1、基于ARM嵌入式系統的漢顯數字汽車衡儀表設計上海耀華稱重系統有限公司曾張元【摘要】介紹一款采用ARM嵌入式系統設計的漢顯數字汽車衡儀表 XK3190- DS2,結合ARM嵌入式設計要領分析該儀表的設計方案及功能特色。【關鍵詞】ARMu C/OSII嵌入式操作系統漢顯儀表拼音輸入 通常情況下，汽車衡應用現場環境惡劣，外界電磁干擾復雜多變，模擬傳感器電 信號長線傳輸易受干擾，儀表長時間運行也可能會因突發干擾的影響而出現異 常。數字儀表與數字模塊之間長線傳輸數字信號，而數字信號抗干擾性較強，一 定程度上提高了儀表抗干擾能力。由于數字模塊與傳感器之間模擬電信號傳輸距 離很近，可有效降低傳輸噪聲，提高計

2、量精度。同時，數字通信協議的隱密性和 數據傳輸嚴格的時序要求大大提高了技術壁壘，降低了作弊的可能性。這些優勢 使得數字化汽車衡儀表有著很好的發展前景。國內普通汽車衡儀表程序多采用單任 務順序運行機制，一旦該任務受干擾運行紊 亂，將直接導致儀表各功能的錯誤調用，造 成不可預料的后果，目前只能依靠看門狗重 啟儀表程序，重新初始化數據。這對于實時 性要求較高的批量數據處理而言，顯然是不 允許的，必須引入嵌入式多任務開發理念。 本文介紹的數字汽車衡儀表XK3190-DS2以實時多任務嵌入式操作系統卩C/OSII為平臺，基于ARM7系列LP C2214高性能處理器，在數據處理的實時 性、穩定性、抗干擾性

3、以及人性化的漢字顯 示操作界面上均有出色的表現。儀表外觀如 圖1。圖1數字汽車衡儀表XK3190-DS2外觀圖一、嵌入式系統及ARM簡介嵌入式系統是以應用為中心、計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、對功能、可 靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。它面向用戶、面向產品、 面向應用，其功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面 可適應于不同應用系統和應用場合的要求。嵌入式處理器是嵌入式系統硬件最核 心的器件。對于中高端儀表而言，為了滿足批量數據處理與顯示的實時性要求， 還必須運用嵌入式操作系統平臺。ARM(Advaneed RISC Machines)是微處理器行業的一家

4、知名企業，以設計高性 能、高性價比、低功耗的RISC處理器、相關技術及軟件而聞名。由于其技術在 全球眾多著名半導體、軟件和 OEM廠商的迅速推廣與普及，衍生出一類各具特 色的低功耗高性價比微處理器，因此，ARM也成為這類處理器和技術的代名 詞。由于ARM強大的運算能力、不斷豐富的外設資源、良好的技術支持，以及逐步下調的價格機制，現今已經成為嵌入式系統開發的首選。ARM處理器依據其體系結構和運算能力的不同分為ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10等眾多系列。XK3190-DS2 采用飛利浦高性能低功耗LP C2214微處理器，其 結構框圖如圖2。它是 一款支持實時仿真和 跟蹤的32位ARM7

5、TDMI-S 處理器，采用三級流水線技 術，鎖頻與倍頻技術， 其最高工作頻率高達 60MHz，運算能力是普通51系列單片機的5倍以上。LP C2214外設接口豐富，如圖2所示,Ajwrmti-s呻“卜 :峯叫叱匕* *峙' 廠i帀両?7而廠I nt - iWIMH?占AT外五血M臨嚴罰I獻rJStSflAMLIIfrKB n F旳w n號就wft>Jb2卜畀i ；北掘此說-1 n-J VXl o'XD黃擰:著6yrwM7圖2 LPC2214處理器體系結構圖它包攬了儀表開發常用的功能接口和專利技術I2C硬件接口，為硬件功能的擴展32個提供了較大的空間。它內嵌256K字節Fl

6、ash程序存儲器，16K字節靜態RAM， 為靈活的嵌入式程序設計提供了可能。它還提供強大的數據加密功能，其程序燒 錄方式靈活，既可通過JTAG接口進行在線編程，也可通過 RS232串口進行程序 更新與升級，方便針對不同用戶的特殊需求進行程序修改。LP C2214開放外部總線，可提供多達24條地址線和32條數據線。其矢量中斷控制器可支持最多 中斷請求并可分配優先級，將中斷延時降低到最低限度，有效的滿足了實時性要 求。二、卩C/OSII嵌入式操作系統簡介嵌入式操作系統卩C/OSI是專為微控制器系統和軟件開發而設計的公開源代碼的 搶占式實時多任務操作系統內核，是一段微控制器啟動后首先執行的背景程序，

7、 它作為整個系統的框架貫穿系統運行的始終。對實時性和穩定性要求很高的數據 處理系統而言，引入嵌入式操作系統卩C/OSI無疑將大大改善其性能。卩C/OSI的特點主要有：公開源代碼、代碼結構清晰明了、注釋詳盡、組織有條 理、可移植性好、可裁剪、可固化。內核屬于搶占式，最多可以管理60個任務，可實現任務的靈活切換、故障診斷、創建與撤銷。由于各個任務獨立運行， 互不干擾，當某個任務由于外界突發干擾而運行出錯時，系統可以迅速自行診斷 該任務，撤銷和重建運行，不會導致其他任務功能的錯誤調用和整體程序的運行 紊亂，有效的降低了故障率，提高了抗干擾能力和穩定性能。同時， 卩C/OSI按 時間片管理處理器的運行

8、，可在某任務因等待事件觸發而空閑時，分配其它任務 的運行，有效的提高了程序的運行效率，增強了數據處理的實時性。在XK3190-DS2設計中，通訊、打印、顯示、重量數據處理等功能均形成獨立的 任務，按照各自的時間片協調運行，運行效率和實時性得到了較好的體現。卩C/OSI自1992年的第一版（卩C/OS以來已經有數百個成功應用案例，是一個 經實踐證明好用且穩定可靠的內核。目前國內對卩C/OSI的研究和應用都比較成熟。三、儀表工作原理由數字汽車衡儀表、數字模塊、模擬傳感器、秤臺聯接組成獨立的稱重系統。目 前XK3190-DS2儀表兼容德國HBM、蘇州僅一、上海耀華數字模塊協議，也可 按照用戶的特殊需

9、求擴展專用協議。工作時，安裝在秤臺下的模擬傳感器將重量 轉化為電壓或電流信號，數字模塊對該信號進行采樣、濾波，并通過高性能A/D轉換器變為數字信號，微處理器根據儀表通訊指令將該數字信號進一步處理后依 照相關的通訊協議將數據傳送給儀表。儀表定時接受多達16個數字模塊傳來的數據，經數字濾波、累加處理和四角修 正，計算出最終的重量數據并顯示出來，并可根據用戶對儀表的操作進行重量數 據的毛重凈重處理、記錄存儲、查詢、刪除、累計、打印、上位機通訊以及外接 大屏幕顯示。四、系統硬件結構儀表的結構示意如圖3,高性能ARM處理器LPC2214和128K字節靜態RAM， 32K 字節 E2PROM組成最小系統，

10、實現數據的運算，存儲與掉電保護等核心功能。其他外圍部件與 接口實現儀表功能的擴展。儀表可實現外接打印、外接大屏幕顯示、上位機通訊 等功能，并預留多個通用I/O 口和SPI 口提供用戶特殊功能的擴展，如可擴充 420mA電流環模塊、模擬A/D轉換模塊、繼電器開關量輸出、外接熱敏打印機 等。儀表采用開關電源，電壓范圍110V220V,頻率50Hz60Hz,可有效避免因電網 電壓不穩定、工業現場復雜環境對電源線的干擾以及不同國家電網差異帶來的問 題；同時由于電源效率高，有效的降低了能耗。儀表還預留24V直流電源接口，方便用戶在特殊場合的運用。儀表主板采用4層板設計，電源線路由自恢復保險絲提供過流保護

11、，在關鍵的對 外接口（如通訊口、外接打印口）上提供防雷管和瞬變抑制二極管保護，保證了 良好的板級抗干擾性能。儀表采用5V供電的25604點陣進口 VFD顯示模塊或24004點陣LCD顯示模 塊，配備防水不銹鋼機殼，整體設計大氣美觀。圖3儀表結構示意圖五、軟件界面設計憑借嵌入式系統平臺強大的運算和存儲能力，在確保稱重數據實時準確處理的基 礎上，XK3190-DS2除了繼承上海耀華以往汽車衡儀表各項功能設置外，更專注 于漢字顯示界面設計和人機交互操作，采用類似手機操作界面的滾動菜單條式風 格、數字/英文/拼音/符號四位一體輸入法，提供了豐富的操作提示和故障診斷， 體現了中高檔儀表人性化、智能化、操

12、作簡便化的特點。4。1 .多列滾動菜單條式設計儀表擴展了菜單選取的二維化效果，方便用戶進行菜單功能的調用，如圖打印設置 通訊設置 Will間設世 R期/時間顯示顯示屏對比度貨號使能牟號使能+ 3 Jiff t鐐人J稱認打卬設置 通訊設置H期/時間設置H期/時間顯示顯示屏對比度 貨號使能 車號使能【+】選丼t輸人J隔認圖4菜單選擇界面圖中“ +”示方向鍵，反白顯示表示當前選取的菜單條。使用【】、【】方T】、【向鍵可實現菜單條的橫向選取，并自動切換全屏菜單顯示內容；使用【1231零點跟蹤范m設置值：0,5 c（町輸入0045每0.5 一檔）【一】返冋【輸入】確認J方向鍵可實現菜單條的縱向選取，并自

13、動實現相鄰列菜單條的切換和換屏顯 示。同時，橫向選取和縱向選取可交叉進行，方便的遍歷所有的菜單項。2.豐富的參數設置提示儀表本著 可脫離說明書操作”的設計理念，在用戶設置每一個參數時提供豐富的 說明文字，如參數輸入范圍、輸入內容的說明等，有效的減少誤操作。界面設計 如圖5，波特率123設置值：1200 b/s(輸入 6004200,24004800600)返趴t輸入】確認圖5參數設置界面3.豐富的記錄查詢與刪除功能汽車衡儀表對稱重記錄的管理要求較高，不僅要求能夠快速存儲，還要求實現記 錄的快速查詢和刪除。XK3190-DS2充分發揮了其大屏幕漢字顯示和嵌入式操作系統管理優勢，不僅可以快速貯存最

14、多 1000個車牌號和皮重、1000個貨物名 稱、1000組稱重記錄，還能方便的按車牌號、按貨物名稱、按日期查詢和刪除稱 重記錄以及快速檢索車牌號、貨物名稱和超載記錄。其界面設計如圖6。按LI期檢查 按車號檢査 按貨號檢杳檢杳記釆車號檢杏記錄貨號 檢査超戯記錄0001/003006/04/1212:32:30車號：鄂Ai2345貨號：優質鋼材 毛重：2000 kg 皮汞；50 kg 凈幣;：1950 kg【丨】翻貞按時間刪除 按車號刪除 按貨兮刪除 刪除全部記錄 【丁】鉀輸入】碗認1123記錄日期設置值：06/04/12 （輸入欲査看記錄的H期）【一】返冋t輸入】確認記錄分類檢查界面 按日期查

15、詢界面 稱重記錄顯示界面記錄分類刪除界面 圖6記錄的查詢與刪除界面貨物第稱1231設置值：1代侶：1（輸入貨物的名稱）【一】返回t輸入】確認4 混合輸入法7。儀表采用數字/英文/拼音/符號混合輸入法，其操作方式類同于時下手機流行的 T9 輸入法，只要熟悉手機短信的輸入方式即可迅速上手，更好的迎合了用戶的操作 習慣。其中拼音輸入法具有多音字檢索功能，有效的提高了漢字輸入效率。儀表 設立獨立的【輸入法】按鍵，可方便的實現輸入法的切換。界面設計如圖貨物塔稱abc設置值：lAd代碼：1（輸入貨物的名稱）1-1返冋輸入】確認貨物名稱ABC1設置ffi： 1A代碼：1（輸入貨物的輕稱）t一】返回【輸入】確

16、認輸入數字輸入大寫字母貨物傘稱【拼音】設置值：lAd世代碼：1（輸入貨物的名稱）【一】返冋t輸入】確認貨物名稱時并音】設置值：lAd代碼：1ba ca八黑爸芭捌叭吧疤巴拔跋靶把耙壩輸入小寫字母輸入拼音選擇漢字貨物名稱J!l設置值：lAd芭*代碼：1（輸入貨物的名稱）已輸入漢字選擇輸入符號圖7輸入界面 輸入數字時，直接按對應數字鍵完成輸入； 輸入大小寫英文字母時，按對應字母鍵切換需要的字母，間隔1秒鐘后可輸入下一個字母；拼音輸入時，直接按漢字拼音序列對應的字母鍵，儀表智能匹 配符合條件的拼音串，按【T】、；!鍵選擇正確的拼音串，按【】、【】鍵選擇合適的漢字，按【輸入】 鍵完成輸入。符號輸入時，直接按【】、【】鍵選擇合適的符號，按【輸入】鍵完成輸 入。為方便用戶避開輸入法操作，快捷調用已存儲的車號、貨號等信息，儀表專門設置 了快捷碼功能，如圖7代碼欄，輸入時直接輸入對應的代碼，儀表自動調用該代 碼對應的信息并顯示。代碼一一對應的車號、貨號信息