一種自動(dòng)智能防盜窗設計方案

1 系統硬件設計

智能窗所要完成的功能如下：自動(dòng)智能防盜并能短信通知戶(hù)主，監控煤氣泄漏，自動(dòng)防風(fēng)，自動(dòng)防雨，智能遙控開(kāi)關(guān)窗門(mén)。CPU的選擇是嵌入式系統開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵所在。本文選用Luminary Micro(流明諾瑞)公司生產(chǎn)的Stellaris(群星)系列微控制器LM3S615，并以該芯片為核心搭建系統硬件平臺。LM3S615是Luminary公司首款基于A(yíng)RM Crotex—M3內核的微控制器，具有高性能的32位運算能力和低延遲的中斷響應，在汽車(chē)電子和工控領(lǐng)域有出色的表現。系統架構如圖1所示。

2系統軟件設計

2.1μC/OS—II的移植

μC/OS—II是一種源碼開(kāi)放、移植性好、可裁減、搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統內核。其中大部分代碼是用ANSIC語(yǔ)言編寫(xiě)的，只有極少部分與處理器密切相關(guān)的代碼需用匯編完成?；?mu;c/os—II嵌入式操作系統的軟件體系結構如圖2所示，它包括應用軟件程序、與應用軟件相關(guān)的代碼、與處理器無(wú)關(guān)的代碼以及與處理器相關(guān)的代碼。所謂移植就是編寫(xiě)與處理器相關(guān)的代碼，分別是頭文件OS_CPU.H、匯編文件OS_CPU_A.ASM和C語(yǔ)言源文件OS_CPU_C.C。

①在OS_CPU.H中定義相關(guān)的宏，聲明LM3S615能夠識別的數據類(lèi)型和堆棧增長(cháng)方向。

②在OS_CPU_C.C中定義6個(gè)函數：OSTaskStklnit()、OSTaskCreateHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHook()。

③在0S_CPU_A.ASM中修改以下5個(gè)匯編函數：OSENTER_CRITICAL()、0S_EXIT_CRITICAL()、OS_StartHighRdy、OSCtxSw、OSIntCtxSw。

④在主頭文件INCLUDES.H中增加OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和0S_CPU_A.ASM。

⑤在配置文件OS_CFG.H中定義最大事件數、最多內存分塊數、最多消息隊列數、最多任務(wù)數、最低任務(wù)優(yōu)先級、是否允許信號量使能、是否允許郵箱使能、是否允許消息隊列使能、時(shí)鐘節拍數以及其他的一些配置。通過(guò)修改這些設置，可對μC/OS—II進(jìn)行裁減，使之適應本系統的具體需要。

2.2μC/OS—II下多任務(wù)機制的實(shí)現

根據系統的功能模塊，可將整個(gè)系統劃分為幾個(gè)并行存在的任務(wù)來(lái)運行，各個(gè)任務(wù)完成相對獨立的功能。μC/OS—II是占先式操作系統，對任務(wù)的調度是按優(yōu)先權的高低進(jìn)行的，優(yōu)先權的設置按照整個(gè)系統運行的時(shí)序來(lái)確定，對系統安全運行較重要和對實(shí)時(shí)性要求較嚴格的任務(wù)設成較高的優(yōu)先級。各任務(wù)優(yōu)先級由高到低依次為：煤氣處理任務(wù)、盜情處理任務(wù)、下雨處理任務(wù)、大風(fēng)處理任務(wù)、紅外遙控任務(wù)、電機開(kāi)窗任務(wù)、電機關(guān)窗任務(wù)、短信任務(wù)。在系統運行過(guò)程中，各任務(wù)的優(yōu)先級固定不變。CPU對大多數事件的處理都放在任務(wù)中完成，而各個(gè)任務(wù)由對應的信號量激活。信號量可以由任務(wù)或外部中斷來(lái)發(fā)送。

(1)任務(wù)建立和資源分配

μC/OS—II是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，所以把系統軟件分割成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)負責完成相應的處理工作，系統功能由多個(gè)任務(wù)協(xié)作完成。本系統的任務(wù)分配如表1所列。

(2)主要任務(wù)描述首先建立一個(gè)main()函數，在主函數中調用OS-Init()函數初始化μC/OS-II，然后建立第一個(gè)任務(wù)(起始任務(wù))，最后調用OS-Start()函數啟動(dòng)多任務(wù)。在建立主函數之前必須定義各個(gè)任務(wù)的堆棧、系統的全局變量和相關(guān)宏。主函數的程序清單如下：

起始任務(wù)是系統建立的第一個(gè)任務(wù)，主要有3個(gè)功能：完成對目標板的初始化(主要是定時(shí)器、外部中斷和串行口的初始化)，建立系統所要用到的信號量，建立系統的其他任務(wù)。起始任務(wù)部分程序清單如下：

在電機開(kāi)窗任務(wù)中首先等待信號量sem_open。該信號量是由煤氣處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)發(fā)送的。如果電機開(kāi)窗任務(wù)得到該信號量，程序就設置電機轉動(dòng)方向，并控制PWM送出電機轉動(dòng)脈沖，直到窗戶(hù)被打開(kāi)。

電機關(guān)窗任務(wù)必須等到信號量sem_clOSe有效時(shí)才會(huì )被激活。信號量sam_close由盜情處理任務(wù)、下雨處理任務(wù)、大風(fēng)處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)發(fā)送。

短信任務(wù)則要得到盜情處理任務(wù)發(fā)出的信號量sam_dq時(shí)被激活。系統采用門(mén)磁傳感器作為人室盜竊報警信號發(fā)生器。當窗戶(hù)被打開(kāi)時(shí)，門(mén)磁的開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，信號被發(fā)送到微處理器。微處理器檢測到信號輸入、控制GPRS模塊發(fā)送中文報警信息給戶(hù)主手機，戶(hù)主可根據短信及時(shí)報警，避免造成更大的損失。

3小結

完成了基于32位ARM微處理器LM3S615和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μC/os—II的嵌入式智能窗的設計開(kāi)發(fā)，并為嵌入式系統開(kāi)發(fā)提供了一種解決方案。把μC/OS—II引入到智能窗控制系統的軟件設計中，使軟件的開(kāi)發(fā)更具層次性，開(kāi)發(fā)效率更高，系統的穩定性、可靠性、實(shí)時(shí)性更強，也更容易擴展。