智汇工业-智慧工业、智能制造及工业智能、工业互联门户网站,专业的工业“互联网+”传媒

基于ARM處理器AT91S的M2M終端設(shè)計

來源:網(wǎng)絡(luò)

點擊:1406

A+ A-

所屬頻道:新聞中心

關(guān)鍵詞: ARM處理器,M2M終端

      引言

      目前,對輸油管道、電力裝置、油井等進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控主要采用人工巡邏的方式,這種方式存在實時性差、成本高、浪費人力資源、無法對環(huán)境惡劣的地區(qū)進(jìn)行監(jiān)控、可能出現(xiàn)誤報等缺點。隨著工業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)代化水平的提高和通信技術(shù)的發(fā)展,這種生產(chǎn)方式亟待得到改善。

      M2M是指應(yīng)用無線移動通信技術(shù),實現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器與人之間數(shù)據(jù)通信和交流的一系列技術(shù)及其組合的總稱。GPRS具有覆蓋地域廣、通信距離遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)可靠性高等優(yōu)點。隨著GPRS的推廣和應(yīng)用,以及基于GPRS的M2M產(chǎn)品的推出,采用GPRS技術(shù)來解決上述問題成為一種較好的方案。

      嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點之一。采用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計一種可以解決遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域數(shù)據(jù)傳輸問題的通用終端是必要的。本文重點闡述了基于嵌入式ARM處理器,結(jié)合GPRS模塊MC35i設(shè)計M2M終端的總體設(shè)計方案。

      系統(tǒng)硬件組成

      M2M終端的硬件核心為GPRS通信模塊MC35i和ARM處理器AT91SAM7S64,它們的接口設(shè)計如圖1所示。M2M終端對外留有2個RS232串口,通過發(fā)送預(yù)先定義好的數(shù)字指令,可以實現(xiàn)M2M終端的啟動、關(guān)閉等。當(dāng)M2M終端與Internet建立連接后,只需把封裝好的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到M2M終端,由其完成向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。

    基于ARM處理器AT91S的M2M終端設(shè)計

      GPRS模塊

      GPRS模塊是實現(xiàn)M2M終端平臺的核心部分,設(shè)計中采用西門子公司的GPRS通信模塊MC35i。本模塊包括CPU接口電路、SIM卡接口電路和MC35i外圍電路,MC35i支持GPRS的四種編碼協(xié)議CS-1、CS-2、CS-3和CS-4,理論上最高傳輸速率可達(dá)172kbps。它具備完整的GSM和GPRS功能,可以廣泛應(yīng)用在相關(guān)的M2M數(shù)據(jù)傳輸平臺上。MC35i提供了標(biāo)準(zhǔn)AT命令界面和一個RS232接口,用于與外部應(yīng)用系統(tǒng)連接。

      ARM處理器

      本數(shù)據(jù)傳輸平臺處理器采用ATMEL公司生產(chǎn)的32位ARM7TDMI體系結(jié)構(gòu)處理器AT91SAM7S64,該芯片采用3.3V電壓進(jìn)行供電,支持低功耗模式,它具有64kB的FLASH和16kB的SRAM,具備豐富的外圍設(shè)備資源,其中包括3個UART通信串口和1個USB2.0全速設(shè)備,利用本芯片完成系統(tǒng)功能的同時可以實現(xiàn)系統(tǒng)的高性價比。CPU模塊硬件電路包括:時鐘電路、JTAG接口電路,RS232接口電路等。

      電源設(shè)計

      系統(tǒng)采用9V電源進(jìn)行供電,經(jīng)過TI公司LDO降壓芯片UA7805進(jìn)行一次降壓,使電壓降至5V。GPRS模塊MC35i要求的電源電壓為3.3V~4.8V,而且要求電源必須能夠提供2A的尖峰電流,因此需要將5V電源通過一個0.7V壓降的肖特基二極管1N5819后輸入MC35i,同時需要接入耐壓25V、1000μF的電解電容,以為MC35i提供足夠的尖峰電流,將5V電源經(jīng)過TI公司電源模塊REG1117-3.3將電壓降至3.3V,為微處理器及其他芯片提供電源。

      嵌入式軟件設(shè)計

      采用嵌入式實時操作系統(tǒng)可以更合適、有效地利用CPU的資源,簡化應(yīng)用軟件的設(shè)計,縮短系統(tǒng)開發(fā)時間,更好地保證系統(tǒng)的實時陛和可靠性。FreeRTOS是在Sourceforge網(wǎng)站上發(fā)布的微內(nèi)核嵌入式實時操作系統(tǒng),它是完全免費的操作系統(tǒng),具有源碼公開、可移植、可裁減、調(diào)度策略靈活的特點。作為一個輕量級的操作系統(tǒng),F(xiàn)reeRTOS提供的功能包括:任務(wù)管理、時間管理、信號量、消息隊列、內(nèi)存管理等

      FreeRTOS支持優(yōu)先級和輪換時間片兩種調(diào)度算法,可根據(jù)用戶需要設(shè)置為可剝奪型內(nèi)核或不可剝奪型內(nèi)核。本文基于FreeRTOS給出了M2M終端實現(xiàn)PPP協(xié)商以及數(shù)據(jù)封裝傳輸?shù)能浖O(shè)計方案。

      基于狀態(tài)機(jī)設(shè)計GPRS連接任務(wù)

      由于網(wǎng)絡(luò)和信號較弱等原因,可能導(dǎo)致節(jié)點與GPRS網(wǎng)絡(luò)連接的失敗,采用基于狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法對各個階段產(chǎn)生的錯誤進(jìn)行處理,能保障模塊與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立可靠連接。程序狀態(tài)機(jī)如圖2所示。

    基于ARM處理器AT91S的M2M終端設(shè)計

      閑待命態(tài):此時MC35i處在離線關(guān)閉狀態(tài),節(jié)點處在低功耗模式下,系統(tǒng)復(fù)位后處于此狀態(tài)。

      GPRS參數(shù)設(shè)置態(tài):處理器控制啟動MC35i模塊后進(jìn)入此狀態(tài),通過發(fā)送AT命令對模塊及必要的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,為使各個參數(shù)均設(shè)置成功,軟件設(shè)計中增加了容錯重試機(jī)制。

      PPP協(xié)商態(tài):GPRS參數(shù)設(shè)置完成后,通過發(fā)送AT*99***1#命令開始MC35i模塊與GPRS網(wǎng)絡(luò)ISP(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商)的PPP協(xié)商軟件設(shè)計中采用LCPHandler()函數(shù)完成LCP協(xié)商,PAPHandler()完成認(rèn)證,由IPCPHandler()完成IPCP協(xié)商,如果最后獲得ISP和本節(jié)點的IP地址,則進(jìn)入PPPOVER態(tài),此后就能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸了,由于GPRS網(wǎng)絡(luò)等原因,PPP協(xié)商有時會失敗,此時應(yīng)重啟MC35i模塊,再按照狀態(tài)機(jī)流程重新連接。

      UDP數(shù)據(jù)傳輸態(tài):當(dāng)程序采用UDP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時,程序進(jìn)入此狀態(tài),通過xDataTrsmtTask()任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的UDP/IP封裝和解析。

      TCP數(shù)據(jù)傳輸態(tài):當(dāng)節(jié)點調(diào)用uip_cionnect()函數(shù)與監(jiān)控中心建立連接后,程序進(jìn)入TCP數(shù)據(jù)傳輸態(tài),進(jìn)行基于TCP的數(shù)據(jù)傳輸。

      數(shù)據(jù)的封裝和傳輸

      通過GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸需要經(jīng)過Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行中轉(zhuǎn),因而傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝必須進(jìn)行TCP/IP協(xié)議。文中利用軟件進(jìn)行了數(shù)據(jù)封裝,需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過傳輸層UDP協(xié)議頭封裝,然后是IP協(xié)議頭的封裝,最后進(jìn)行PPP協(xié)議的封裝。

      MC35i將接收到的數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)絀nternet網(wǎng)絡(luò)中。通過Internet網(wǎng)絡(luò)路由器中轉(zhuǎn),最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。接收端對接收到的數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的層次進(jìn)行解析,從而確定數(shù)據(jù)的目標(biāo)程序。

      系統(tǒng)軟件設(shè)計采用分層的結(jié)構(gòu),從底到上分別為:串口驅(qū)動層(物理層)、PPP協(xié)議層(鏈路層)、IP協(xié)議層(網(wǎng)絡(luò)層)、UDP協(xié)議和ICMP層(傳輸層)以及應(yīng)用層。在移植好的LwIP協(xié)議棧中,通過在各層中建立相應(yīng)功能的線程,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的封裝。底層軟件為上層軟件提供函數(shù)支持,上層軟件利用底層軟件完成應(yīng)用程序的編寫和實現(xiàn)。軟件采用自底向上的設(shè)計方法逐步實現(xiàn)系統(tǒng)中各個函數(shù)的功能,各部分函數(shù)實現(xiàn)均采用模塊化的設(shè)計方法。每個任務(wù)對應(yīng)一個模塊

      對每個任務(wù)單獨進(jìn)行設(shè)計后,最終由FreeRTOS操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理,通過采用信號量和郵箱的方式實現(xiàn)多個任務(wù)之間的通信,軟件各部分主要函數(shù)之間的關(guān)系如圖3所示。

    基于ARM處理器AT91S的M2M終端設(shè)計

      在MC35SerialISR()中將接收的數(shù)據(jù)存放到xQRxChars隊列中后,發(fā)送SemMC35Rx信號量來激活PPPRxTask()任務(wù),通過對接收數(shù)據(jù)的解析,確定數(shù)據(jù)包的類型,然后由相應(yīng)的函數(shù)對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

      如果接收的數(shù)據(jù)是應(yīng)用程序的數(shù)據(jù),將由IPRx()函數(shù)判斷目標(biāo)主機(jī)是否正確,再經(jīng)過傳輸層解析數(shù)據(jù)從而判定對數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用程序。最后由應(yīng)用程序解析數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的功能,如將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到主機(jī)、向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送控制命令、接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并發(fā)送等。當(dāng)接收隊列中所有數(shù)據(jù)均處理完畢后,延時250ms如果還沒有接收到數(shù)據(jù),則任務(wù)通過等待信號量SemMC35Rx將自己掛起。數(shù)據(jù)的發(fā)送過程是一個相反的過程。

      應(yīng)用程序根據(jù)需要的功能建立UDPTxTask()或ICMPTxTask()任務(wù),并將數(shù)據(jù)發(fā)送到xAPPTxQ隊列中。相應(yīng)的任務(wù)再調(diào)用IPTx()和PPPTx()函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的封裝并將數(shù)據(jù)發(fā)送到XqTxChar隊列中,從而喚醒MC35SerialISR()中斷程序?qū)?shù)據(jù)通過串口發(fā)送到MC35i中進(jìn)行傳輸。為提高系統(tǒng)的實時性,本文中FreeRTOS采用可剝奪內(nèi)核方式進(jìn)行調(diào)度。采用FreeRTOS操作系統(tǒng)對任務(wù)進(jìn)行管理簡化了軟件的編寫難度,同時提高了程序的可讀性和可移植性。

      總結(jié)

      基于GPRS M2M產(chǎn)品的無線數(shù)據(jù)傳輸以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是目前國內(nèi)外研究的熱點。本文采用完全免費的操作系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議棧給出的系統(tǒng)設(shè)計方案具備成本低、性能好、可升級等優(yōu)點,為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸提供了一個可行的設(shè)計方案。
     

    (審核編輯: 智匯李)

    聲明:除特別說明之外,新聞內(nèi)容及圖片均來自網(wǎng)絡(luò)及各大主流媒體。版權(quán)歸原作者所有。如認(rèn)為內(nèi)容侵權(quán),請聯(lián)系我們刪除。

    主站蜘蛛池模板: 土工膜_土工布_复合土工膜_山东土工膜生产厂家_山东路易达新材料有限公司 | 浙江云野科技有限公司_智慧旅游规划_智慧景区管理系统_全域旅游解决方案-云野科技旅游大数据管理平台 | 泉州小吃培训_福建泉州本地特色小吃培训班|厨师技术培训学校-魅力小吃培训服务机构 | 自复式过欠压保护器-上海能曼电气有限公司 | 兰州沙盘模型公司_兰州模型公司_兰州沙盘模型厂家_地形沙盘制作_兰州沙盘模型制作公司 | 冷库出租_食品/医药冷库租赁_冷库改建/定制-北京亚冷 | 美国渗透压仪-PSI渗透压仪|华泰和合 | 九江市京邦玻纤有限公司| 上海办公家具_高端实木办公家具_现代智能办公家具定制厂-上海迈亚家具有限公司 | 鹰潭代理记账公司_鹰潭代理记账_鹰潭注册公司-鹰潭市新知会计服务有限公司 | 神魔录官网 - 收藏网址的地方,也是防骗小知识分享的地方 | 汽车漆|汽车油漆|工业油漆涂料|汽车漆加盟-佛山市科涂涂料有限公司 | 汽车漆品牌|家具漆代理|涂料加盟厂家|家具漆|汽车漆-邦派漆官网 汽车漆|汽车油漆|工业油漆涂料|汽车漆加盟-佛山市科涂涂料有限公司 | 纳米砂磨机|纳米研磨机|实验室砂磨机-无锡市少宏粉体科技有限公司 | 日本国际高中_上海日本国际高中学校排名_日本国际高中留学课程_上海日语国际高中学校学费-上海工程技术大学国际多语种特色高中课程【官网】 | 引流砂_铁钩料_吹氧管_涂层吹氧管_耐火涂层吹氧管-山东恒诚 | 上海宽带安装-上海宽带办理-400电话-包月电话-靓号 | 呼吸家官网|肺功能检测仪生产厂家|国产肺功能仪知名品牌|肺功能检测仪|肺功能测试仪|婴幼儿肺功能仪|弥散残气肺功能仪|肺功能测试系统|广州红象医疗科技有限公司|便携式肺功能仪|大肺功能仪|呼吸康复一体机|儿童肺功能仪|肺活量计|医用简易肺功能仪|呼吸康复系统|肺功能仪|弥散肺功能仪(大肺)|便携式肺功能检测仪|肺康复|呼吸肌力测定肺功能仪|肺功能测定仪|呼吸神经肌肉刺激仪|便携式肺功能 | 麦秸映像网络技术有限公司,河南省政府采网入驻对接,新乡网站维护建设,小程序开发,APP定制开发,钉钉开发,新乡软件开发等相关网络业务 | 龙淼环保-旋流-喷淋塔,高温布袋,脉冲布袋-单机-滤筒除尘器,活性炭吸附箱,催化燃烧设备,除尘器配件-沧州龙淼环保设备制造有限公司 | 基坑护栏,临边护栏网,爬架网,爬架网片,铁路防护栅栏,公路护栏网,河北昊坤金属制品有限公司 | 济宁卡尔迪机械制造有限公司_铁路换枕机_升降驾驶室_挖机加高底盘_加长臂 | 化工招聘网 化工人才网|化工英才网-化工企业招聘首选网站 | 专注客流统计,客流分析,人流统计系统,客流计数器-广州市天威电子科技有限公司 | 自装卸(挂桶)车|钩臂垃圾车|压缩垃圾车|密封自卸车|环卫垃圾车|餐厨车泔水车湖北程力专用车厂家 自建房外墙砖|地砖|墙砖,农村|别墅瓷砖-佛山燊陶丰 | 天津代办营业执照_注册公司_代理记账_代办注销_地址变更-谷骐科技 | 中标通国际认证(深圳)有限公司-知识产权管理体系认证-湖北知识产权贯标 | 上海乾乙智能科技有限公司官网 | 深圳危化品经营许可证_危险化学品经营许可证办理 | 苏州空气压缩机-无油涡旋空压机-真空泵价格-变频空压机-苏州赫利亚斯气体技术有限公司 | 饲料设备_饲料加工设备_饲料成套加工设备专业提供商-河南杰昌机械设备有限公司 | 耀美软瓷施工队-13638350103-专注于软瓷施工勾缝的贴软瓷施工队 - 软瓷,软瓷施工,软瓷勾缝,软瓷怎么施工,软瓷怎么勾缝,贴软瓷,软瓷施工队 | 上饶环亚电脑会计培训学校--电脑学校|上饶电脑学校|上饶电脑培训|会计培训|上饶会计培训|上饶县会计培训|广丰会计培训|玉山会计培训|横峰会计培训|上饶网店培训 上进电缆(嘉兴)股份有限公司官网 - 光伏电缆|防火电缆|电力电缆|铝合金电缆专业生产厂家 | 唐山森林光线影视文化有限公司 | 济宁市兴大工程机械有限公司 | 双效-多效-三效-废水-污水蒸发器_离心喷雾-污泥干燥机_蒸发浓缩器【天辰环保 】 | 沈阳东鹰实业有限公司【官网】-聚氨酯清扫器-胶带输送机保护装置 | 聚丙烯酰胺,聚合氯化铝,重金属捕捉剂,污泥调理剂,活性氧化铝,生石灰,反渗透阻垢剂,工业葡萄糖,硫酸铝,果壳活性炭,柱状活性炭,蜂窝活性炭,石英砂,锰砂-北京雁归来环保科技有限公司-以真诚为立足之本,以质量为生存之本,愿与海内外同仁共创双赢。雁归来人一路走来,气贯长虹,勇锐盖过怯弱,进取压倒苟安!我们紧扣时代脉搏,专注水处理、继往开来! | 上海熙隆光电科技有限公司-半导体激光器,一字线激光器,光纤耦合激光器,拉曼激光器 | 金华市佳恒锁业有限公司| 南京空压机出租,发电机租赁,南京牧德田空压机租赁回收公司 |