便攜式多點(diǎn)溫度同步采集系統(tǒng)設(shè)計
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2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
在溫度同步采集系統(tǒng)中，STM32F103VC完成無線通信、溫度檢測、參數(shù)輸入與顯示、SD卡讀寫等功能。整個系統(tǒng)軟件部分包括主程序、人機(jī)接口程序、無線通信程序、SD卡讀寫程序、文件系統(tǒng)程序、溫度計算程序、實(shí)時時間讀取、自診斷等功能模塊。由于軟件較復(fù)雜，所以實(shí)際編程中嵌入了μC／OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)。
2．1 μC／OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)
μC／OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)是真正源碼公開的，采用占先式的實(shí)時內(nèi)核，支持多達(dá)56個用戶任務(wù)，穩(wěn)定性和可靠性高，而且移植方便，占用內(nèi)存小。μC／OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)中各任務(wù)要分配不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級用數(shù)字表示，數(shù)字越小其優(yōu)先級越高。針對本系統(tǒng)中各任務(wù)的重要性，為各任務(wù)分配了表1所示的優(yōu)先級。本文引用地址：http://www.104case.com/article/194741.htm
2．2 無線通信程序
無線通信程序主要完成基于NRF24L01的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，要嚴(yán)格遵守其發(fā)送及接收時序。由于溫度采集時每個系統(tǒng)都可能成為發(fā)出同步啟動信號的主機(jī)，因此采集前NRF24L01都配置為接受模式。若某個系統(tǒng)檢測到已滿足啟動條件，則自動配置為發(fā)送模式，將同步啟動信號發(fā)送給其它系統(tǒng)，于是同步采集開始。將NRF24L01配置為增強(qiáng)型ShockBurst模式并啟動自動應(yīng)答，這樣可以在接收方接收到信號后自動產(chǎn)生應(yīng)答以確認(rèn)通信的正確性，發(fā)送方未收到應(yīng)答則會自動重發(fā)，無需增加控制器的工作量。
2．3 SD卡讀寫程序
本系統(tǒng)SD卡采用了FatFS文件系統(tǒng)以方便將SD卡內(nèi)的數(shù)據(jù)通過讀卡器導(dǎo)入到上位計算機(jī)。FatFS是一種通用的文件系統(tǒng)模塊，在小型嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)FAT文件系統(tǒng)。FatFS文件系統(tǒng)使用非常方便，因?yàn)镕atFS模塊完全與磁盤I／O層分開，因此只需要改寫對應(yīng)的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)底層物理磁盤的讀寫與獲取當(dāng)前時間即可。本設(shè)計中應(yīng)用到這幾個函數(shù)：disk_initialize用來初始化磁盤驅(qū)動器，這里初始化SD卡；disk_read用來讀SD卡扇區(qū)；disk_write用來寫SD卡扇區(qū)；disk_ioctl用來控制與設(shè)備相關(guān)的特性；get_fattime用來獲取當(dāng)前時間，為文件加蓋時間戳。時間的獲取采用讀STM32內(nèi)部RTC的方式實(shí)現(xiàn)，為此，要在RTC的備用電池引腳接3V的紐扣電池，以實(shí)現(xiàn)掉電后的時間維持。
3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)
實(shí)驗(yàn)表明，NRF24L01芯片在2 Mbit／s的傳輸速率下，若SPI總線速率控制為4 Mbit／s，則主機(jī)發(fā)送從機(jī)地址與一個字節(jié)數(shù)據(jù)需要90μs左右的時間延遲，因此無線同步采集的時問誤差可控制在90μs。若主機(jī)發(fā)送完同步信號后延遲90μs再啟動采樣，則同步采集的時間誤差可控制在10μs內(nèi)，可滿足絕大部分同步采集的需要。經(jīng)測試，只加板載天線時無線傳輸距離在空曠地可達(dá)50 m，若使用專用天線，則無線傳輸距離可達(dá)150 m，適用于多種測量領(lǐng)域。
4 結(jié)束語
本文所設(shè)計的溫度同步采集系統(tǒng)具有成本低、精度高及可靠性高、通信距離遠(yuǎn)、存儲容量大等優(yōu)點(diǎn)，調(diào)節(jié)電位器即可實(shí)現(xiàn)溫度量程的調(diào)節(jié)，既適用常溫范圍測量，又適用于工業(yè)溫度范圍測量。同步采集后的數(shù)據(jù)很容易在計算機(jī)中進(jìn)行分析、處理及打印等。將溫度調(diào)理電路做少量修改即可實(shí)現(xiàn)對壓力、濕度等其它物理量的同步采集，因此應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
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