【正文】 圖416 SD卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖Fig416 SD card’s internal structur。SD卡在24mm32mm，通過(guò)9針的接口界面與專門的驅(qū)動(dòng)器相連接，不需要額外的電源來(lái)保持其上記憶的信息。 圖415 LED及蜂鳴器電路Fig415 LED and buzzer circuit SD卡接口電路為了保證在GPRS網(wǎng)絡(luò)不通時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端采集的數(shù)據(jù)不丟失，以及在有偷盜油警情出現(xiàn)時(shí)，監(jiān)測(cè)終端能本地保存井場(chǎng)附近圖片數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)終端采用了一張128M的SD（Secure Digital Memory Card）卡來(lái)存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)。通過(guò)蜂鳴器電路，用于指示系統(tǒng)中各種操作提示聲音。LED通過(guò)STM32F103C6T6處理器的GPIO口直接控制，當(dāng)處理器GPIO引腳輸出高電平時(shí)LED點(diǎn)亮，低電平時(shí)LED熄滅。系統(tǒng)中使用的開(kāi)關(guān)量輸出電路如圖414所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的開(kāi)關(guān)量設(shè)備都是NPN常開(kāi)型的，因此在設(shè)備上電正常工作時(shí)開(kāi)關(guān)量輸出是高電平，即413圖中JJ2開(kāi)關(guān)量輸入端口處正常情況下都是高電平輸入，處理器檢測(cè)引腳一端是低電平；而在開(kāi)關(guān)量設(shè)備沒(méi)有接入JJ2端口及開(kāi)關(guān)量觸發(fā)輸出時(shí)，處理器檢測(cè)引腳一端都是高電平，利用電路處理上的這個(gè)特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)就可以對(duì)外設(shè)備是否被接入和故障進(jìn)行檢測(cè)，配合軟件的處理，就可以對(duì)外設(shè)備被破壞進(jìn)行報(bào)警。開(kāi)關(guān)量信號(hào)的處理電路如圖413所示，圖中所示的開(kāi)關(guān)量信號(hào)處理電路一共有4路，本系統(tǒng)中只用了兩路，另外兩路是系統(tǒng)預(yù)留的冗余。通道ADC12_IN1用于測(cè)量測(cè)量處理器工作電壓VCC，為了避免STM32F103C6T6處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道輸入阻抗太小引起VCC電壓跌落，VCC電壓經(jīng)電壓跟隨器后接入模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入通道ADC12_IN1。通道ADC12_IN3用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源輸出，以區(qū)別當(dāng)前采集板是通過(guò)外部電源供電還是電池供電。 系統(tǒng)中的模擬信號(hào)采集電路如圖412所示。STM32F103C6T6處理器自帶2個(gè)12位精度、10通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此本部分電路的設(shè)計(jì)只需要將傳感器的輸出信號(hào)變換到STM32F103C6T6的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入范圍之內(nèi)。圖411 數(shù)據(jù)采集模塊的串行通信接口電路Fig411 Data acquisition module serial munication interface circuit 模擬信號(hào)采集電路A/D轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter）是一種能把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電子器件[40]，A/D轉(zhuǎn)換器在嵌入式控制系統(tǒng)中主要用于數(shù)據(jù)采集，提供被控對(duì)象的各種實(shí)時(shí)參數(shù)，以便嵌入式處理器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)視。串行通信接口電路如圖411所示。STM32F103C6T6處理器內(nèi)置兩個(gè)異步串口，每個(gè)都可以工作在中斷和DMA模式。但是由于RS232標(biāo)準(zhǔn)所定義的高、低電平信號(hào)與STM32F103C6T6處理器的TTL電路所定義的高、低電平信號(hào)完全不同，TTL的標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”，標(biāo)準(zhǔn)“0”，而RS232標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯方式，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)5V至15V，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對(duì)應(yīng)+5V至+15V，顯然兩者之間進(jìn)行通信必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。圖410 數(shù)據(jù)采集模塊供電電路Fig410 Data acquisition module power supply circuit 數(shù)據(jù)采集模塊的串行通信電路串行通信使用電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）推薦的RS232C標(biāo)準(zhǔn)，這是一種很常用的串行數(shù)據(jù)傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的微控制器、PC機(jī)都提供串行接口。數(shù)據(jù)采集模塊供電電路原理圖410所示。LM2575開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的1A集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片，內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等。圖49 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路Fig49 Realtime clock circuit 數(shù)據(jù)采集模塊的供電電路~。設(shè)計(jì)中應(yīng)用的時(shí)鐘電路如圖49所示。STM32F103C6T6處理器片上外設(shè)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC（Real Time Controler），、內(nèi)部低功耗RC振蕩器或高速外部時(shí)鐘經(jīng)過(guò)128比例分割來(lái)提供時(shí)鐘。JTAG接口電路如圖48所示。JTAG技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測(cè)試電路，通過(guò)專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。圖47 微處理器的電源處理Fig47 Microprocessor power processing（5）JTAG調(diào)試電路STM32F103C6T6處理器支持標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口調(diào)試及程序下載。圖46 復(fù)位電路Fig46 Restart circuit（4）電源處理為了增強(qiáng)STM32F103C6T6處理器對(duì)電源紋波的抗干擾能力，在STM32F103C6T6的VDDA（9）和VSSA（8）、VDD_1（24）和VSS_1（23）、VDD_2（36）和VSS_2（35）、VDD_3（48）和VSS_3（47）引腳之間放置了濾波電容。本設(shè)計(jì)中使用SP708芯片[37] 搭建手動(dòng)/自動(dòng)復(fù)位電路，可以保持長(zhǎng)達(dá)200毫秒的復(fù)位信號(hào)有效時(shí)間，當(dāng)初始上電時(shí)，芯片自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)；也可以由/MR引腳通過(guò)按鍵接地，當(dāng)按下按鍵時(shí)，提供手動(dòng)復(fù)位功能。啟動(dòng)電路如圖45所示。表41 啟動(dòng)模式Tab41 Start mode啟動(dòng)模式選擇引腳BOOT模式說(shuō)明BOOT1BOOT00系統(tǒng)FLASH存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)空間01用戶閃存存儲(chǔ)器用戶閃存存儲(chǔ)器被選作啟動(dòng)空間11系統(tǒng)SRAM存儲(chǔ)器系統(tǒng)SRAM被選作啟動(dòng)空間由于本系統(tǒng)不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，應(yīng)該選取從片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器啟動(dòng)，該模式要求啟動(dòng)控制引腳BOOT0（44）拉低，BOOT1（20）引腳可任意狀態(tài)。圖44 處理器振蕩電路Fig44 Processor oscillating circuit（2）啟動(dòng)電路STM32F103C6T6處理器擁有3種啟動(dòng)模式，這些模式是通過(guò)STM32F103C6T6的BOOT1（20）和BOOT0（44）引腳來(lái)選擇的。利用處理器內(nèi)部的PLL電路將頻率放大和信號(hào)提純，系統(tǒng)以較低的外部時(shí)鐘信號(hào)獲得較高的工作頻率，以降低因高速開(kāi)關(guān)時(shí)鐘所造成的高頻噪聲，設(shè)計(jì)中外接的是一個(gè)頻率穩(wěn)定性為20ppm的8M的晶體振蕩器，經(jīng)PLL擴(kuò)頻后處理器運(yùn)行在72MHz。該部分電路主要包括：STM32F103C6T6微處理器外圍電路[36]，串行通信接口電路、模擬信號(hào)采集前端電路、開(kāi)關(guān)量信號(hào)處理電路和SD卡接口電路，以下將分別進(jìn)行說(shuō)明。通信模塊及數(shù)據(jù)采集模塊的供電電路在后面相關(guān)章節(jié)將單獨(dú)介紹。圖42 電源切換及電池充電電路Fig42 Circuit of power conversion and battery charge遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的總體供電方案如圖43所示。需要注意的是，為適合電池充電要求，需要選擇合理的變壓器匝數(shù)比。電源切換及充電電路如圖42所示。由于運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，不能保證隨時(shí)都有交流供電，所以必須考慮到電源冗余設(shè)計(jì)。該部分由專門的鍵盤管理與顯示芯片ZLG7290及相關(guān)外圍電路組成。圖像采集模塊采用了現(xiàn)成的圖像采集卡，該模塊通過(guò)RS232接口與數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，圖像采集卡部分的電路文中不做過(guò)多的介紹。GPRS通信貓主要由GPRS模塊及電源電路、通信接口電路組成。數(shù)據(jù)采集模塊是監(jiān)測(cè)終端的核心，它由STM32F103C6T6處理器組成的最小系統(tǒng)、電源電路、前端信號(hào)處理電路和通信接口等組成。圖41 監(jiān)測(cè)終端硬件模塊圖Fig41 Monitoring terminal hardware block diagram系統(tǒng)供電模塊為系統(tǒng)提供能量，是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端工作的基礎(chǔ)。為了保證整個(gè)硬件系統(tǒng)配置靈活、易于調(diào)試、升級(jí)和維護(hù)，監(jiān)測(cè)終端的電路采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，即依據(jù)系統(tǒng)功能自頂向下的把硬件分成了五個(gè)模塊，分別是數(shù)據(jù)采集模塊、GPRS通信貓、圖像采集模塊、鍵盤與顯示模塊和系統(tǒng)供電模塊。表38 IAR JLINK仿真器的技術(shù)指標(biāo)Tab38 IAR JLINK simulator qualifications功耗吸取USB供電電流50mA通信方式目標(biāo)板接口20芯JTAG口（14芯JTAG口選件）JLINK和ARM間串行傳輸速率最高12MHz支持目標(biāo)電壓~工作溫度5~60攝氏度體積100mm53mm27mm電磁兼容性（EMC）EN 55022，EN55024（2） 計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心軟件開(kāi)發(fā)工具計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心軟件采用Visual ，采用SQL Server作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。IAR JLINK仿真器的主要性能指標(biāo)如下：u IAR EWARM集成開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫鏈接的JTAG仿真器；u 支持所有ARM7/ARM9/CortexM3內(nèi)核的芯片，包括Thumb模式；u 下載速度高度600Kb/s；u 最高JTAG速度12MHZ；u ~；u 自動(dòng)速度識(shí)別功能；u 監(jiān)測(cè)所有JTAG信號(hào)和目標(biāo)板電壓；u 完全即插即用；u 使用USB電源；u 標(biāo)準(zhǔn)20芯JTAG仿真插頭；在IAR JLINK使用時(shí)，將其一端通過(guò)USB口與PC機(jī)連接，另一端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)20芯JTAG插頭與目標(biāo)板連接。IAR EWARM 是一個(gè)針對(duì)ARM處理器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包含項(xiàng)目管理器、編輯器、編譯鏈接工具和支持RTOS的調(diào)試工具，在該環(huán)境下可以使用C/C++和匯編語(yǔ)言方便地開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用程序。目前支持CortexM3內(nèi)核調(diào)試的主流集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是IAR Embedded Workbench for ARM（以下簡(jiǎn)稱IAR EWARM）和Keil MDK兩種[35]。包括3個(gè)同步的16位定時(shí)器、1個(gè)16位的高級(jí)控制定時(shí)器、2個(gè)看門狗定時(shí)器（獨(dú)立和窗口型的）及1個(gè)系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器；u 具有6個(gè)通信接口。STM32F103C6T6微控制器主要的性能指標(biāo)如下：u ARM 32位CortexM3內(nèi)核。表37 CortexM3和ARM7的性能比較Tab37 Comparison of CortexM3 and ARM7’s performanceARM7TDMICortexM3架構(gòu)ARMv4T（馮CortexM3內(nèi)核定義了統(tǒng)一的存儲(chǔ)器映射，各廠商生產(chǎn)的基于CortexM3內(nèi)核的微控制器芯片都具有一致的存儲(chǔ)器映射，對(duì)用戶使用各種基于CortexM3的MCU以及代碼在不同MCU之間的移植帶來(lái)了很大的便利。這一性能使得使用CortexM3來(lái)進(jìn)行乘、乘加運(yùn)算時(shí)，已逼進(jìn)DSP的性能。CortexM3加入了32位除法指令，彌補(bǔ)了這一缺陷。u 具有32位硬件除法和單周期乘法。ARMARM9等內(nèi)核使用不同的處理器狀態(tài)分別執(zhí)行32位的ARM指令和16位的Thumb指令，使用狀態(tài)切換指令完成ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)的切換。CortexM3支持3種功耗管理模式：通過(guò)一條指令立即睡眠、異常/中斷退出時(shí)睡眠、深度睡眠。u 內(nèi)核支持低功耗模式。以前的ARM處理器不支持位操作，當(dāng)需要對(duì)一個(gè)變量或端口位操作時(shí)，先要用邏輯與/或指令屏蔽其它的位，使位操作需要較多的指令和時(shí)鐘周期。u 針對(duì)業(yè)界對(duì)ARM處理器終端響應(yīng)的問(wèn)題，CortexM3首次在內(nèi)核上集成了嵌套向量中斷控制器NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）。CortexM3內(nèi)核還實(shí)現(xiàn)了Thumb2指令集（傳統(tǒng)Thumb指令集的一個(gè)超集），既獲得了傳統(tǒng)32位代碼的性能，又具有16位的高代碼密度。CortexM3內(nèi)核是專為功耗和價(jià)格敏感的應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的，應(yīng)用范圍可從低端微控制器到復(fù)雜SoC。一方面它要采集模擬量和各種開(kāi)關(guān)量，另一方面還要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及傳輸，并且系統(tǒng)要求監(jiān)測(cè)終端工作穩(wěn)定可靠，具有一定的擴(kuò)展升級(jí)能力，例如增加對(duì)采油機(jī)的監(jiān)控，因此要求遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的微處理器具有高性能、硬件功能強(qiáng)大，為此我們選用了意法半導(dǎo)體公司具有CortexM3內(nèi)核的STM32系列微處理器STM32F103C6T6。同時(shí)安裝在一體的警示燈間歇閃亮，在日光下可發(fā)出耀眼的強(qiáng)光，及時(shí)提示報(bào)警狀態(tài)，夜間效果更佳。圖38 Fig38 proximity switch output interface（5）聲光報(bào)警器為了在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到盜油等異常狀況時(shí)，井場(chǎng)能夠通過(guò)鳴笛來(lái)震懾盜油分子，系統(tǒng)中選用了武漢東鋼機(jī)電工程公司的SL2型聲光報(bào)警器。電容式接近開(kāi)關(guān)的回應(yīng)頻率低、穩(wěn)定性好，因此若所測(cè)物件是非金屬時(shí)，常選用電容式接近開(kāi)關(guān)；渦流式接近開(kāi)關(guān)的回應(yīng)頻率高、抗環(huán)境干擾性能好、價(jià)格較低，因此當(dāng)被測(cè)物件是導(dǎo)電物體或可以固定在一塊金屬物上的物體時(shí)，一般都選用渦流式接近開(kāi)關(guān)。主機(jī)在接收數(shù)據(jù)的過(guò)程中可進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn) 0xFF+0xD8就表示文件開(kāi)始，發(fā)現(xiàn) 0xFF+0xD9就表示文件結(jié)束，把 0xFF+0xD中間收到的數(shù)據(jù)、以及最后的 0xFF+0xD9按順序保存下來(lái)，就得到了一個(gè)完整的 JPG 文件。表36表示了不同壓縮比和分辨率下黑白圖像的文件長(zhǎng)度。VC313執(zhí)行命令8：0xFF+0xE1+0x68+0x68+PAR0+PAR0之后，將向主機(jī)發(fā)送JPG文件，其中參數(shù)PAR0的值按位進(jìn)行設(shè)定，參數(shù)意義見(jiàn)表35所示。VC313 在處理命令時(shí)，如果又收到新的命令，則新的命令被暫存在接收緩沖區(qū)中，以等待執(zhí)行，接收緩沖區(qū)的容量是256字節(jié)，若緩沖區(qū)滿，則新到數(shù)據(jù)被丟棄。第4字節(jié)是第3字節(jié)的重復(fù)，第6字節(jié)是第5字節(jié)的重復(fù)，用作校驗(yàn)。主機(jī)發(fā)送給VC313嵌入式視頻壓縮卡的控制命令一共有9條，命令列表如表34所示。本系統(tǒng)中選用的是LENNOX力諾士公司的QT系列四光束紅外線對(duì)射探測(cè)器[26]，該產(chǎn)品專門是室外遠(yuǎn)距離周界防護(hù)的專用防盜