一種基于μC/OS-III及STM32的多功能控制器

電動(dòng)軌道車(chē)控制系統一般分為多個(gè)子系統，子系統受一個(gè)主控器控制。這樣的結構設計繁瑣，編程復雜。采用μC/OS-III操作系統、STM32F103RC微控制器、12864液晶屏、PVC按鍵、無(wú)線(xiàn)串口模塊、鋰電池等實(shí)現具有人機界面、無(wú)線(xiàn)串口功能的總線(xiàn)主控器。該控制器具有人機界面、軌道車(chē)主控器、遙控接收器、遙控面板等多種功能，并且能在不同項目中使用。μC/OS-III從官網(wǎng)上下載，文件名為Micrium_uC-Eval-STM32F107_uCOS-III，版本為V1.29.01.00.

1硬件結構

從系統接口看，該控制器具有顯示、按鍵、無(wú)線(xiàn)收發(fā)、串口、485總線(xiàn)等接口，作遙控面板時(shí)用電池供電，內部具有電池和充電電路。硬件框圖如圖1所示。

圖1中無(wú)線(xiàn)串口用模塊實(shí)現系統遙控功能，顯示器用并口連接。鍵盤(pán)部分有或門(mén)電路，可實(shí)現按鍵中斷。電源電路中的外部電壓、電池電壓可被控制器測量，當測量得到無(wú)外部電壓輸入時(shí)，控制器自動(dòng)切換到遙控面板模式。485總線(xiàn)接口用于和其他子系統通信。

圖1多功能控制器硬件框圖

2系統移植

STM32F1XX固件庫最新版本為V3.5.0.μC/OSIII支持的庫文件版本為V2.1.0.為了μC/OS-III能夠在最新的固件庫上運行，首先用新固件庫替換原有固件庫代碼并改變入口頭文件名，然后有兩處代碼需要作修改。一是芯片時(shí)鐘初始化函數，函數名為“BSP_Init”，修改為：




這兩處都是因為原有固件庫需要多條語(yǔ)句才能實(shí)現時(shí)鐘初始化，新版本提供專(zhuān)門(mén)的初始化函數。

3驅動(dòng)編寫(xiě)

3.1鍵盤(pán)驅動(dòng)的編寫(xiě)

μC/OS-III具有任務(wù)信號量的功能，該信號量隨著(zhù)任務(wù)的創(chuàng )建而創(chuàng )建。鍵盤(pán)驅動(dòng)有鍵盤(pán)掃描任務(wù)實(shí)現，按鍵觸發(fā)外部中斷，外部中斷發(fā)送任務(wù)信號量到鍵盤(pán)掃描任務(wù)，鍵盤(pán)掃描任務(wù)掃描鍵盤(pán)并把鍵值保持在全局變量中。代碼如下：



3.2液晶顯示器printf函數

液晶顯示器一般是輸入一個(gè)字符的編碼和位置然后顯示出來(lái)，不能實(shí)現字符串格式化顯示。實(shí)現printf，首先使用格式化函數“vsnprintf”得到格式化后的字符串，然后該字符串被打印到屏幕上。具體函數如下：



程序中va_list是在C語(yǔ)言中解決變參問(wèn)題的一組宏，“va_start（v_args，format）；”得到第一個(gè)可變參數地址，這樣把自定義的變參傳遞到庫函數的變參中。

函數“LCD12864_print_string（buf_str）；”為自定義函數，因為CH12864液晶屏內的邏輯行和顯示行不同。邏輯行只有兩行，起始地址分別為0x80和0x90，為顯示行的一三行和二四行。在打印字符串時(shí)，每打印一顯示行就要重新切換位置，保證顯示是連續的。

該顯示器顯示中文字符的起始位置只能是偶數地址，奇數地址顯示中文字符會(huì )顯示亂碼。

3.3串口接收驅動(dòng)

在μC/OS-III代碼中有串口接收部分的驅動(dòng)，但經(jīng)過(guò)測試，當無(wú)操作系統的模塊連續發(fā)送時(shí)，該驅動(dòng)接收出現漏接或亂碼的現象。其原因為該驅動(dòng)每接收一個(gè)字符都要進(jìn)行一次系統調用，在這個(gè)調用過(guò)程中發(fā)送的字符無(wú)法接收。改變原驅動(dòng)用信號量同步的辦法，使用消息通信和結束字符判定的方法即可完整接收到無(wú)操作系統模塊連續發(fā)送來(lái)的字符串。

需要修改兩個(gè)函數，一是中斷接收函數：

該中斷函數把每個(gè)字符先保存在數組中，當出現結束字符時(shí)發(fā)送消息到接收函數。

二是串口接收函數：

該函數每次接收完成后關(guān)中斷，未完成可以?huà)炱鸩⒂芍袛嗪瘮颠M(jìn)行連續接收，保證了接收速度。

4軟件結構

多功能控制器可能作為手控器、遙控接收器、遙控器使用。根據外部電源狀態(tài)和按鍵信號改變程序執行的模式來(lái)實(shí)現一機多用。

作為手控器時(shí)，每個(gè)用戶(hù)界面作為一個(gè)任務(wù)。每個(gè)界面任務(wù)需要建立一些子任務(wù)協(xié)助處理，這些子任務(wù)受任務(wù)信號量和任務(wù)消息控制，當獲得信號量或者消息時(shí)任務(wù)執行，執行完成后掛起。子任務(wù)根據用戶(hù)操作把相關(guān)指令發(fā)往系統其他單元，各個(gè)單元執行多功能控制器的命令并返回用戶(hù)需要查看的參數。系統單元一般工作在狀態(tài)機的模式，根據多功能控制器的命令進(jìn)入不同的運行狀態(tài)。軌道運輸車(chē)的電機控制單元就可工作在前進(jìn)、倒車(chē)、停車(chē)三種狀態(tài)，這三種狀態(tài)可加上速度參數。電機控制器收到狀態(tài)和參數后自動(dòng)執行并返回電量功率等參數給用戶(hù)界面。

作為遙控接收器時(shí)，多功能控制器作為一個(gè)數據中繼器使用，主要任務(wù)是首先從無(wú)線(xiàn)串口接收數據，然后核對該數據的確認碼。核對通過(guò)則通過(guò)485總線(xiàn)發(fā)給系統其他單元，否則丟棄該數據。當系統單元返回數據時(shí)，多功能控制器在數據上添加確認碼，然后從無(wú)線(xiàn)串口對外發(fā)送。

作為遙控器時(shí)，該模式和手控器工作過(guò)程大致一樣。不同的是通過(guò)無(wú)線(xiàn)串口通信，發(fā)射時(shí)添加確認碼，接收時(shí)核對確認碼。

結語(yǔ)

多功能控制器通信接口多樣，具有人機界面，配有μC/OS-III操作系統，有完善的硬件驅動(dòng)，可在分布式控制系統中完成多種任務(wù)。