基于μC／OS―II操作系統的數據采集控制系統

摘要：為了滿(mǎn)足自動(dòng)灌溉施肥的要求，開(kāi)發(fā)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(guò)485總線(xiàn)連接，采用標準的MODBUS協(xié)議通信。根據系統軟硬件環(huán)境定制了μC／OS―II操作系統和文件系統。該系統實(shí)現了多任務(wù)的有效調度，大容量的數據存儲以及遠程網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)。此系統已經(jīng)應用于灌溉施肥的控制，并且能夠根據用戶(hù)的設置很好的完成施肥任務(wù)。
關(guān)鍵詞：數據采集；ARM；RS485；Modbus；C／OS―II；文件系統

O 引言
隨著(zhù)計算機技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，智能化、自動(dòng)化、精確化的灌溉和施肥技術(shù)正逐漸取代傳統的灌溉方式。在施肥過(guò)程中，需要在線(xiàn)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(lái)控制電磁閥和水泵的運行達到自動(dòng)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(shí)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(jià)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(jīng)應用到自動(dòng)灌溉施肥系統中，能夠滿(mǎn)足穩定性，實(shí)時(shí)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(shí)只要對軟件進(jìn)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(yè)級ARM7微控制器，內嵌μC／0S―II實(shí)時(shí)操作系統，支持10M以太網(wǎng)(工業(yè)級)、CF卡接口、USB主機控制器、板載電子硬盤(pán)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?；赗S485總線(xiàn)的數據采集控制模塊，可實(shí)現對電壓、電流、脈沖／頻率、狀態(tài)量等各種類(lèi)型信號的采集和開(kāi)關(guān)量控制，以滿(mǎn)足設施環(huán)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(guò)系統硬件擴展和軟件開(kāi)發(fā)，可完整地實(shí)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(mǎn)足各種設施環(huán)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(yè)級以太網(wǎng)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(shí)工控模塊有256M的板載電子盤(pán)，一個(gè)標準的外置RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘(PCF8563)，2個(gè)UART控制器，一路高速I(mǎi)2C總線(xiàn)以及一路高速SPI總線(xiàn)等硬件資源。同時(shí)工控模塊內嵌μC／OS―II實(shí)時(shí)操作系統，TCP／IP協(xié)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(shí)現遠程網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)，以及大容量的數據存儲，滿(mǎn)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(gè)輸入或輸出通道，通過(guò)單片機實(shí)現數據采集與控制，與核心模塊之間通過(guò)RS485總線(xiàn)實(shí)現通訊，采用光電隔離技術(shù)和內嵌工業(yè)標準的Modbus協(xié)議，有效增強通訊穩定性，通訊距離可延伸至1200米，總線(xiàn)驅動(dòng)能力可達128個(gè)模塊。