發(fā)射與接收脈沖經(jīng)專門電路放大處理后，可形成一組與聲波傳播時(shí)間直接關(guān)聯(lián)的發(fā)、收信號(hào)，根據(jù)需要，經(jīng)后續(xù)處理可轉(zhuǎn)換成水位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示或存貯。換能器安裝在水中的稱之為液介式超聲波液位儀，而換能器安裝在空氣中的稱之為氣介式超聲水位計(jì)，后者為非接觸式測(cè)量。通過(guò)分析比較，本文選擇了重慶易兆公司生產(chǎn)的超聲波液位儀，它是一種非接觸式測(cè)量?jī)x器。它的標(biāo)稱測(cè)量誤差1%，具有LED發(fā)光數(shù)碼管顯示屏和RS485總線擴(kuò)展接口，使用22OV供電。通過(guò)上文的任務(wù)分析，本文確定了數(shù)據(jù)采集終端使用的處理器類型和傳感器類型，再考慮到之前介紹的無(wú)線通信模塊，故在數(shù)據(jù)采集電路板上設(shè)計(jì)了如下外圍電路: (1)AD采集由于本文采用的壓阻式水位計(jì)輸出信號(hào)為1一SV模擬量，所以本系統(tǒng)需要通過(guò)設(shè)計(jì)AD采集電路來(lái)讀取壓阻式水位計(jì)的輸出信號(hào)。 MSP430149處理器內(nèi)置8路12位AD采集單元，這就大大降低了采集電路板AD部分的設(shè)計(jì)難度和制作成本。由于水位傳感器的電壓測(cè)量不需要很高的精度同時(shí)也不需要很快的采集速度，因此本系統(tǒng)就使用149芯片內(nèi)置的AD采集單元。，而本系統(tǒng)使用的傳感器的最大輸出信號(hào)為SV，所以該電路板對(duì)每路AD輸入信號(hào)使用2個(gè)10K電阻進(jìn)行分壓處理。這樣一來(lái)，本文在充分利用己有芯片資源的前提下，以最低成本設(shè)計(jì)了AD采集部分電路。(2)RS232/485接口串行通信在本系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，zigBee模塊，cDMA模塊以及超聲波液位儀均采用串口通信，但是不同的設(shè)備根據(jù)應(yīng)用需要使用了不同的電平。其中MSP43O處理器的串行口輸出的是TTL電平，而zigBee和cDMA模塊使用的是RSZ犯電平130]，超聲波液位儀使用的則是RS485電平。為了達(dá)到電平轉(zhuǎn)換的目的，本系統(tǒng)采用了MAX3232和MAX34852個(gè)芯片來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化。前者可以同時(shí)轉(zhuǎn)換2路RSZ犯電平信號(hào)，后者可以半雙工的轉(zhuǎn)換1路RS485電平信號(hào)。由于 MSP43O149處理器只提供2路異步串行端口，因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將其中的一路標(biāo)準(zhǔn)串口作為RS232和485復(fù)用，使用跳線來(lái)加以設(shè)置。(3)顯示器接口為了調(diào)試方便以及根據(jù)用戶的需要顯示一些數(shù)據(jù)信息，本文為數(shù)據(jù)采集板也設(shè)計(jì)了外接顯示器接口。由于對(duì)顯示質(zhì)量沒(méi)有特別高的要求，所以使用的顯示器為帶有背光功能的128x64字符點(diǎn)陣液晶顯示器，本文使用單片機(jī)通用1/0口作為顯示器驅(qū)動(dòng)管腳，配合讀寫控制以及時(shí)鐘信號(hào)，可以顯示出Ascll碼定義的所有可見(jiàn)字符[3’]。顯示器的設(shè)計(jì)，提高了數(shù)據(jù)采集電路板的擴(kuò)展能力。(4)日歷片考慮到數(shù)據(jù)采集終端需要一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)鐘源，以提供當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間和報(bào)警時(shí)間定時(shí)，本文為數(shù)據(jù)采集板設(shè)計(jì)了12028日歷片接口電路。該芯片是一個(gè)運(yùn)行在3V電壓之下的低功耗日歷芯片，具有萬(wàn)年歷和定時(shí)報(bào)警等功能，同時(shí)本模塊還設(shè)計(jì)了外接3V鏗電池接口。日歷片的使用，既增強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)的功能，又為今后的系統(tǒng)擴(kuò)充升級(jí)，提供了更大的空間。，給出了數(shù)據(jù)采集電路板的完整原理圖。這張?jiān)韴D包括了上面介紹到的各個(gè)功能模塊接口電路，以及一些輔助電路和模塊。服務(wù)器主要運(yùn)行服務(wù)器端的數(shù)據(jù)采集軟件以及 SQLserver數(shù)據(jù)庫(kù)，并不需要很高的系統(tǒng)性能，但是需要考慮長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用了一臺(tái)帶有串行數(shù)據(jù)接口的運(yùn)行 Windows2000Server的PC機(jī)作為數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。該服務(wù)器可以放在任何位置，只要接入互聯(lián)網(wǎng)，并且運(yùn)行本系統(tǒng)配套的大連站北廣場(chǎng)水位監(jiān)測(cè)上位機(jī)軟件即可。這樣就大大方便了用戶，他們可以在任何地方實(shí)時(shí)地獲取最新水位數(shù)據(jù)。4系統(tǒng)軟件及通信協(xié)議開發(fā)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)完成之后，就需要進(jìn)行各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)。本章主要講述整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想，這其中既包括嵌入式操作系統(tǒng)的平臺(tái)移植，也包括具體應(yīng)用軟件的開發(fā)和通信協(xié)議的制定。對(duì)于比較重要的軟件模塊，本文都通過(guò)繪制流程圖進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。當(dāng)監(jiān)測(cè)中心需要水位數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)向無(wú)線變送器發(fā)出水位采集命令，感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器無(wú)線變送器被“喚醒”。傳感器采樣結(jié)束后，通過(guò)無(wú)線變送器將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)收到正確的信息后，向變送器發(fā)出確認(rèn)信息，感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器、無(wú)線變送器進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，否則變送器將重新發(fā)送水位數(shù)據(jù)。上電后，首先對(duì)MSP430F149的基礎(chǔ)時(shí)鐘、看門狗定時(shí)器、各應(yīng)用端口等片內(nèi)模塊寄存器和nRF905的工作頻率、工作模式等進(jìn)行設(shè)置，完成初始化工作后，系統(tǒng)進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，當(dāng)接到水位采集命令時(shí)，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)被“喚醒”，感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器開始采集水位數(shù)據(jù)，輸出模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)經(jīng)控制器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)整理打包等處理后，由SPI接口輸出，無(wú)線射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，然后等待確認(rèn)信息，如果一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接到上位機(jī)的確認(rèn)信息，變送器將再次發(fā)送水位數(shù)據(jù)，接到確認(rèn)信息后進(jìn)入“休眠”狀態(tài)等待，當(dāng)再次接到上位機(jī)水位采集命令時(shí)，系統(tǒng)被再次“喚醒”，重復(fù)上述過(guò)程。在“休眠”狀態(tài)，MSP430F149將工作于低功耗模式，當(dāng)然這需要軟件進(jìn)行設(shè)置。變送器主程序流程圖如圖4一1所示。nRFgOS采用Nordic公司的 VLSLShoekBurst技術(shù)， ShoekBurst技術(shù)使nRFgOS能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸而不需要使用高速M(fèi)CU來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處