嵌入式系统串口通讯在温控系统中的应用研究.pdf

http:/ -1-嵌入式系统串口通讯在温控系统中的应用研究嵌入式系统串口通讯在温控系统中的应用研究 杨常伟 西北工业大学航空科学与工程学院（710072）E-mail： 摘摘 要：要：本文对嵌入式系统与 PC 机进行串行通讯的方法进行了研究探讨。叙述了嵌入式计算机系统在温度监控系统中的应用和实现的基本结构。同时也对软件设计中的关键部分进行了阐述并给出了相应的程序结构。关键词：关键词：嵌入式系统，串行通讯，温度监控 1.引言引言 先进的嵌入式计算机以其优良的品质、高可靠性及模块化,广泛地应用于工业控制、航空航天、医疗、智能仪表、通讯、数控、自动化生产设备、数据采集等领域。随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式系统应用技术和人们的生活结合越来越紧密。在实际应用中，有时需要借助微机的强大的数据处理能力和丰富的软件资源,使得组成的系统功能更为强大。为了提升应用系统的整体性能，必须实现 PC 机和嵌入式计算机之间的通讯。由于串行通讯相对于并行通讯有连接线数量少、抗干扰性能好等优点，一般在实现 PC 机和嵌入式计算机之间的通讯中都使用串行通讯方式。2.温度控制系统功能简介温度控制系统功能简介 在温度监控系统中，嵌入式计算机的模拟量采集模块和数字量采集模块采集温度湿度、以及执行机构的开关量状态，经自身的微控器进行简单的处理后，经串行通讯的方式，将这些数据上传至微机，PC 机先将模拟量资料存入数据库中，再通过控制算法来计算输出控制量，通过串行通讯下传到嵌入式计算机中，然后再由其控制量输出至相应的执行机构进行控制。该系统设计的优点：通过微机上的图形控制接口，生动实时地向用户显示控制对象的情况；友好的用户接口使得用户可以在微机上直接手动输出来控制被控对象；同时又发挥了嵌入式计算机系统的稳定性、可靠性和高度灵活性等特点。3.嵌入式系统特点 3.嵌入式系统特点 嵌入式系统通常包括构成软件基本运行环境的硬件和操作系统软件两部分。嵌入式系统的运行环境和应用场合决定了嵌入式系统具有区别于其它操作系统的一些特点：（1）嵌入式处理器 嵌入式处理器可以分为三类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式 DSP。嵌入式微处理器就是和通用计算机的微处理器对应的 CPU。在应用中，一般是将微处理器装配在专http:/ -2-门设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。嵌入式微控制器又称为单片机，它将 CPU、存储器（少量的 RAM、ROM或两者都有）和其它外设封装在同一片集成电路里。嵌入式 DSP 专门用来对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度，在数字滤波、FFT、谱分析、图像处理的分析等领域，DSP 正在大量进入嵌入式市场。（2）微内核结构 多数操作系统至少被划分为内核层和应用层两个层次。内核层只提供建立和管理进程、提供文件系统、管理设备等功能，以系统调用方式提供给用户。嵌入式操作系统采用了微内核结构，只提供任务调度、任务之间的通信与同步、内存管理、时钟管理等功能。（3）任务调度 嵌入式操作系统支持多任务，它的运行实现实际是靠 CPU 在多个任务之间切换、调度。每个任务都有其优先级，不同任务优先级可能相同也可能不同。任务的调度有三种方式：可抢占式调度、不可抢占式调度和时间片轮转调度，多数嵌入式操作系统对不同优先级的任务采用基于优先级的抢占式调度法，对相同优先级的任务则采用时间片轮转调度法。（4）硬实时和软实时 软实时系统不要求限定某一任务必须在一定时间内完成，只要求各任务运行得越快越好；硬实时系统对系统响应时间有严格要求，系统响应时间不满足就会引起系统崩溃或致命的错误。（5）内存管理 嵌入式系统采用实存储器管理策略，对内存直接访问，对地址访问是直接送到地址线上输出，所有程序访问的地址都是实际物理地址；嵌入式操作系统对内存空间没有保护，各个进程共享一个运行空间。在开发应用程序时，必须考虑内存的分配情况并关注应用程序需要运行空间的大小。（6）内核加载方式 嵌入式操作系统内核可以在 Flash 上直接运行，也可以加载到内存中运行。内存加载方式运行速度比 Flash 方式快得多。4.嵌入式计算机的硬件结构与设计 4.嵌入式计算机的硬件结构与设计 嵌入式计算机系统由模拟量采集部分、数字量采集部分及输出部分、通讯部分和微控器的综合控制部分组成。模拟量采集部分最少可以采集 32 路的模拟量,并可以通过硬件的跳线设置最多采集 64 路的模拟量。通过模拟开关的切换,可以将模拟量信号经过 A/D 芯片转化为数字量信号,再做进一步的处理。通讯部分将MCU的TTL电平转换为进行RS-485通讯所需的电平,进行电平转换的部件使用的是 MAX1480C。它是一种完全电气隔离的 RS422/RS485 数据通信接口。http:/ -3-系统结构框图如下图所示：5.嵌入式计算机通讯部分软件设计 5.嵌入式计算机通讯部分软件设计 由于嵌入式计算机系统中的微控器(MCU)要和 PC 机进行通讯,必须对微控器的串行口进行初始化,设置通讯方式(协议)、通讯速度、传送的资料格式和长度,然后打开通讯口进行通讯。嵌入式计算机系统中的编程语言环境使用的是 BorLand C+3.1。通讯部分的软件流程图所示：相应的串口通讯程序代码如下:void init_serial(void)/串行口初始化函数 SCON=(SCON|0 xd0);/串行通讯用方式 3,同时允许接受 T2CON=0 x34;/将定时器 2 用于串行通信 RCAP2H=0 xff;RCAP2L=0 xd9;/波特率设为 9600 IE=0 x9e;/允许中断,允许串行中断 void interrupt_rs485(void)interrupt4/串行中断 http:/ -4-if(RI=true)GetDataTask()/接收数据 RI=false;ProcessTask()/进行判断并处理接受到的数据 else TI=false;PutDataTask()/发送数据 6.前台控制程序设计 6.前台控制程序设计 在 Windows 操作系统下，操作系统全面地接管了 PC 机的硬件系统，所以在 Windows 下，自己编写低层端口的驱动程序将十分麻烦。而 Visual C+6.0 中的 MSComm 控件则解决了开发者对 Windows 管理低层硬件不熟悉的问题。所以我们使用 Visual C+6.0 中 MSComm 编制通讯程序。VC6 中 MSComm 控件为应用程序提供了串行通讯功能,它通过串行口发送和接收数据,非常方便地实现串行通讯。使用它可以建立与串行口的连接,通过串行口连接到其他通讯设备,进行数据交换,以及监视和响应串行连接中发生的事件和错误。有关 MSComm 控件的属性和事件见参考文献3,5。部分关键的程序代码如下：Private MSComm_OnComm()/时间被触发 Variant var;select(MSComm.CommEvent)case:comEvSend;case:comEvReceive;/接受事件 if(MSComm.InBufferCount=6)/如果是 6 字节数据 var=MSComm.Input;/从缓冲中读出数据 callack receive(var);/转入相应的处理函数 else if(MSComm.InBufferCount=50)/如果是 50 字节数据 var=MSComm1.Input;/从缓冲中读出数据 callreceive data(var1);/转入相应的处理函数 else if(MSComm.InBufferCount=60)/如果是 60 字节数据 var=MSComm.Input;/从缓冲中读出数据 callreceive error(var);/转入相应的处理函数 /其他相关的处理函数 http:/ -5-Private Form Load()SComm.Settings=“9600,e,8,1”;/设置通讯端口参数格式 MSComm.CommPort=2;/用二号串行端口 MSComm.RThreshold=1;/设置接到几个字节触发 oncomm 事件MSComm.InputMode=comInputModeBinary;MSComm.PortOpen=True;/打开端口 7.结论 7.结论 本温度监控系统在实际应用中运行稳定。由嵌入式计算机和微机(PC)组成的系统，通过发挥各自的长处,并通过串行通讯相连,极大地提高了系统的稳定性和可靠性,同时从成本的角度来考虑,它也具有较高的性价比。参考文献参考文献 1 Labrosse Jean J.嵌入式系统构件.袁勤勇等译.北京：机械工业出版社,2002 2 赵海.嵌入式 Internet-21 世纪的一场信息技术革命.北京：清华大学出版社,2001 3 Nelson.串行通信开发指南.潇湘工作室译.北京:水利水电出版社,2000.4 Labrosse Jean J.C/OS-II源码公开的实时嵌入式操作系统.邵贝贝译.北京：中国电力出版社,2001 5 李现勇.Visual C+串口通信技术与工程实践.北京：人民邮电出版社,2002 Serial Communication of Embedded System Application Study in Temperature Control System Changwei Yang School of Aviation Science and Engineering,Northwestern Polytechnical University,Xian,710072 P.R.of China Abstract In This paper has carried on the research discussion to the embedded system and method of carrying on the serial communication of PC.And have narrated the application in the monitoring system of temperature of embedded computer system and basic structure realized.Explained and provided the corresponding procedure structure to the key part in software design at the same time.Keywords:Embedded System,Serial Communication,Temperature Controlling