基于μC／OS―II操作系統的數據采集控制系統

摘要：為了滿足自動灌溉施肥的要求，開發了一款數據采集控制系統。以ARM處理器為核心，設計了數據采集和控制模塊。各模塊之間通過485總線連接，采用標準的MODBUS協議通信。根據系統軟硬件環境定制了μC／OS―II操作系統和文件系統。該系統實現了多任務的有效調度，大容量的數據存儲以及遠程網絡訪問。此系統已經應用于灌溉施肥的控制，并且能夠根據用戶的設置很好的完成施肥任務。
關鍵詞：數據采集；ARM；RS485；Modbus；C／OS―II；文件系統

O 引言
隨著計算機技術、電子技術和控制技術的發展，智能化、自動化、精確化的灌溉和施肥技術正逐漸取代傳統的灌溉方式。在施肥過程中，需要在線檢測肥料溶液的酸堿度和電導率以及灌溉壓力、管道流量等，然后根據這些參數來控制電磁閥和水泵的運行達到自動灌溉施肥的目的。目前，常用的數據采集控制系統都是為某一實際應用而設計的，通用性和可擴展性差、數據存儲能力不足，價格昂貴。因此基于周立功公司的ARM7核心板設計了一種通用的數據采集控制系統，并且已經應用到自動灌溉施肥系統中，能夠滿足穩定性，實時性以及大容量的數據存儲的要求。該數據采集控制系統采用模塊化設計，可以很方便的擴展和剪裁模塊，同時只要對軟件進行少量修改就可以方便的移植到其它應用系統中。

1 系統總體設計
系統總體結構框圖如圖1所示。系統采用LPC2220工業級ARM7微控制器，內嵌μC／0S―II實時操作系統，支持10M以太網(工業級)、CF卡接口、USB主機控制器、板載電子硬盤FOB(Flash On Board)、A／D轉換、低功耗RTC等功能。核心模塊與各采集控制模塊之間采用具有光電隔離的RS485通訊接口。基于RS485總線的數據采集控制模塊，可實現對電壓、電流、脈沖／頻率、狀態量等各種類型信號的采集和開關量控制，以滿足設施環境內各種傳感器數據的采集和執行機構的智能化控制。通過系統硬件擴展和軟件開發，可完整地實現數據采集、存儲、報警、設備控制、智能管理、報表統計等通用功能，滿足各種設施環境的智能控制與管理。

2 硬件設計
2．1 MiniARM工控模塊
MiniARM工控模塊主要由LPC2220(ARM7TDMI)微控制器、程序存儲器、數據存儲器、工業級以太網控制器CS8900A、USB Host控制器和NAND F1ash存儲器組成。MiniARM工控模塊接口圖如圖2所示。

同時工控模塊有256M的板載電子盤，一個標準的外置RTC實時時鐘(PCF8563)，2個UART控制器，一路高速I2C總線以及一路高速SPI總線等硬件資源。同時工控模塊內嵌μC／OS―II實時操作系統，TCP／IP協議以及FAT32文件管理系統等。工控模塊上的這些軟硬件資源，可以很方便的實現遠程網絡訪問，以及大容量的數據存儲，滿足我們的需要。
2．2．1 數據采集／控制模塊設計
數據采集／控制模塊的設計如圖3所示，具有4個輸入或輸出通道，通過單片機實現數據采集與控制，與核心模塊之間通過RS485總線實現通訊，采用光電隔離技術和內嵌工業標準的Modbus協議，有效增強通訊穩定性，通訊距離可延伸至1200米，總線驅動能力可達128個模塊。