1、.PAGE . 鍵入文字輕工業學院本科畢業設計論文題 目 基于甲醛監測的智能儀表設計學生 專業班級 學 號 院 系 指導教師(職稱)完成時間 輕工業學院畢業設計論文任務書題目 專業 班*主要容、根本要求、主要參考資料等：主要容：通過甲醛傳感器得到室甲醛含量的相關數據，并送入處理器進展處理通過C/OS-II實時操作系統去管理多任務，從而實現智能的特點。根本要求：通過C/OS-II實時操作系統來管理多任務，當室甲醛含量超標時智儀表將采取一系列相關操作，充分表達智能的特點。本畢業設計需要學生學習和掌握多方面的知識和技術，包括C/OS-I實時操作系統，C語言程序設計，嵌入式系統設計與開發，ARM處理器

2、構造。主要參考資料：1 Jean J Labrosse.MicroC/OS-II the real_time kernel second editionM.邵貝貝,譯.:航空航天大學,2003.2 智能儀表設計實用技術及實例M. : 機械工業，2008.3 建偉,秀芹,甘勇.C語言程序設計. 希望電子2007 13基于嵌入式實時操作系統的程序設計技術(第二版)M.航空航天大學,2008.完 成 期 限：指導教師簽名：專業負責人簽名：年 月 日.PAGE . 在線儀表通信模塊的設計PAGE 1目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294623718摘要 PAGE

3、REF _Toc294623718 h IHYPERLINK l _Toc294623719ABSTRACT PAGEREF _Toc294623719 h IIHYPERLINK l _Toc2946237201 緒論 PAGEREF _Toc294623720 h 1HYPERLINK l _Toc2946237211.1 課題背景 PAGEREF _Toc294623721 h 1HYPERLINK l _Toc2946237221.2 課題研究方案 PAGEREF _Toc294623722 h 2HYPERLINK l _Toc2946237231.3 智能儀表模塊的設計思路與主要工

4、作 PAGEREF _Toc294623723 h 3HYPERLINK l _Toc2946237242 模塊總體構造和的設計 PAGEREF _Toc294623724 h 4HYPERLINK l _Toc2946237252.1 系統總的構成原理 PAGEREF _Toc294623725 h 4HYPERLINK l _Toc2946237262.2 智能儀表的總體設計原則 PAGEREF _Toc294623726 h 5HYPERLINK l _Toc2946237273 系統的硬件設計 PAGEREF _Toc294623727 h 6HYPERLINK l _Toc29462

5、37283.1智能儀表的總體設計 PAGEREF _Toc294623728 h 6HYPERLINK l _Toc294623729開發平臺 PAGEREF _Toc294623729 h 7HYPERLINK l _Toc2946237303.2 甲醛HCHO電化學傳感器簡介 PAGEREF _Toc294623730 h 19HYPERLINK l _Toc2946237313.3 甲醛HCHO監測電路的設計 PAGEREF _Toc294623731 h 20HYPERLINK l _Toc2946237324 系統的軟件設計 PAGEREF _Toc294623732 h 21HYP

6、ERLINK l _Toc2946237334.1 C/OS-II實時操作系統 PAGEREF _Toc294623733 h 21HYPERLINK l _Toc2946237344.1.1 C/OS-II實時操作系統的性能特點 PAGEREF _Toc294623734 h 22HYPERLINK l _Toc2946237354.1.2 C/OS-II微小核 PAGEREF _Toc294623735 h 23HYPERLINK l _Toc2946237364.2 C/OS-II實時操作系統的移植 PAGEREF _Toc294623736 h 25HYPERLINK l _Toc29

7、46237374.3 任務設計 PAGEREF _Toc294623737 h 29HYPERLINK l _Toc2946237384.3.1 任務總體設計 PAGEREF _Toc294623738 h 29HYPERLINK l _Toc2946237394.3.2 各個任務具體實現和流程 PAGEREF _Toc294623739 h 30HYPERLINK l _Toc294623740完畢語 PAGEREF _Toc294623740 h 38HYPERLINK l _Toc294623741致 PAGEREF _Toc294623741 h 40HYPERLINK l _Toc2

8、94623742參考文獻 PAGEREF _Toc294623742 h 41. 基于甲醛監測的智能儀表設計摘 要本文簡要的分析了嵌入式系統的開展情況。提出了一種基于ARM處理器平臺和C/OS-II的智能家居室甲醛監測和報警系統。該系統可以對室甲醛含量進展實時監控來反映室居住環境，并且在室甲醛含量超標甲醛濃度超過0.08毫克立方米時及時進展報警通知家人采取措施以改變家居環境。智能儀表的總體設計大致可分為硬件設計和軟件設計兩個局部。在硬件設計上采用主板和副板的兩塊電路板的設計。其中主板主要基于mini2440開發平臺，副板主要有甲醛傳感器和運算放大器構成，主副板的連接通過mini2440的A/D

9、轉換接口進展連接。在軟件設計上主要基于C/OS-II的實時操作系統。采用多任務管理，使系統運行高效、實時。本系統軟件主要基于C/OS-II的多任務調度和中斷管理。硬件和軟件的設計使整個系統具有通用性、實時性、多功能和低功耗等特點。本系統是針對室甲醛監測而設計的。經過現場安裝和調試說明，該系統具有實時、監測可靠，低功耗等特點，可廣泛地使用于家庭和辦公室等。為防止人體甲醛中斷提供可靠保證。關鍵詞嵌入式/C/OS-II/多任務調度/實時性/智能Monitoring of formaldehyde-based design of intelligent instrumentsABSTRACTThis

10、brief analysis of the embedded system development. Proposed based on ARM processor platform and C / OS-II of the smart home indoor formaldehyde monitoring and alarm systems. The system can monitor the indoor formaldehyde content in real time to reflect the interior living environment, and e*cessive

11、levels of indoor formaldehyde (formaldehyde concentrations above 0.08 mg / cubic meter) when the alarm in time to take measures to inform the family to change the home environment.The overall design of intelligent instruments can be divided into hardware and software design in two parts. Board in th

12、e hardware design and sub-panels with two circuit board design. Which motherboard is based on mini2440 development platform, sensors and vice moderators have formaldehyde operational amplifiers, main board connect through mini2440 the A / D conversion interface to connect.In the software design is m

13、ainly based on C / OS-II real-time operating system. Multi-task management, allowing the system to run efficiently, in real time. The system software is based on C / OS-II multi-task scheduling and interrupt management. Hardware and software design so that the whole system is universal, real-time, m

14、ulti-functional and low power consumption.The system is designed to monitor indoor formaldehyde. After on-site installation and missioning show that the system with real-time monitoring, reliable, low power consumption, can be widely used in home and office. To prevent the interruption of a reliable

15、 guarantee of human formaldehyde.KEY WORDS:Embedded / C/OS-II/mini2440/FormaldehydeSensor. 1 緒論1.1 課題背景智能儀表建立在微電子技術開展的根底上，超大規模集成電路的嵌入，將CPU、存儲器、A/D轉換、輸入/輸出等功能集成在一塊芯片上，甚至將PID控制組件也置入其中。加之現場總線的應用，智能儀表與控制系統之間的數字通訊將替代以往的模擬傳遞，大大提高了精度和可靠性，防止了模擬信號在傳輸過程中的衰減，長期難以解決的干擾問題得到解決。此外，由于數字通訊，節省了大量電纜、安裝材料和安裝費用。智能儀表及其技術

16、的開展歷經以模擬技術為特征的電動單元組合儀表、以數模混合技術為特征的DDZ-S系列儀表的開發后，1983年，美國霍尼韋爾公司向制造工業率先推出了新一代智能型壓力變送器，這標志著模擬儀表向數字化智能儀表的轉變。當時的這種智能變送器已具有高精度、遠距離校驗和靈活組態的特點，并告知用戶：盡管初期購置費用較高，但會被較低的運行和維護費用所補償。緊隨其后的十年里，國外其他公司的智能壓力變送器也陸續在一些生產線上被采用，它們包括：Rosemount、Fo*boro、YOKOGAWA、Siemens、E&H、Bailey、Fuji和ABB等。但由于缺少高速的智能通訊標準、用戶對于高精度監控要求并不突出、培訓

17、等效勞機制相對薄弱，當時的智能應用并不樂觀，只占到了約20%的市場。隨著微電子、計算機、網絡和通訊技術的飛速開展以及綜合自動化程度的不斷提高，目前廣泛應用于工業自動化領域的智能儀表，其技術也同樣在過去的二十多年里得到了迅猛的開展。目前國外智能儀表占據了國際應用市場的絕大比重，如何結合目前智能儀表的工業應用經歷并快速跟蹤國際智能前沿技術應用于我國智能儀表的開發研究成為振興民族智能儀器儀表的一大突出問題。智能儀表有眾多優勢和特點。智能儀表在工業自動化領域的廣泛應用得益于其突出的技術優勢和特點，諸如其高穩定性、高可靠性、高精度、易維護性。以智能變送器為例，智能儀表具備很多優點。精度高智能變送器具有較

18、高的精度。利用裝的微處理器，能夠實時測量出靜壓、溫度變化對檢測元件的影響，通過數據處理，對非線性進展校正，對滯后及復現性進展補償，使得輸出信號更準確。一般情況，精度為最大量程的0.1%，數字信號可達0.075%。功能強。智能變送器具有多種復雜的運算功能，依賴部微處理器和存儲器，可以執行開方、溫度壓力補償及各種復雜的運算。測量圍寬。普通變送器的量程比最大為10:1，而智能變送器可達40:1或100:1，遷移量可達1900%和-200%，減少變送器的規格，增強通用性和互換性，給用戶帶來諸多方便。通信功能強。智能變送器均可實現手操器進展操作，既可在現場將手操器插到變送器的相應插孔，也可以在控制室將手

19、操器連接到變送器的信號線上，進展零點及量程的調校及變更。有的變送器具有模擬量和數字量兩種輸出方式(如HART協議)，為實現現場總線通訊奠定了根底。完善的自診斷功能。通過通信器可以查出變送器自診斷的故障結果信息。隨著近年來人們對家居環境的要求不斷提高，智能儀表慢慢應用于智能家居中，尤其，近年來人們對自己的居住環境日益關注。室甲醛含量的多少更成為人們關注的焦點。眾所周知，人們如果長期居住于甲醛含量超標甲醛濃度超過0.08毫克立方米的居室會嚴重的影響到人體的身體安康。本系統正是基于此，將智能家居監測與智能儀表結合而設計的應用型甲醛監測智能儀表。1.2 課題研究方案本文設計的智能儀表主要基于Mini2

20、440開發平臺和C/OS-II的實時操作系統兩個關鍵局部。系統以Mini2440開發平臺的運算速度快，平臺資源廣泛，運行可靠和穩定為依托。把實時性強的C/OS-II移植于平臺之上，設計多任務來實現甲醛的監測功能。總體的設計原則是要求儀表實現智能的甲醛監測和報警。這主要依賴于Samsung S3C2440處理器的高速特性，和C/OS-II的多任務調度機制。使得智能儀表有著快速，處理準確，實時性高等特點。智能儀表的總體設計大致可分為硬件設計和軟件設計兩個局部。系統硬件設計局部統硬件的設計上選用了mini2440開發平臺和甲醛sensor,主要有主板和副板構成系統。副板主要采用甲醛傳感器和運算放大器

21、的連接。主副版通過A/D連接，所以系統的硬件設計具有多功能、低功耗、速度快等特點。系統的軟件局部設計是基于C/OS-II實時操作系統，把C/OS-II移植于mini2440開發平臺上，用以管理多任務。充分發揮了數據檢測和報警的實時性和速度快等優點。普通儀表不具有智能的特點。本系統通過移植C/OS-II來管理多任務從而實現儀表的智能的特點。本系統從任務所實現的功能不同，對任務進展劃分。主要有以下任務：查詢任務；LCD顯示任務；蜂鳴器報警任務；故障記錄保存任務。其中查詢任務主要把A/D存放器中甲醛檢測的得到的數據取回CPU中并進展甲醛超標判斷。LCD顯示任務分為兩個，分別是：正常時的顯示任務和報警

22、時的顯示任務。通過各個任務之間的協調工作使得整個儀表實現智能甲醛監測功能。與普通儀表的設計相比擬，本文需要完成的主要任務包括以下兩個方面：1基于Mini2440開發平臺和甲醛傳感器的智能儀表模塊的硬件設計。2基于Mini2440開發平臺的C/OS-II的移植，同時用標準C語言編寫C/OS-II的各個任務。本文所設計的監測系統具有智能，可靠等特點。可以應用于普通家庭住房，也可以應用在高級場所酒店，會所等。本系統支持升級，可以通過移植TCP/IP協議來實現遠程通信等眾多功能。也可以通過軟件的升級實現智能家居系統集監測和控制功能于一體。1.3 智能儀表模塊的設計思路與主要工作本文設計的智能儀表主要基

23、于ARM處理器平臺和C/OS-II的實時操作系統，通過采用一個甲醛傳感器來采集室空氣中的甲醛含量，通過傳感器連接運算放大器把放大后的模擬信號送入A/D進展轉換。通過中斷來產生報警信號。此外，通過C/OS-II的任務調度來管理多任務。例如顯示任務、報警任務、關屏任務等等。使系統能夠實時，準確的反響室空氣質量情況。通信模塊的總體設計大致可分為硬件系統設計和軟件系統設計兩個局部,系統硬件的設計上選用了mini2440開發平臺和甲醛sensor,主要有主板和副板構成系統。副板主要采用甲醛傳感器和運算放大器的連接。主副版通過A/D連接，所以系統的硬件設計具有多功能、低功耗、速度快等特點。系統的軟件局部設

24、計是基于C/OS-II實時操作系統，把C/OS-II移植于mini2440開發平臺上，用以管理多任務。充分發揮了數據檢測和報警的實時性和速度快等優點。主要工作有： (1)、設計甲醛傳感器與運算放大器連接的甲醛檢測電路。(2)、選用mini2440開發平臺，并且連接好甲醛檢測電路。(3)、軟件設計，把C/OS-II裁剪移植于mini2440開發平臺上，用來管理A/D、液晶屏、蜂鳴器等，通過c語言編程編寫多任務。采用ADS1.2編譯環境編譯代碼。(4)、對儀表系統可能的進一步優化進展探討，并使其能夠適用于相似控制系統。2 模塊總體構造和的設計2.1 系統總的構成原理本文設計的智能儀表主要用來實現室

25、甲醛含量的檢測，并且在甲醛含量超標時及時報警。整體硬件模塊主要有甲醛傳感器、報警電路Mini2440所帶的蜂鳴器、以及人機交互界面Mini2440所帶的LCD和按鍵等。整個模塊構造框圖如圖2.1所示。Mini2440開發平臺甲醛檢測電路按鍵蜂鳴器報警電路LCDC/OS-II多任務圖2.1智能儀表構造框圖模塊能夠把檢測到的信號先傳入A/D，經A/D處理后傳入處理器進展處理和判斷。然后把結果返回液晶屏，同時通過任務執行相關操作。通過智能儀表的監測使家居環境適宜。2.2 智能儀表的總體設計原則對于本套系統設計是要表達出智能的特點，對于本套系統所謂智能主要表達在系統基于Mini2440開發平臺，且有C

26、/OS-II操作系統移植其上。在系統運行時可以實現任務的自動調用和實現，無需任何人工操作。可以實現智能的監測室甲醛含量，并且超標是報警。其次本套系統在設計時首先要立足于系統所實現的功能室甲醛含量的監測。針對系統所實現的功能進展硬件的設計和選擇。在軟件設計方面主要基于C/OS-II進展任務的編寫和調動。通過任務的調度來到達智能的特點。儀表模塊的總體設計大致可分為硬件設計和軟件設計兩個局部。在硬件設計上在到達功能要求上應盡可能的選用低功耗、體積小的電子元器件，并在軟件編程上實現任務的合理調度、并充分發揮硬件運算速度快等優勢。3系統的硬件設計系統硬件設計局部：系統硬件設計局部：智能儀表基于mini2

27、440開發平臺和甲醛傳感器與運放電路，mini2440開發平臺以ARM9為核心、并且集成了A/D、串口、GPIO、蜂鳴器、用戶液晶等多個設備，以此搭建構成的硬件平臺具備系統運行穩定、處理速度快、人機交互界面友善、多功能等優勢。3.1智能儀表的總體設計智能儀表的硬件總體設計主要分為兩個局部主板電路的設計和副板電路的設計；其中，主板主要采用mini2440開發平臺；副板主要有HCHO sensor和運算放大器構成。主副板主要通過A/D接口進展連接。整個系統呈現兩塊板子的布局。完成了硬件的設計后主要就開場進展軟件的設計工作。軟件總體設計主要也可以分為兩個局部。分別是：C/OS-II的移植和任務的設計

28、。完成了軟件的設計工作后，整個系統的設計工作根本完成了。然后，進展系統的試運行。整個系統的總體設計就根本完成了。其硬件電路原理框圖如圖3.1所示。Mini2440開發平臺LCD按鍵蜂鳴器報警電路甲醛檢測電路圖3.1 智能儀表硬件電路原理框圖Mini2440開發平臺Mini2440是一款真正低價實用的ARM9開發板，是目前國性價比最高的一款學習板；它采用Samsung S3C2440為微處理器，并采用專業穩定的CPU核電源芯片和復位芯片來保證系統運行時的穩定性。mini2440的PCB采用沉金工藝的四層板設計，專業等長布線，保證關鍵信號線的信號完整性，生產采器貼片，批量生產；出廠時都經過嚴格的質

29、量控制，配合這本十分詳細的手冊，可以迅速幫你掌握嵌入式 Linu*和WinCE開發的流程，只要有C語言根底的人一般2周即可入門。我們認為，嵌入式開發板不僅僅是一片可以看到“點亮LED燈或者LCD的電路板，只要你賦予它豐富的靈魂-嵌入式軟件，一切可以變得更加精彩，甚至可以重生，因此我們一直在不斷的更新和加強嵌入式軟件的開發，我們由衷地熱愛嵌入式系統這個事業，并為此保持激情和追求完美，目前我們提供的Linu*和WindowsCE 5.0/6.0系統，在技術和功能上已經到達國2440開發板中最高水平，它們各自的bootloader以及BSP均是100%開放的。Mini2440開發板構造圖如圖3.2所

30、示。圖3.2Mini2440開發板構造圖.1 Mnini2440開發平臺硬件資源特性(1).CPU處理器SamsungS3C2440A，主頻400MHz，最高533Mhz(2).SDRAM存在板64M SDRAM，32bit 數據總線SDRAM，時鐘頻率高達100MHz(3).FLASH存儲在板256M/1GB Nand Flash, 掉電非易失(用戶可定制64M/128M/256M/512M/1G)在板2M Nor Flash，掉電非易失，已經安裝BIOS(4).LCD顯示板上集成4 線電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線電阻觸摸屏，支持黑白、4 級灰度、16 級灰度、256 色、4096 色

31、STN 液晶屏，尺寸從3.5 到12.1 寸，屏幕分辨率可以到達1024*768 象素；支持黑白、4 級灰度、16 級灰度、256 色、64K 色、真彩色TFT 液晶屏，尺寸從3.5 寸到12.1 寸，屏幕分辨率可以到達1024*768 象素；標準配置為統寶3.5”真彩LCD，分別率240*320，帶觸摸屏；(5).接口和資源1 個100M以太網RJ-45 接口(采用DM9000 網絡芯片)；3 個串行口；1 個USB Host；1 個USB Slave B 型接口；1 個SD 卡存儲接口；1 路立體聲音頻輸出接口，一路麥克風接口；1 個2.0mm間距10 針JTAG 接口；4 USER Le

32、ds；6 USER buttons(帶引出座)；1 個PWM 控制蜂鳴器； 1 個可調電阻，用于AD 模數轉換測試；1 個I2C總線AT24C08 芯片，用于I2C總線測試；1 個2.0 mm間距20pin 攝像頭接口；板載實時時鐘電池；電源接口(5V)，帶電源開關和指示燈。(6).系統時鐘源12M無源晶振(7).實時時鐘部實時時鐘帶后備鋰電池(8).擴展接口1 個34 pin 2.0mmGPIO 接口；1 個40 pin 2.0mm系統總線接口(9).規格尺寸100 * 100(mm)(10).操作系統支持Linu*.2 + Qtopia-2.2.0+QtE-4.6.1(獨創雙圖形系統共存，

33、無縫切換)；WindowsCE.NET 6.0(R3)；C/OS-II。.2 Mnini2440開發平臺主要功能介紹Mnini2440開發平臺采用ARM9平臺的Samsung S3C2440A作為微處理器，S3C2440A是由Samsung公司推出的基于ARM920T核的1632位RISC處理器。此款處理器提供了豐富通用的片上外設，大大減少了系統電路中除處理器以外的元器件配置。S3C2440A有4路PWM定時器，1路部定時器，8路ADC和觸摸屏接口，130個通用IO，24個外部中斷源。最高工作頻率可以到達400 MHz，處理速度較快，完全能夠完成設計要求。同時本系統中主要還用到標準配置為統寶3

34、.5”真彩LCD，分別率240*320，帶觸摸屏，和A/D接口，及按鍵等，這些設備在Mnini2440開發平臺上嚴密配合使用。Mnini2440開發平臺具有豐富的系統資源和外設資源。同時具備一個通用的RJ45網絡接口，可以支持TCP/IP協議的移植從而進展網絡通信。此外開發板還具備三個串口和兩個USB接口。有較強的通信功能，可以支持系統的進一步升級。Mini2440 接口布局如下列圖所示，它在十分緊湊的100 * 100mm面積上精致安排了開發者常用的各種常用接口，并且還引出了供開發測試需要的充裕的IO 口和總線接口。Mini2440接口布局如圖.2.1所示圖3.3Mini2440接口布局Mi

35、ni2440開發平臺的存貯設備主要有Flash,開發板上分別提供了兩種Flash，NAND Flash和NOR Flash，并且提供了選擇引線。開發板提供5V電源供電。有通用的JTAG調試接口，同時支持音頻輸入輸出。有通用的GPIO接口。總之Mnini2440開發平臺系統資源豐富。完全支持整個系統的前期開發以及后期擴展和升級。.3基于Mnini2440開發平臺的智能儀表搭建根據智能儀表的硬件需求分析，主要需要Mini2440開發平臺的如下硬件資源：(1)處理單元Samsung S3C2440A是由Samsung公司推出的基于ARM920T核的1632位RISC處理器。此款處理器提供了豐富通用的

36、片上外設，大大減少了系統電路中除處理器以外的元器件配置。便于移植操作系統。2SDRAM存儲系統Mini2440 使用了兩片外接的32M bytes 總共64M bytes 的SDRAM 芯片(型號為：HY57V561620FTP/MT48LC16M16A2)，一般稱之為存，它們并接在一起形成32-bit 的總線數據寬度，這樣可以增加訪問的速度；因為是并接，故它們都使用了nGCS6 作為片選，根據CPU 手冊5-2 中的介紹可知，這就決定了它們的物理起始地址為0*30000000，SDRAM 局部原理圖如圖3.4所示。圖3.4 SDRAM局部原理圖3FLASH 存儲系統Mini2440 具備兩種

37、Flash，一種是Nor Flash，型號為SST39VF1601(AMD29LV160DB與此引腳兼容)，大小為2Mbyte；另一種是Nand Flash，型號為K9F1G08,大小為128M(舊版本為K9F1208，大小為64Mbyte)。S3C2440 支持這兩種Flash 啟動系統，通過撥動開關S2，你可以選擇從NOR 還是從NAND 啟動系統。實際的產品都使用一片Nand Flash 就夠了，因為我們為了方便用戶開發學習，因此還保存了Nor Flash。Nand Flash 不具有地址線，它有專門的控制接口與CPU 相連，數據總線為8-bit，但這并不意味著Nand Flash 讀寫

38、數據會很慢。大局部的優盤或者SD 卡等都是Nand Flash 制成的設備。從下面的原理圖可以看出，Nor Flash 采用了A1-A22 總共22 條地址總線和16 條數據總線與CPU 連接，請注意地址是從A1 開場的，這意味著它每次最小的讀寫單位是2-byte，因此根據原理圖，該設計總共可以兼容支持最大8Mbyte 的Nor Flash，實際我們的開發板上只用了A1-A20 條地址線，因為與A21、A22 相連的SST39V1601 的相應引腳是懸空的。原理圖如圖3.5所示。圖3.5 NAND FLASH和NOR FLASH的原理圖4電源系統及接口本開發板的電源系統比擬簡單，直接使用外接的

39、5V 電源，通過降壓芯片產生整個系統所需要的三種電壓：3.3V、1.8V、1.25V。請注意，本開發板并非面向手持移動設備設計，因此它并不具備完善的電源管理電路。整個系統的電源通斷是由S1 撥動開關控制的，它不能通過軟件實現開關機。為了方便用戶外接其他電源，我們還設計了一個電源接口CON8，它是一個白色2.0mm 間距的單排插座，中間均為“地，兩側均為5V。注意，這兩個5V 并非是相通的，其中一個連接了外部電源的5V，另外一個則連接了經過撥動開關S1 之后的5V。它們的連接關系和相應的實物標稱見圖3.6所示。圖3.6 電源連接關系相應實物圖5復位系統本開發板采用專業的復位芯片MA*811 實現

40、CPU 所需要的低電平復位，見圖.3.5圖3.7 復位電路原理圖6A/D輸入測試本開發板總共可以引出4 路A/D(模數轉換)轉換通道，它們位于板上的CON4-GPIO接口(詳見GPIO 接口介紹)，為了方便測試，AIN0 連接到了開發板上的可調電阻W1，原理圖如圖3.8所示。圖3.8 A/D原理電路圖7PWM控制蜂鳴器開發板的蜂鳴器SPEAKER 是通過PWM 控制的，原理圖如下所示，其中GPB0 可通過軟件設置為PWM 輸出。蜂鳴器原理圖如圖3.9所示。圖3.9 PWM控制蜂鳴器原理電路圖8串口S3C2440 本身總共有3 個串口UART0、1、2，其中UART0,1 可組合為一個全功能的串

41、口，在大局部的應用中，我們只用到3 個簡單的串口功能(本開發板提供的Linu* 和WinCE驅動也是這樣設置的)，即通常所說的發送(T*D)和接收(R*D)，它們分別對應板上的CON1、CON2、CON3，這3 個接口都是從CPU 直接引出的，是TTL 電平。為了方便用戶使用，其中UART0 做了RS232 電平轉換，它們對應于0，可以通過附帶的直連線與PC 機互相通訊。CON1，CON2，CON3 在開發板上的位置和原理圖中的連接定義對應關系如圖3.10所示。圖3.10 串口連接圖9LCD 接口本開發板的LCD 接口是一個41Pin 0.5mm 間距的白色座，其中包含了常見LCD 所用的大局

42、部控制信號(行場掃描、時鐘和使能等)，和完整的RGB 數據信號(RGB 輸出為8：8：8，即最高可支持1600 萬色的LCD)；為了用戶方便試驗，還引出了PWM 輸出(GPB1 可通過存放器配置為PWM)，和復位信號(nRESET)，其中LCD_PWR 是背光控制信號。另外，37、38、39、40 為四線觸摸屏接口，它們可以直接連接觸摸屏使用。圖中的J2 為LCD 驅動板供電選擇信號，目前我們的驅動板都使用5V 供電。其LCD接口電路如圖3.11所示。圖3.11 LCD接口電路圖.4開發板設置連接以及超級終端的使用(1)啟動模式選擇本開發板的啟動模式選擇，是通過撥動開關S2 來決定的：根據目標

43、板提示：S2 接到Nor Flash 標識一側時，系統將從Nor Flash 啟動；S2 接到Nand Flash 標識一側時，系統將從Nand Flash 啟動。出廠的時候開發板的Nor Flash 和Nand Flash 已經燒入了一樣的BIOS(因為該BIOS 同時支持這兩種Flash，只是開機后表現形式不同，請參考“開發板BIOS 功能及使用說明一節)，S2 已經被接到NandFlash 一側，系統一開機就從Nand Flash 啟動運行系統。(2)外部接口連接使用直連串口線連接開發板的串口0 和PC 機的串口用穿插網線將開發板的網絡接口與PC 相連用5V 電源適配器連接到板上的5V

44、輸入插座把音箱或者耳機的插頭接入板上的音頻輸出口(綠色)液晶屏連接，請按照數據線頭的方向與開發板的LCD 接口相連用USB 電纜連接開發板和PC(3)設置超級終端在此著重介紹一下Windows 自帶的超級終端程序并以Windows*P 為例，或許其他Windows 版本的程序界面有所不同。超級終端程序通常位于開場-程序-附件-通訊中，選擇運行該程序，設置超級終端的主要步驟見下列圖所示。 設置串口通信模式，如圖3.12所示。圖3.12 串口設置最重要的一步是設置串口波特率，注意必須選擇無流控制，否則，或許你只能看到輸出而不能輸入，另外板子工作時的串口波特率是115200，如圖3.13所示。圖3.

45、13 串口波特率設置當所有的連接參數都設置好以后，翻開電源開關，系統會出現vivi 啟動界面。選擇超級終端“文件菜單下的“另存為，保存該連接設置，以便于以后再連接時就不必重新執行以上設置了。3.2甲醛HCHO電化學傳感器簡介在本套系統中主要采用市三達特科技所生產的電化學甲醛傳感器HCHO sensor，這款甲醛傳感器生產工藝成熟，并且得到甲醛檢測領域權威部門的認可，目前主要應用于需要連續監測甲醛氣體濃度的設備及場合，適用于新房裝修后甲醛濃度的監測。這款甲醛傳感器有如下優點：低本錢：簡單的設計，簡單的構造，極少的配件，競爭力極強的價格；其次，這款傳感器可以到達5年的使用壽命；該款傳感器響應速度快

46、：t90可到達40秒；電源需求小：燃料電池的原理決定其不需要電源，而電路局部僅需要電池就可以滿足；長期的穩定性：可以忍受極高的壓力，最高可以到達十個大氣壓。甲醛傳感器的外觀構造圖如圖3.14所示：圖3.14HCHO Sensor 外觀構造圖HCHO sensor主要技術指標如下：測量圍：0-5ppm/0-50ppm；期望壽命：5年；輸出信號：200nA/ppm；分辨率：優于0.02ppm；測量下限：0.03ppm；溫度圍：-20到50oC；壓力圍：最高到10個大氣壓；濕度圍：15%-90%，非結露；響應時間t90：50秒20oC時；長期輸出漂移：每年10%；重復性：+/-2%；儲存時間：2年2

47、0oC時；尺寸：25*25*5.8mm。有HCHO sensor主要技術指標可以看出輸出信號強度有限，所以該傳感器要應用于智能儀表的設計中必須要外接放大電路，同時需要把模擬信號轉化為數字信號方能進展下一步的處理和應用。3.3甲醛HCHO監測電路的設計用上面所選用的甲醛傳感器來設計甲醛監測電路，根據原理可以知道：由于傳感器自身的輸出信號過于微弱，所以必須要經過放大，然后經過模數轉換，把得到的數字信號送入Mini2440開發平臺進展處理。信號放大電路如圖3.15所示。SensoropA1770.62K10K輸出圖3.15甲醛信號放大電路原理圖根據以上原理圖制作電路板，備齊所需元件然后按照原理圖焊接

48、元器件，最后輸出的信號設置A/D轉換借口。這樣副板的制作工作就根本完成。然后通過主副板的借口連接主副板，這樣智能儀表的硬件設計工作就已經根本完成了。主副板連接完成后加上電源對智能儀表的硬件系統進展測試，發現硬件系統可以正常工作。4系統的軟件設計系統的軟件局部設計主要基于Mini2440開發平臺和C/OS-II實時操作系統。軟件設計局部主要可分為以下幾塊：C/OS-II實時操作系統的移植；系統任務的劃分；任務的設計和編寫等重要幾局部。Mini2440開發平臺使用Samsung S3C2440為處理器。它是一款集成度高、功能豐富、功耗低等技術特點的32位處理器，它可以用標準C語言來完成程序設計。本

49、系統采用C/OS-II和標準C語言來實現軟件開發，可以大大提高開發調試工作的效率；同時，所有文檔資料也容易理解，便于移植。ARM公司提供的ADS1.2集成開發調試環境可以很好的完成系統軟件的開發，兼容程度高，開發調試的集成環境和人機界面良好。以下詳細說明軟件的設計過程。4.1C/OS-II實時操作系統C/OS-II 是一種基于優先級的搶占式多任務實時操作系統，包含了實時核、任務管理、時間管理、任務間通信同步信號量，消息 隊列和存管理等功能。它可以使各個任務獨立工作，互不干預，很容易實現準時而且無誤執行，使實時應用程序的設計和擴展變得容易，使應用程序的設計過程大為減化。C /OS-II是一個完整

50、的、可移植、可固化、可裁剪的占先式實時多任務核。C/OS-II絕大局部的代碼是用ANSI的C語言編寫的，包含一小局部匯編代碼，使之可供不同架構的微處理器使用。至今，從8位到64位，C/OS-II已在超過40種不同架構上的微處理器上運行。C/OS-II已經在世界圍得到廣泛應用，包括很多領域， 如手機、路由器、集線器、不連續電源、飛行器、醫療設備及工業控制上。實際上，C/OS-II已經通過了非常嚴格的測試，并且得到了美國航空管 理局Federal Aviation Administration的認證，可以用在飛行器上。這說明C/OS-II是穩定可靠的，可用于與人性命攸關的平安緊要safety cr

51、itical系統。除此以外，C/OS-II 的鮮明特點就是源碼公開，便于移植和維護。C/OS-II 核構造比擬簡單，但是運行效率很高。多任務系統中，核負責管理各個任務，或者說為每個任務分配CPU 時間，并且負責任務之間的通訊。核提供的根本效勞是任務切換。C/OS-II可以管理多達64個任務。由于它的作者占用和保存了8個任務，所以留給用戶應用程序最多可有56個任務。賦予各個任務的優先級必須是不一樣的。這意味著C/OS-II不支持時間片輪轉調度法round-robin scheduli ng。C/OS-II為每個任務設置獨立的堆棧空間，可以快速實現任務切換 。C/OS-II近似地每時每刻總是讓優先

52、級最高的就緒任務處于運行狀態，為了保證這一點，它在調用系統API 函數、中斷完畢、定時中斷完畢時總是執行調度算法，C/OS-II通過事先計算好數據簡化了運算量，通過精心設計就緒表構造使得延時可預知。C/OS-II實時操作系統的性能特點(1)公開源代碼(2)可移植性Portable絕大局部C/OS-II的源碼是用移植性很強的ANSI C寫的。和微處理器硬件相關的那局部是用匯編語言寫的。匯編語言寫的局部已經壓到最低限度，使得C/OS-II便于移植到其他微處理器上。C/OS-II可以在絕大多數8位、16位、32位以至64位微處理器、微控制器、數字信號處理器DSP上運行。(3)可固化ROMableC/

53、OS-II是為嵌入式應用而設計的，這就意味著，只要讀者有固化手段C編譯、連接、下載和固化，C/OS-II可以嵌入到讀者的產品中成為產品的一局部。(4)可裁剪Scalable可以只使用C/OS-II中應用程序需要的那些系統效勞。也就是說*產品可以只使用很少幾個C/OS-II調用，而另一個產品則使用了幾乎所有C/OS-II的功能，這樣可以減少產品中的C/OS-II所需的存儲器空間RAM和ROM。這種可剪裁性是靠條件編譯實現的。(5)占先式Preemptive(6)多任務C/OS-II可以管理64個任務，然而，目前這一版本保存8個給系統。應用程序最多可以有56個任務(7)可確定性全部C/OS-II的

54、函數調用與效勞的執行時間具有可確定性。(8)任務棧每個任務有自己單獨的棧，C/OS-II允許每個任務有不同的棧空間，以便壓低應用程序對RAM的需求。(9)系統效勞C/OS-II提供很多系統效勞，例如、消息隊列、信號量、塊大小固定的存的申請與釋放、時間相關函數等。(10)中斷管理中斷可以使正在執行的任務暫時掛起，如果優先級更高的任務被該中斷喚醒，則高優先級的任務在中斷嵌套全部退出后立即執行，中斷嵌套層數可達255層。(11)穩定性與可靠性C/OS-II實時性強，并且移植后能夠可靠運行。穩定性強。C/OS-II微小核C/OS-II微小核是為了方便初學者學習嵌入式實時操作系統的根本原理，分應用程序軟

55、件C/OS-II與處理器無關的代碼Os_core.c C/OS-II.cOs_Mbo*.c C/OS-II.cOs_Mem.c Os_Q.cOs_sem.c Os_Task.cOs_Time.c C/OS-II設置與應用無關的代碼OS_CFG.HINCLUDES.HC/OS-II的移植與處理器相關的代碼Os_cpu.h Os_cpu_A.asm Os_cpu_c.cCPU時鐘軟件硬件圖4.1 C/OS-II體系構造圖別由小到大將C/OS-II V2.52裁減為幾個只具備根本功能的微小核。只有418行剔除文件頭和函數頭后的數目，僅包含5個最根本的效勞函數的“最小核。 C/OS-II體系構造如圖4

56、.1所示。C/OS-II主要有以下三個局部構成。1、核代碼(source) (1) OS_CORE.C：OS核文件，提供一些核最根本的效勞和不好分類的效勞；(2) OS_TASK.C：任務管理文件，提供任務管理效勞；(3) OS_TIME.C： 時間管理文件，提供系統延時效勞；(4) uCOS_II.H： 頭文件，定義各種數據構造、常量、變量和聲明各種函數和變量；(5) OS_SEM.C： 信號量管理文件，提供任務間通訊效勞。2、移植代碼主要是基于ARM的移植代碼，當然所有基于C/OS-II V2.52的移植代碼均可在本書提供的C/OS-II微小核上使用。基于ARM的移植代碼位于arm目錄下，

57、分別為OS_CPU_C.C、OS_CPU_a.S、OS_CPU.H和IRQ.INC 4個文件。(1) OS_CPU_C.C：移植代碼C語言局部；(2) OS_CPU_a.S：移植代碼匯編語言局部；(3) OS_CPU.H：移植代碼頭文件；(4) IRQ.INC：移植代碼與芯片無關的中斷處理接口程序。3、配置文件 配置文件是每個C/OS-II程序必備的文件，而且不同的程序一般不一樣，但大小根本上一樣。配置文件例位于H目錄下，分別為INCLUDES.H和OS_CFG.H文件。(1) INCLUDES.H：核需要的頭文件，對于特定的移植，一般不需要改變；(2)OS_CFG.H：核配置的頭文件，一般需

58、要根據程序的需求修改其常量的容。4.2 C/OS-II實時操作系統的移植當處理器滿足可移植條件時，C/OS-II的移植是通過修改與處理器相關的3 個文件OS_CPU. H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C 來實現。下面討論移植條件以及3 個與處理器相關文件的修改。1、C/OS-II的移植條件(1)處理器的C 編譯器能產生可重入型代碼；(2)處理器支持中斷，且能產生定時中斷(通常為10100 HZ)；(3)用C 語言就可以開/關中斷；(4)處理器能支持一定數量的數據存儲硬件堆棧；(5)處理器有將存放器的容和堆棧指針讀出，并存儲到堆棧或存中去的指令。S3C2440A的核ARM920T

59、 完全能滿足以上移植條件，所以可以在S3C2410A平臺上移植C/OS-II 操作系統。本系統采用ARM公司開發的ADS1.2編譯開發環境來開發整個系統。2、OS_CPU. H 的實現OS_CPU.H 文件包括與處理器相關的常數、宏以及類型。因為所使用的處理器是32 字長，采用GCC 編譯器進展編譯。GCC 編譯器將整型變量編譯為4 字節，所以應將相關數據類型定義改為：typedef unsigned short INT16U; /*unsigned 16 bit quantity*/typedef signed short INT16S; /*signed 16 bit quantity*/

60、任務堆棧的數據類型聲明：typedef unsigned int OS_STK; /*each stack entry 32 bit wide*/ARM9 的程序狀態字CPSR 是32 位的存放器，所以定義OS_CPU_SR 如下：typedef INT32U OS_CPU_SR;C/OS-II需要先關中斷，再處理臨界代碼段，與開/關中斷相關的宏定義：#define OS_CRITICAL_METHOD 2#define OS_ENTER_CRITICAL() ARM_Disable_Int()#define OS_E*IT_CRITICAL() ARM_Enable_Int()ARM9 堆棧