STM控制器资料

1、第四章BACnet专用控制器软硬件系统BACnet专用控制器硬件系统硬件结构本控制器的硬件平台为嵌入式 STM32V5开发板，主要由STM32F103微控制器组成，该微控制器带有以太网接口和RS485接口，其他还包括电源模块、ADC （数/模转换器）模块、存储器单元等错误,未找到引用源。硬件模型如下图所示：I11电源晶振路由器工作站图控制器硬件构成STM32MCU 简介本控制器主芯片选用基于ARM Cortex-M3 32位RISC内核的高性能STM32F103VET6。因为拥有内置的 ARM 内核，因此它与所有的 ARM 工具和 软件兼容，所以软件开发平台我们选取 Keil Mision5。

2、芯片的主要特性如下： 工作频率为72MHz;工作电压为2.0V-3.6V,工作温度在-40 C至+105 C的范围；它具有100引脚封装，有着多达80个快速I/O端口和联接到两条APB总线 的外设；内置高速存储器（128K字节的闪存和20K字节的SRAM）;2个12位的ADC ,用于对输入电源和负载电流检测，具有双采样和保持功能，A/D测量范围：0-3.6 V,片上集成了温度传感器；拥有4个通用16位定时器、2个看门狗定时器以及一个 PWM定时器，所以 在时序方面能够达到BACnet需求。3个USART接口，其中一个用于 MS/TP总线的串口收发；2个I2C （SMBus/PMbus）和2个S

3、PI同步串行接口（ 1兆位/秒）；内嵌4至16MHz高速晶体振荡器、带校准功能的32kHz RTC振荡器、40kHz的RC振荡器、经出厂调校的8MHz的RC振荡器；一个USB和一个CAN接口；支持三种低功耗模式：睡眠模式、停机模式和待机模式，用以保证低功耗应用的省电要求。调试模式包括：用行线调试（SWD）和JTAG接口，本文使用JTAG调试。RS485通信模块本控制器中使用的RS-485收发器芯片为SP349Q SP3490是+3.3V低功耗的 全双工收发器，符合RS-485电气规范，能够满足本文控制器有关串行通信的需 求，数据传输速率可高达10Mbps （带负载），可实现低功耗操作，而且同时

4、不会 降低性能。其他特性还包括：可与+5V的逻辑电路共同工作;-7V+12V的共模输入电压范围;200mV的接收器输入灵敏度;允许在同一申行总线上连接32个收发器等;兼容 LTC490 和 SN75179。Pg?3心、口4vrr*O BEAD15 佻人口I 6 1JLAD图4-2 RS-485接口电路电源模块通过稳压器AMS1117-3.3输入+5V,提供3.3V的固定电压输出，为了降低电磁干扰，电容C1-C5为CPU提供BANK电源滤波。VREF+采用VDDA电源 基准。LED灯显示当前电源连通状态。为 RTC的备份电源采用V1 3.3V锂离子 片状电池。该稳压器应用范围广泛，可用于高效线性

5、稳压器、后置稳压器、用于交换式 电源、5V至3.3V线性稳压器、有源SCSI终端等。G 口图4-3电源模块电路时钟源电路共需要两路时钟输入，一路是 CPU处理器的工作时钟，另一路提供给 RTC 电路。低速外部时钟源（LSE）为32.768KHz晶体谐振器B2。C10、C11谐振电容选 择6P。外部晶体/陶瓷谐振器（HSE）为8MHz晶体谐振器B1, C8、C9谐振电容选择10P,系统的时钟经过PLL模块将时钟提高到72MHz。w_/；11 八-32 ffKKri)ftpPE2TRACECK/ FSMC_ 帛 PEyTRACEDafFSMC_A19 pr：4RAc f p i rsnw a20

6、PE5，R21 FE&TRACEgFSMC二 A22 VBA1PCiyiAMPLR-RKPC I % 门SCK TNPt ISUSL32 DL LVSS5V)D_5DSC OUT、心IPC(VADCI23 tNIOPCI SIX 123 NII图4-4时钟源电路JTAG 接口JTAG（Joint test action group俎是一种国际标准测试协议 （IEEE 1149.1兼容）， 主要用于芯片代码的烧写和测试。因为 ARM内核的处理器中都集成了 JTAG调 试模块，本文选用的STM32处理器就是如此，所以对于 ARM系统来说，使用 JTAG的调试模式最方便。同时JTAG调试具有很多的优

7、点，比如软件硬件均可 调试，十分便捷、无需任何监控程序、可以重复利用JTAG硬件测试接口，还能够在RAM和ROM中设置断点。综上考虑，本文选取了 JTAG作为本控制器的 调试模式，控制器的JTAG接口电路如下图：图4-5 JTAG接口电路BACnet专用控制器软件设计本文中的控制器是一个按照BACnet互操作性要求设计的BACnet专用控制 器（B-ASC）,采用了主流的软硬件技术，具有模拟输入 /输出、数字输入/输出。 控制器的软件设计以嵌入式实时操作系统心/OS- R为基础，采用多任务机制，通过任务调度和任务监视，具有较好的实时性和可靠性。软件层面的模型如下图4-6:网络与服务对象实例集D

8、evice Communication Control 或 Read Property 或 Write PropertyI/O模块应用程序Device对象Analog-Input 对象Analog-Output 对象Binary-Input 对象Binary-Out 对象Result+或者 ResultWho-ha或者 Who-isI-have或者 I-am嵌入式uC/OS-II操作系统图4-6控制器软件模型需求分析由于使用一致性类和功能组的概念进行 BACnet系统的说明和设计有一定难 度且较为抽象，所以为了更清晰明了的对 BACnet网络中的DDC控制系统进行 说明和描述，ASHRAE 1

9、3 DDC (ASHRAE Guideline-13 , Special Direct Digital Control System)总2了 DDC系统的体系结构、输入/输出接口结构、通信、程 序配置和系统测试等方面，定义了一种设计及说明DDC控制系统的标准化方法错误,未找到引用源。该方法将对楼宇自控系统内任意设备间的交互内容描述总结为以下5个互操作域：“数据共享” (Data Sharing)互操作域；“报警与事件管理” (Alarm and Event Management互操作域；“时间安排”(Scheduling)互操作域；“趋势或日志” (Trending)互操作域；“设备与网络管理

10、” (Device and Network Management互操作域。BACnet协议共定义了 6个类型的BACnet标准设备：操作员工作站(Operator Workstation, B-OWS)楼宇控制器(Building Controller , B-BC)高级应用控制器(Advanced Application Controller, B-AAC )专用控制器(Application Specific Controller, B-ASC)智能执行器(Smart Actuator, B-SA)智能传感器(Smart Sensor B-SS)这6种标准设备各自实现不同类别的互操作域(I

11、nteroperation Area)。本文 设计的控制属于BACnet专用控制器(B-ASC ),它所实现的功能用互操作域描 述如下：(1)数据共享：允许其他设备访问所有对象的属性值；允许其他设备(如 操作员工作站B-OWS)修改所有或部分对象的属性值；(2)报警与事件管理：不要求支持该项功能；(3)时间安排：不要求支持该项功能；(4)趋势与日志：不要求支持该项功能；(5)设备与网络管理：只允许设置状态和控制参数。具体到实际中，一个典型的BACnet控制器应具备以下几个方面的功能：(1)通信功能：正确收发报文，能够和网络内其他的 BACnet设备进行通 信。(2)监视功能：监视与它相连的控制

12、设备的状态，并能够将其状态信息传 达到网BACnet络中。(3)控制功能：能够控制与其相连的底层设备的运行状态基于BACnet协议的控制器通信本文使用了 BACnet的一个开源协议进行二次开发，最新版本的源码可以从 网站下载，本文使用的源码版本为 bacnet-stack-0.8.2该开源协议 栈可移植到多种体系结构的芯片中，可实现 BACnet服务器、客户机和路由器等 功能，使用时根据需要进行选择。协议栈同时实现了大部分的 BACnet协议标准 服务的编码和解码函数，对于比如模拟输入/输出、数字输入/输出等常用的BACnet对象也得到应用，可以满足本文的开发使用需求。BACnet协议栈在本文

13、所设计控制器中的整体实现过程如下图4-7所示:图4-7协议栈实现示意图根据手上STM32开发板的硬件配置和考虑到实验室应用环境中的数据参数， 我们在程序中建立了五种 BACnet对象：一个 Device对象、Binary_Input对象、 Binary_Output 对象、Analog_Input 对象、Analog_Output 对象。Binary_Input 对 象对应如回风机运行状态和故障状态，Binary_Output对象对应开发板上的继电器输出，控制相连接开关的启停，Analog_Input对象对应连接传感器输入的模拟 量值例如温度、湿度、压力等，Analog_Output对象对应输

14、出的模拟量信号如回 风机频率调节等。Device对象则是对设备的概括描述，包含了基本信息。对控制器中BACnet参数的配置包括MAC地址、设备对象实例等。设备对 象实例没有硬性要求，只要不和互联网络内其他设备重复即可，此处设置为103;因为实验室内还有另外5个标准MS/TP设备，所以为了有序而将 MAC地址设 置为6。控制器与其他BACnet设备间的通信基于不同的应用服务，具有不同的互操作功能。本文的BACnet专用控制器主要具有数据共享和网络管理两部分互操作 内容。通过 ReadProperty. WriteProperty、Who-Is、Who-Has 等完成服务发起方 和服务执行方之间的操作。PID控制算法作为楼宇自控系统，需要对很多环境参数进行控制，例如温度、湿度、压力等，而控制器在运行时可以集成一些控制算法来实时控制设备运行状态。 在自控 系统中，数据参数会一直处于变化状态， 很难建立出一个精确的数学模型， 采用 PID控制算法在此时就可以起到较好的效果。因为该算法的简单、鲁棒性强等优