基于Cortex—M的数据采集系统

1、本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）题题 目目 基于 CortexM0 的数据采集系统学学 生生 指导教师指导教师 年年 级级 专专 业业 电子信息工程二级学院二级学院 信息工程学院信息工程学院2015 年 5 月 郑重声明郑重声明本人的毕业论文（设计）是在指导教师 的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。毕业论文（设计）作者（签名）： 年 月 日I基于 Cortex-M0 的信息采集系统摘要随着现在科学技术的迅速发展，无线数据传输技术在我们的生活中占据越来越

2、重要的地位，不管是农业，工业，还是其他行业，特别是在环境监测中最为明显。基于Zigbee 的无线通信技术发挥其重要的作用，对于少量数据传输来该技术效率是很高的。我们需要一个完整的系统来满足人们的需求，而不是一个单独的模块。市场上的竞争很激励，想要立于不败之地就得让我们的产品简单易用，价格低，性能可靠。本课题主控制处理器选择了 FS_11C14(以下简称 M0 终端)。微处理器 M0 的外围硬件设备能完成数据采集重任，包括温度，湿度，光照，RIAD 刷卡记录等，并且通过 Zigbee无线模块发送获取的实时环境数据到 A8 服务器。与此同时，单个采集节点还通过 Zigbee技术建立信息采集网，采集

3、节点之间还可以进行数据的查看，接收和发送。通过这种方式，我们就可以同时对多个不同的环境进行检测了，初步实现了智能化。关键词：关键词：FS_11C14 CortexM0 Zigbee 数据保存 无线发送IIData Collection Systems Research Based On CortexM0Yang Zhengui Directed by Engineer Yang Shengli ABSTRACT With the current rapid development of science and technology, wireless data transmission tec

4、hnology occupy an increasingly important position in our lives, whether it is agriculture, industry, or other industries, particularly in the environmental monitoring is the most obvious. Wireless communications technology that based on the Zigbee to play an important role, The efficiency of technic

5、al is very high for a small amount of data transmission. We need a complete system to meet peoples needs, rather than a separate module. Competition in the market is very excited and want to be invincible have to make our products easy to use, low cost, reliable performance. The subject research mas

6、ter control processor selected FS_11C14 (hereinafter referred to as M0 terminal). M0 microprocessor peripheral hardware to complete the task of data collection, including temperature, humidity, light, RIAD credit card records and so on, and sends real-time environmental data to A8 server by Zigbee w

7、ireless module. At the same time, a single collection node also established information collection network by Zigbee technology. Collected data of between nodes can be to view, receive and transmit. In this way, we can simultaneously detect multiple different environments, the initial realization of

8、 the intelligent.KEY WORDS： FS_11C14 CortexM0 Zigbee Save the data Wireless transmissionIII目目 录录摘要.I目录 .III前言 .11 背景介绍 .21.1 选题背景 .21.2 研究的目的及其意义 .22 设计要求 .32.1 系统功能 .32.2 基本参数 .32.2.1 Cortex-M0 终端.32.2.2 Zigbee 模块 ZIC2410.42.2.3 RFID 信息采集 CY14443/SPI.43 方案论证 .53.1 数据采集方案 .53.2 数据传输方案 .63.3 数据保存方案 .

9、73.4 主控制处理器的选取 .74 系统硬件架构 .74.1 系统整体设计 .74.2 系统硬件设计 .84.2.1 主控制处理器 .84.2.2 Zigbee 模块 ZICM2410 芯片电路设计 .94.2.3 CY14443 射频电路设计.104.2.4 温湿度模块电路设计 .114.2.5 光照传感器 ISL29003 模块电路设计 .125 系统软件建构 .125.1 开发环境搭建 .125.2 软件整体设计 .145.3 主要模块程序的设计 .155.3.1 相关数据采集模块 .155.3.2 无线传输的实现 .16IV5.3.3 无线传输程序设计 .175.3.4 数据存储设计

10、 .185.4 数据处理模块 .185.5 设计运行结果展示 .206 Qt 用户界面设计 .207 测试 .22结论 .24参考文献 .25致谢 .27附录 .281前言言本设计所运用的是基于 LPC11C14 内核的 ARM CortexM0 处理器，它是一个低功耗，低成本，最高工作频率 50MHz（实际工作频率 48MHz），32 位的 3 级流水线 RISC 处理器，CortexM0 属于 ARMv6-M 架构，包括 1 颗专为嵌入式应用而设计的 ARM 核、可选的唤醒中断控制器 WIC、紧耦合的可嵌套中断微控制器 NVIC，对外提供了基于 AMBA 结构的 AHB-lite 总线和基

11、于 CoreSight 技术的 SWD 或 JTAG 调试接口。具有全新的硬件除错单元，很强的的抗干扰能力。本设计结合了 Zigbee 技术，通讯技术，传感器技术。整个系统能全天 24 小时对环境数据进行实时采集，进行简单的数据处理，M0 终端负责主要的环境数据监测，包括温度，湿度，光照，RIAD 刷卡记录，Zigbee 接收发送数据。并且显示的 OLED 屏上和数据打包发送到 A8 服务器。在开发的过程中采用开测试的方法对设计中的各个功能模块进行设计，主要包括：（1）镜像烧写：实现 FS_11C14 平台开发烧写镜像；（2）Zigbee 技术实验：Zigbee 模块数据的获得与处理；（3）R

12、FID FS_RF522 实验：射频识别刷卡获取物品的信息；（4）温湿度传感器实验：温湿度传感器 DHT11 数据获取；（5）光线传感器实验：光照传感器 ISL29003 数据获取；（6）GUI 图形界面应用程序实验：实现本系统中所设计的各个功能。预计按着时间计划和目标进度能完成基于 CortexM0 的数据采集系统的设计与开发。21 背景介绍1.1 选题背景随着现在科学技术的迅速发展，人类的生活，工作与环境密不可分，因此随时掌握环境信息非常重要，特别是在工业，农业方面，多数工业生产都需要在特定环境下才能进行，农作物对光照，其所生长环境的温湿度的需求等，所以环境检测是必不可少的重要环节。无线数

13、据传输技术在我们的生活中占据越来越重要的地位，不管是农业，工业，还是其他行业，其让人们生活更加方便。特别是在环境监测中最为明显；基于 Zigbee 的无线通信技术发挥其重要的作用，对于少量数据传输来该技术效率是很高的。我们需要一个完整的系统来满足人们的需求，而不是一个单独的模块。市场上的竞争很激励，想要立于不败之地就得让我们的产品简单易用，价格低，性能可靠，这样的产品才有竞争力。也正因如此，本课题就应运而生了。在该课题中，Cortex-M0 开发板作为主控制器对无线环境数据监测系统的数据进行采集、发送、显示和接收，并且实时将数据显示在液晶屏上。传感器采用 ISL29003 光照传感器、DHT1

14、1 温度传感器、MMA7455L 三重重力传感器和 CY-14443A-P/SPI RFID 读卡器；近距离 Zigbee 无线传输方案对多数据（温度、湿度、光照、三重重力）采集后数据传输提供方、高效的传输。1.2 研究的目的及其意义无线线路传感器网络是新一代的独立分布传感器网络，由节点和网关构成。并且得到非常广泛的应用，它的发展和应用，将带来对人类生活和生产的各个领域产生深远影响，各传感器节点收集外界温度，声音，振动等物理信息。独立节点之间经由无线网络进行通信。在无线传感器网络中的每个节点都能够实现数据的采集，在同一时间每个节点都可以接收来自其他节点的数据，并且最终将数据发送到网关。管理者可

15、以从网关获取数据，查看历史数据记录和数据分析。典型的无线传感器网络节点的硬件结构包括：微处理器（Cortex-M0）、传感器接口（温湿度、关照、三重重力）、ADC、电源以及无线收发装置。随着物联网技术的发展与成熟，其在仓储与物流中的应用将成为现实。无线环境数据监测系统可以定义为一个过程或者一个系统。基于 Cortex-M0 开发板、Zigbee 无线收发模块、多种传感器和 OLED 显示等模块按逻辑功能结合在一起，可以实时监测环境中温度、湿度和光照的变化并实时显示出来。无线频率信息采集系统提供准确性和及时性很强的信息采集技术，其在仓库中应用最多的是使用仓库货物信息采集。通3过终端将指令传递给管

16、理员，并接受管理员传回的信息。个采集结点利用 Zigbee 组建的网络实现多节点控制功能，实现了信息采集系统的无线化，数字化，智能化。2 设计要求通过设计和实现环境数据采集系统，能够全天 24 小时对环境参量实施监测，本无线环境监测系统具有传感器系统智能化、无线化、数字化的优点，能够对实际环境参数进行准确的测量且能可靠传输，并且达到了预期效果。与此同时将各个采集节点通过Zigbee 技术建立信息采集网。用户可直接在监控室查询数据历史记录，也可向各个监控点发送查询命令，查询当前数据信息。2.1 系统功能根据任务需求分析本课题设计的采集系统有如下功能：对于环境信息采集(温度、湿度、光照、RFID

17、识别)进行实时采集；同样采集一些辅助信息，包括：电池电量、Axis_3三轴加速度，这些采集到的数据经过处理打包一并发送给服务器端(Cortex-A8)，再由服务器产生相应的指令发回给终端(Cortex-M0)；这些基本信息可以在供服务器端查看，还并且在终端上做了简单的数据显示，运行状态显示；考虑到了服务器与终端的交互安全性问题，正常情况下终端是由服务器全部控制的，当可能的意外出现，服务器无法控制终端进行环境异常报警时，终端在设定的时间之后自动切换到自制模式，这时终端进行自我环境异常检测，环境出现异常时打开蜂鸣器报警。2.2 基本参数2.2.1 Cortex-M0 终端（1）处理器 LPC11C

18、14，主频最高 50MHz，外接 12MHz 晶体，实际工作 48MHz；（2）1 个 MCU 片上 UART 接口，通过板上 USB 转换后可与 PC 或其它装置；（3）2 个扩展 UART 接口；（4）1 个 CAN 总线接口；（5）1 个 RS-485/RS-422 可选双功能接口；（6）2 路 ADC 输入；（7）1 个 128x64 点阵 OLED 双色（黄和蓝）显示屏；4（8）1 个八段 LED 数码管；2 个 LED 灯；（9）传感器：1 个温湿度传感器；1 个三轴加速度传感器；1 个光敏传感器；1 个蜂鸣器；（10）1 个可控电风扇；（11）1 个 RFID 模块；（12）按键

19、：1 个复位键（Reset）；1 个可控制四个方向和确定功能的五向摇杆键；1 个功能键（Esc）。2.2.2 Zigbee 模块 ZIC2410（1）频率：250kbps（标准 Zigbee 速率）、500kpbs 和 1Mbps；（2）16 条射频通道；（3）Zigbee 模块工作电压：5V（4）支持超出 1 千米的传送范围；AES128 位加密；符合 RoHS 标准。2.2.3 RFID 信息采集 CY14443/SPI（1）通讯速率不大于 3Mbps，MSB 在前，上升沿采样；（2）通信命令格式为：前导头通讯长度命令字数据域校验码；（3）前导头：0 xAA0 xBB 两个字节，若数据域中

20、也包含 0 xAA 那么紧随其后为数据0，但是长度字不增加。（4）信息长度：指明去掉前导头之外的通讯帧所有字节数(含通讯长度字节本身)；（5）命令字：为用户提供各种可用的操作命令；（6）校验码：去掉前导头和校验码字节后，再取通讯帧所含字节的异或值。图 2-1 M0 板硬件图53 方案论证3.1 数据采集方案本设计主要的数据采集方案如下：（1）温湿度采集方案：DHT10 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感器技术，该传感器模块包括一个 NTC 测温元件，一个电阻式感湿元件。它具有成本低，性能稳定，抗干扰能力强等优点。（2）光照采

21、集方案：本设计对光照的采集使用光照传感器 ISL29003 进行采集，该传感器光照强度可从 1lux 调节到 100,000lux 的光照强度，适合该设计要求。与此同时，为了减少光电二极管在光照较弱的环境下输出读数的现象，该传感器表面用金属覆盖。（3）物品信息采集方案：利用 CY14443 射频模块进行采集，该芯片特点如下：采用0.6 微米 CMOS EEPROM 工艺；基于 ISO14443 标准的非接触卡读卡机专用芯片；有特定的工作模式和安全性。CY14443 特别适用于 ISO14443 标准下计费系统或身份识别系统的读卡器的应用。在数据采集的方案中，蜂鸣器和风扇的状态由环境的实际状况进

22、行设定，例如：当环境温度高于我们设定的上限时，此时，蜂鸣器报警，风扇使能。如果一切正常，则蜂鸣器和风扇都处于非使能状态，三轴加速作为辅助的信息利用。获取的数据主要有光度、温湿度、三重加速度、蜂鸣器、风扇的状态。数据结构体描述如下表。表 3-1 数据结构体结构体名成员类型成员名功能描述unsigned chargoods_type物品类型storage_goods_infounsigned intgoods_count物品数量storage_status仓库开关状态led_status仓库 LED 状态buzzer_status仓库 Buzzer 状态fan_status仓库风扇状态unsign

23、ed charseg_status仓库数码管状态xystorage_infosigned charz仓库采集端三轴状态6charsamplingTime20采集数据的时间temperature仓库当前温度temperatureMAX仓库温度上限temperatureMIN仓库温度下限humidity仓库当前湿度humidityMAX仓库湿度上限humidityMIN仓库湿度下限illumination仓库当前光照illuminationMAX仓库光照上限floatilluminationMIN仓库光照下限storage_goods_infogoods_infoGOODS_NUM采集货物信息en

24、v_info_clien_addrstorage_info storage_noSTORAGE_NUM所以仓库实时信息inttable_select_maskenv_operation_masktable_operation_maskstorage_nogoods_operation_masktypes消息队列里的消息类型longmsgtype区别消息的类型msgunsigned chartextQUEUE_MSG_LEN消息正文长度3.2 数据传输方案在本系统设计中，主要数据采用无线通信的方式实现数据的传输，采用了 Zigbee 对于所采集到的环境信息和物品信息传输的方案。Zigbee：ZI

25、CM2410 模块遵循 Zigbee 国际的 IEEE802.15.4 标准，其特点如下：低功耗，低速率，网络路由功能强大，自恢复及冗余性能优异，高可靠性等。每个 Zigbee 网络节点不仅本身可以作为监控对象，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个 Zigbee 网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络7信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。因此，利用 Zigbee 作为本设计的传输方案，用来实现 M0 终端采集数据的传输，并且完成多点同时监控，个节点可以相互控制的功能。3.3 数据保存方案前端 M0 采集的数据保存方案：采用数据库 sql

26、ite3。其优点是其不需要任何数据库引擎，使用者不用安装数据库就可以用 sqlite 来保存本设计相关的数据，温湿度，光照，物品信息等等，因此该系统采用数据库 sqlite3。3.4 主控制处理器的选取主控制处理器选择了 NXP Semiconductors 的 LPC11C14。基于 ARM Cortex-M0 内核的 LPC11C14 是 ARM Cortex-M0 系列低功耗、低成本、的 32 位处理器，并且相比其它的ARM 内核处理器主频低的多，它的最高主频可以工作到 50MHz。其在保证功能完善的情况下所需的功耗是相当低的。处理数据的速度快，功耗低，抗干扰能力强，因此本设计采用了 C

27、ortex-M0 作为数据采集终端。4 系统硬件架构4.1 系统整体设计M0 终端负责对当前环境信息(温度、湿度、光照等)进行采集，初步对数据进行处理打包并通过无线通信设备 Zigbee 发送给 Cortex-A8(以下简称 A8 服务器)，A8 服务器对数据进行处理后给 M0 终端发送指令实时响应各种操作。该系统的相关信息主要包括温湿度、光感度、三轴加速度、风扇、蜂鸣器、LED 灯、数码管显示、M0 终端液晶屏显示、以及物品相关信息。数据采集终端 M0 与 A8 服务器进行数据交互采用的 Zigbee 无线通信设备，Zigbee与 M0 终端之间的衔接采用的是串行外设接口(SPI) 总线、U

28、ART 转 USB（PL2303HX 芯片）。该设备具有功耗低、低速率、低本低、高可靠性、自恢复及冗余性能优异、网络路由功能强大等特点，并且具有良好的网络拓扑结构，适合本设计的要求。多个 Zigbee节点便于组成无线通信网。8图 4-1 系统结构框图4.2 系统硬件设计在本设计中，所涉及到的硬件设计包括：DHT10 数字温湿度传感器电路设计，ISL29003 光照传感器电路设计，Zigbee 无线通信设备 ZICM2410 电路设计以及 CY14443射频模块电路设计。4.2.1 主控制处理器本设计中主控制处理器选择了 NXP Semiconductors 的 LPC11C14 基于 ARM

29、Cortex-M0 内核的 LPC11C14，它是一个低功耗，低成本，最高工作频率 50MHz（实际工作频率48MHz），32 位的 3 级流水线 RISC 处理器，CortexM0 属于 ARMv6-M 架构，1 颗专为嵌入式应用而设计的 ARM 核、可选的唤醒中断控制器 WIC、紧耦合的可嵌套中断微控制器 NVIC，还有基于 AMBA 结构的 AHB-lite 总线和基于 CoreSight 技术的 SWD 或 JTAG调试接口，增加其扩展性能。具有全新的硬件除错单元，很强的的抗干扰能力。9图 4-2 LPC11C14 引脚图4.2.2 Zigbee 模块 ZICM2410 芯片电路设计本

30、设计采用 Zigbee 进行数据无线传输，芯片选择了 ZIC2410，其作为兼容 Zigbee 的核心硬件处理芯片，在完成无线通信、Zigbee 组网，数据收发及处理，等运行中，发挥着至关重要的作用。其内核芯片 ZIC2410 遵从 Zigbee 规范和 IEEE802.15.4 标准，是一个真正的单芯片解决方案，包括一个含有基带 modem 的射频收发器、硬连线的 MAC 和内嵌 8051 内核的微控制器（带有内部 Flash 存储器）。根据应用经验，精选最常用的片内外设，包括多个通用 I/O 引脚、定时器、UART，SPI 等，独有的 IIS/SPI/UART 输入输出接口，结合其扩展的

31、500kbps 或 1Mbps 的无线传输数率，可以满足广大的无线应用。模块的高度集成极大的简化了设计、降低了功耗，节约了整个系统的成本。10图 4-3 ZICM2410 原理图4.2.3 CY14443 射频电路设计本设计射频识别模块采用 CY-14443A 系列射频读写模块，是非接触卡类型芯片，该芯片支持 ISO14443 typeA 协议和 MIFARE 标准的加密算法，遵从 ISO14443 标准，采用0.6 微米 CMOS EEPROM 工艺。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持 UART 接口(-C)，IIC 接口(-U)，或者 SPI 接口(-

32、P),数字电路具有 TTL、CMOS 两种电压工作模式。特别适用于 ISO14443 标准下计费系统或身份识别系统的读卡器的应用。图 4-4 CY14443/SPI 原理图11图 4-5 CY14443 射频模块工作时序图4.2.4 温湿度模块电路设计在本设计中，测温模块的主要器件选取的是 DHT10 数字温湿度传感器，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感器技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。它具有成本低，性能稳定，抗干扰能力强等优点。采

33、用简化的单总线通信，主机通过特定的时序对其进行访问，一次传送给主机 40 位数据，高位先出，其数据格式如下。表 4-1 通信数据据格式数据位39-3231-2423-1615-87-0含义温度整数数据温度小数数据湿度整数数据湿度小数数据校验位图 4-6 DHT11原理图124.2.5 光照传感器 ISL29003 模块电路设计本课题光照数据采集选择 ISL29003，该传感器是一种集成光传感器，内置的整合型ADC 和标准 IIC 接口，该设备能够采集周围光照强度 lux 转化为数字量通过 IIC 输出采集信息，传感器光照强度可从 1lux 调节到 100,000lux 的光照强度，ADC 具有

34、高达 15-bit 有效分解.该传感器被金属覆盖，以减少光电二极管在光照较弱的环境下输出读数的效果，可显示低光度 lux 的功能。图 4-7 ISL29003 原理5 系统软件建构5.1 开发环境搭建搭建基本的环境，包括 Keil，Colink 仿真器配置工具，CoMDKPlugin 插件，嵌入式IAR Embedded Workbench IDE 提供一个框架，任何可用的工具都可以完整地嵌入其中，Zigbee 工具的安装。其中 Keil 软件作为主要的工具，为测试的模块提供编译，下载等条件。（1）Keil 环境搭建：keil uvision4 是一款具有强大内置编辑器的多内核编译调试环境，k

35、eil uvision4 具有灵活的窗口管理系统,支持多台监视器，开发人员可以完全控制任何地方。 keil uvision4 可以完成从工程建立和管理、编译、链接以及目标代码的生成，到硬件仿真(挂接仿真器等硬件)、软件仿真等完整的开发流程，并且支持多种微控制器，例如8051、ARM、AVR 等等。keil uvision4 集成开发环境包括代码编辑器、工程管理器、编译工具链、外部工具和源码级调试器等。keil uvision4 主界面如下图所示。13图 5-1 keiluv4 主界面（2）IAR Embedded Workbench IDE 搭建：8 位、16 位以及 32 位的微处理器和微控

36、制器都用使用嵌入式 IAR Embedded Workbench 适用，它为用户提供项目需要的开发环境。其开发环境具有易学和具有最大量代码继承能力的特点，以及对大多数和特殊目标的支持。通过 IAR 工具，用户可以大大节省工作时间提高用户的工作效率。实现“不同架构，同一解决方案”的理念。点击该软件安装，进入安装界面如下图。并选择绿色标记的选项，按照提示完成安装。图 5-2 IAR 安装界面其他工具的安装都根据相关的提示进行操作，至此软件环境和工具安装完成。145.2 软件整体设计在整体软件设计采用 C 语言编写, 实现 Cortex-M0 的各项功能。编程的程序包括：初始化程序、主程序、定时中断

37、服务程序、各子程序模块等。采用模块化结构程序设计按照一定的逻辑来编写，主要目的是为了方便程序调试和提高可靠性。本系统主要分为：前端数据中心(A8)和远程监控终端(M0)。具体过程为。（1）M0 终端全天 24 小时采集温度、湿度、光感数据等环境参数，记录物品刷卡信息；（2）无用 Zigbee 无线通信方式把采集到的环境相关数据和物品信息发送给 A8 服务器；（3）数据接收由 A8 的 M0 线程负责，并激活数据库线程对数据库进行相应的处理，再根据相关的数据参数进行判断处理进行如果数据出现异常，则进行报警；（4）通过 Zigbee 技术建立信息采集网。用户可查询数据历史记录，也可向各个监控点发送

38、查询命令，查询当前数据信息。Cortex-M0初始化数据是否有效打包数据采集数据ZigBee发送数据温度、湿度、光度、三轴加速度、电量、ADC主程序（while）YES拆包数据采集磁卡数据YES数据是否有效YESYES关闭M0自动控制，改为A8-M0控制风扇蜂鸣器LED数码管不同命令控制不同设备ZigBee接收数据中断M0自动控制打开M0自动控制且数据有效风扇蜂鸣器不同命令控制不同设备YESNONONOYES轮询刷卡图 5-3 主要流程图155.3 主要模块程序的设计5.3.1 相关数据采集模块基于本设计的要求，采集的数据主要有光度、温湿度、三重加速度、蜂鸣器、风扇的状态。物品相应信息等等。调

39、用读温湿度的接口函数 Read_Temp_Hum(temp, hum)。调用读光强的接口函数 light_read()，调用读三重加速度的接口函数 acc_read(&x, &y, &z)，读到数据保存数据到 x，y，z 中；在读三重加速度时，必须要有一个初始位置作为参考值（也即是要初始化这 3 个变量），一般都是以水平作为参考值。 #define XOFF 0 #define YOFF 0 #define ZOFF 0读到的数据如下保存。 data.x = x+XOFF; data.y = y+YOFF; data.z = z+ZOFF;部分程序如下，主要程序详见附录

40、。我自定义了获取状态：蜂鸣器、风扇、led 灯使能为 1，否则为 0；获取这些状态值时都是在不同代码段中的下的运行获取。LED 流程图如图 5-4 所示.led线程pthread_led()等待唤醒pthread_cond_wait()获取led模块掩码dev_led_mask控制A8板上4个led开关Ioctl（dev_led_fd，）信号唤醒执行完毕返回打开设备文件open图 5-4 LED 流程图16（1）环境结构体包含：数据头，数据类型、仓库号、温度、湿度、三轴加速、光度、电量、ADC。struct sendEnvuint8_t head3; /标识位 st:uint8_t type;

41、 /数据类型uint8_t snum; /仓库编号uint8_t temp2; /温度uint8_t hum2; /湿度uint8_t x; /三轴信息uint8_t y;uint8_t z;uint32_t ill; /光照uint32_t bet; /电池电量uint32_t adc; /电位器信息;（2）RFID 物品识别结构体包含：数据头、数据类型、I/O、物品编号、物品数量。struct sendGoodsuint8_t head3; /标识位 st:uint8_t type; /数据类型uint8_t io; /进出仓库uint8_t goodsno; /商品编号uint8_t g

42、oodsnum; /商品数量;5.3.2 无线传输的实现在本设计中所选用的无线网络是采用的 Zigbee 无线通信协议，Zigbee 的底层技术基于 IEEE 802.15.4，即其物理层和媒体访问控制层直接使用了 IEEE 802.15.4 的定义。它是一种适用远程监控、数据传输、无线网络组网运用的技术。Zigbee 无线通信主要有以下特点：（1）高容量：Zigbee 可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多可管理 254 个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000 个节点的大网；17（2）功耗低：在低耗电待机模式下，2 节 5 号干电池可支持

43、 1 个节点工作 624 个月，甚至更长；（3）低速率：Zigbee 可提供 250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和 20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率，工作速率在 20250kbps 的范围；（4）短延时：Zigbee 的响应速度较快，15ms 就可以实现从睡眠转入工作状态转换，节点连接进入网络只需 30ms，进一步节省了电能；（5）高安全：Zigbee 提供了包括无安全设定、使用访问控制清单(Access Control List, ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码的三级安全模式；（6）低成本：Zigbee 免

44、协议专利费。每块芯片的价格大约为十几块。5.3.3 无线传输程序设计获取要发送的数据(温湿度、光强强度、三重加速度、风扇和 LED 灯的使能状态)，获取数据主要是调用相应的接口函数实现获取数据，获取数据后，再把获取数据保存到struct Obtain_data 结构体中去，需要把结构体强制转换成字符形式，即使用（uint8_t *）&data，最后通过 Zigbee_PutChar()函数发送；在持续的发送数据是我们是用了一个死循环while(1)，这样可以实时的获取数据并且发送实时数据。部分代码如下：void Send(void)int i;uint8_t *ptr;while(1)

45、Temp_Hum_Test();Axis3_Test();Light_Test();FAN_Test();LED_Test(); /获取数值ptr = (uint8_t *)&data;for(i = 0;isizeof(data);i+)Zigbee_PutChar(*(ptr+i);/数据发送函数Zigbee 发送函数主要有：Zigbee_PutChar(uint8_t Ch)；18SPI752_PutChar(1, Ch)；SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_THR_W, Ch);SPI_UART_CS(0)；SPI_PutGet(1, SPI752_

46、WRITE | (Reg3) | (Channeldata;free (node);pthread_mutex_unlock (&mutex_linklist);if (e = buf.msg_type)getEnvPackage (&buf);else if (r = buf.msg_type)getGoodsPackage (&buf);return 0;205.5 设计运行结果展示本设计中，M0 终端对相应的数据进行采集，并在其终端上 OLED 屏上的显示。接M0 实验开发板和电脑之间的连线。然后，编译链接程序，把程序通过串口下载到芯片中去，重启开发板，全速运行，

47、可以在显示屏上看见采集信息。结果显示：(1)液晶屏上显示的温度时刻在变；(2)对着温湿度传感器用口吹起气，可以看见显示器上的温湿度变化；(3)挡住上面的光照时，显示无光照，放开之后马上显示有光照；(4)温度超过一定值，蜂鸣器会叫，风扇转动起来；(5)把实验板慢慢转动，可以看见三重重力值在不断变化；所以，实验结果表明，这个数据和控制实验是正确的。图 5-6 M0 数据显示6 Qt 用户界面设计显示界面：21显示 M0 工作状态、设置 M0、设置环境变量（点击可以进入进行相关的体验）。图 6-1 显示界面点击显示 M0 工作状态，弹出如下界面。光照、温度、三轴的环境信息。图 6-2 M0 工作状态

48、界面如下图所示。A、点击风速控制就可以控制风扇的速率；B、报警控制 M0 的蜂鸣器；C、M0 LED 控制 M0 的灯；D、FS 210 控制 FS 210 的灯；E、数码管的显示；22图 6-3 M0 设置点击设置环境变量，可以控制环境的上下极限值。（在测试时，为了确保实时性，每一次从新设定极限值时开始生效。）7 测试本课题软件测试部分主要包括：蜂鸣器驱动测试，温湿度传感器测试，光线传感器测试，OLED 测试，CAN 总线测试，RS-485-422 通讯测试，Zigbee 测试，RFID FS_RF522 测试，最后整体功能的 Full 测试。部分实验效果如下所示。 图 7-1 Zigbee

49、 数据发送实验 图 7-2 温湿度数据采集 图 7-3 物品信息采集 图 7-4 光照强度23在操作中出现的错误：（1）服务器接收不到前端发送的数据；（2）仿真器无法烧录入程序；（3）多点采集及相互控制时没有反应；（4）蜂鸣器在报警状态下不报警；（5）数据显示格式不正确。解决办法：（1）Zigbee 模块程序烧写时出现错误，重新烧写后数据传输正常；（2）串口号和波特率设置出错，把 COM1 改成 COM4，波特率改成 115200 后，程序能正常烧写；（3）对 Zigbee 的 id 进行设置，改写了程序中相应的变量，能实现相互接收和控制；（4）检查代码，蜂鸣器的使能变量值被固定赋值成 0，按

50、实际要求改变该变量的赋值方式后，蜂鸣器恢复正常；（5）程序中缓存有点小，当数据量比较大时容易出错，增加缓存后，数据显示格式正确。24结结论论本设计中主控制处理器选择了 NXP Semiconductors 的 LPC11C14 基于 ARM Cortex-M0 内核的 LPC11C14，是 ARM Cortex-M0 系列低功耗、低成本、的 32 位处理器，最高主频可以工作到 50MHz。无论在处理数据的速度上还是在功耗上，亦或是抗干扰能力上，它完全能够胜任终端数据采集的重任。可同时多个 Zigbee 节点与主机服务器进行数据交互；Cortex-M0 数据采集端可与 PC 服务器端和 Cort

51、ex-A8 Linux 服务器端进行数据交互，兼容性可靠、稳定。通过本人的学习以及其他同学和老师的帮助，最终本设计得以完成。本设计能够实现对环境数据的采集，传感器采集温度、湿度、光照等数据，射频识别装置读取产品入库信息，所有的数据通过 Zigbee 无线传输方式进行传输。将各个采集节点通过 Zigbee 技术建立信息采集网。实现查询等功能。25参考文献1 周立功. ARM 嵌入式系统基础教程.北京航空航天大学出版社. 2010.2 朱文凯, 何岭松, 丁汉等. 基于 Internet 的嵌入式 Web 传感器 J. 传感器技术,2002,8:1-4.3 杨叔子, 史铁林, 李东晓. 分布式监测

52、诊断系统的开发与设计 J. 振动、测试与诊断, 1997, 17(1): 1-6.4 NicholsH.M.C., BernardC.B., M.H.Remote. Instrument Diagnosis on the Internet J. IEEE Intelligent System, 1998, (5): 70-76.5 朱文凯, 陶波, 何岭松. 基于 Internet 的测控系统网络化仪器 J. 中国计量, 2004,7:53-54.6 李之明, 高玉琢. DELPHI 7 组件经典解析 M. 中国铁道出版社, 2003. 6.7 飞思科技产品研发中心. DELPHI 7 组件及

53、分布式应用开发 M. 电子工业出版社, 2003, 1.8 Raghu Ramakrishnan, Johannes Gehrke. DATABASE MANAGEMENT SYSTEMS M. 清华大学出版社,2002,12.9 David Sceppd. ADO PROGRAM TECHNOLOGY M. 清华大学出版社, 2001, 1.10 柳树春. 基于 Web 3-Tier 客户、服务器体系的应用系统开发与实现 J. 计算机工程与应用,2004. 11 曹军义, 刘曙光. 基于 Internet 的远程测控技术 J. 2001,6：17-21.12 孙德明, 何正嘉. 快速构建基于

54、 Web 的远程测控系统 J. 计算机工程与应用. 2003,23：l60-162.13 朱文凯, 陶波, 何岭松. 基于 Internet 的测控系统 J. 中国计量.2004，7： 53-54.14 杨叔子, 史铁林, 李东晓. 分布式监测诊断系统的开发与设计 J. 振动、测试与诊断. 1997,17(l)：l-6.15 凌振宝, 王君, 马心璐. 一种网络测控模型的研究. 仪表技术与传感器. 2003,2：37-38.16 朱文凯 ,陶波, 何岭松. 基于 Internet 的嵌入式 e-维护装置. 测控技术. 2002,21(6)：17-21.17 朱文凯, 何岭松, 丁汉等. 基于

55、Internet 的嵌入式 Web 传感器 J. 传感器技术. 2002, 8： 1-4.18 谭浩强. C 语言程序设计 M. 北京：清华大学出版社，2007.19 H.Y.Kanaan, K.AI-Haddad. Modeling and Simulation of DC-DC Power 26Converters In CCM and DCM Using the Switching Functions Approach: Application To the Buck and Cuk Converters C. Power Electronics and Drives Systems,

56、2005 International Conferonce, 2005, 1(16): 468-473. 27致致谢谢本设计及论文是在指导老师杨胜利和校内指导姜韶军老师的耐心指导下完成的。首老师渊博的专业知识、精益求精的工作作风、严谨的治学态度、诲人不倦的高尚师德、严以律己、宽以待人、朴实无华、平易近人，这些人格魅力对我们产生了深远的影响。从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，从软件部分的大致框架到软件部分的细小功能，都是严格把关，循循善诱。特别感谢指导教师姜韶军的指导与督促、亲切关心和谆谆教诲。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学

57、习生活的开始俗话说授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化之间，我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，也领会了对待知识，走向社会的思维方式。是我的一笔宝贵的财富。在此，谨向杨老师和姜老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！28附附录录/* RFID 卡的数据读写程序*/ RFID 卡的数据读写程序：#include #include LPC11xx.h#include uart.h#include gpio.h#include rc522.h#include ssp.hMenu_TypeDef menu;uint16_t key, x;uint8_trbuf36, chksum;

58、char buf8;uint32_t i, j;menu.max_numb = 3;menu.numb = 1;menu.title = RFID;menu.item0 = 1.Read Card;/lCD 屏菜单menu.item1 = 2.Write data1;menu.item2 = 3.Write data2;Dis_Menu(menu);GPIOSetDir(PORT2, 8, 0);while(menu.numb)key = KEY_Read();/读取键值switch(key)case KEY_UP:29if(menu.numb 1)menu.numb -;elsemenu.numb = menu.max_numb;Dis_Menu(menu);break;case KEY_DOWN: if(menu.numb menu.max_numb)menu.numb +;elsemenu.numb = 1;Dis_Menu(menu);break;case KEY_SEL:/根据键值选择是读卡，还是写卡switch(menu.numb)case 1:/读卡printf(rnRFID Read); j = RFID_Ope