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基于STR71X的城市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)通用平臺(tái)

基于STR71X的城市空氣質(zhì)量

自動(dòng)監(jiān)測(cè)通用平臺(tái)

設(shè)計(jì)報(bào)告

——組號(hào)：A555

1?作品簡(jiǎn)介
1.1?作品背景

隨著環(huán)境污染的日益加重,環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為整個(gè)社會(huì)的重要問題,人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性。通過監(jiān)測(cè)空氣中二氧化硫(SO2)，氮氧化物等有害性氣體以及煙塵等懸浮顆粒物(TSP)的含量，有效地監(jiān)測(cè)并清除污染源，是保護(hù)環(huán)境的有力措施之一。
環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一套以自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器為核心的自動(dòng)“測(cè)-控”系統(tǒng)。主要用于大氣污染和噪聲的在線監(jiān)控、遠(yuǎn)程登陸、污染預(yù)警和設(shè)備可視監(jiān)控等。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過有線或無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)反映城市的空氣質(zhì)量情況。當(dāng)空氣質(zhì)量達(dá)到重污染情況時(shí)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息并提示相應(yīng)的防護(hù)措施。
環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為環(huán)境管理提供了重要的技術(shù)手段。環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)控中心能有效地利用監(jiān)測(cè)設(shè)施，改進(jìn)在線監(jiān)控系統(tǒng)、污染預(yù)警，做到及時(shí)、有效、快速地響應(yīng)污染現(xiàn)狀，準(zhǔn)確、高效地提供環(huán)境空氣數(shù)據(jù)，為管理部門提供第一手資料，促進(jìn)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的自動(dòng)化、信息化發(fā)展。因此合理高效的利用環(huán)境信息服務(wù)于我們的環(huán)保工作,是解決問題的關(guān)鍵,這就對(duì)我們環(huán)境信息的管理提出了較高的要求。
而本設(shè)計(jì)是基于嵌入式系統(tǒng)的城市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)通用平臺(tái)，嵌入式系統(tǒng)是以實(shí)際應(yīng)用為核心，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由于嵌入式系統(tǒng)是面向應(yīng)用的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)專門的控制并節(jié)省軟硬件資源。
1.2?作品應(yīng)用

基于嵌入式的城市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)通用平臺(tái)作為大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)控子站（中心站須完成大量數(shù)據(jù)的接收與復(fù)雜處理，由服務(wù)器來(lái)承擔(dān)），子站主要實(shí)現(xiàn)以下系統(tǒng)功能：
（1）對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量和氣象狀況進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，采集、處理和存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
（2）子站按監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)指令定時(shí)或隨時(shí)向中心計(jì)算機(jī)傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備工作狀態(tài)信息。
（3）響應(yīng)中心站對(duì)監(jiān)測(cè)子站的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和校準(zhǔn)。對(duì)系統(tǒng)所用監(jiān)測(cè)設(shè)備的標(biāo)定、校準(zhǔn)和審核；對(duì)檢修后的儀器設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和主要技術(shù)指標(biāo)的運(yùn)行考核。
（4）能及時(shí)響應(yīng)、處理子站事故及緊急事件，使分布在市區(qū)大范圍內(nèi)的子站設(shè)備處于監(jiān)測(cè)中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控之中，能迅速處置設(shè)備事故等緊急事件。
（5）當(dāng)空氣質(zhì)量達(dá)到重污染情況時(shí)響應(yīng)中心站預(yù)警信息并執(zhí)行相應(yīng)的防護(hù)措施。
系統(tǒng)組成圖如圖1.1所示：

圖1.1

整個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)）1個(gè)中心站（中心控制室），和分布在城市內(nèi)多個(gè)子站，以武漢為例，將中心站服務(wù)器設(shè)在武漢氣象局，在武漢三鎮(zhèn)的漢陽(yáng)月湖、漢口江灘、武昌紫陽(yáng)、武漢神龍、東湖梨園、漢口花橋、青山廠前、木蘭湖、武漢高新、吳家山、武漢宗關(guān)等監(jiān)測(cè)地區(qū)設(shè)置11個(gè)子站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些分散點(diǎn)的大氣質(zhì)量。
監(jiān)測(cè)通用平臺(tái)在市區(qū)的分布如圖1.2所示。

圖1.2 武漢市區(qū)子站分布圖（●為監(jiān)測(cè)平臺(tái)分布地）
該子站作為通用平臺(tái)也可用在國(guó)內(nèi)外其它大中小型城市，不光用在武漢，像西安，蘭州，長(zhǎng)沙等城市都可以應(yīng)用這樣的通用環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)。
1.3?小組簡(jiǎn)介

1.3.1.?小組研發(fā)環(huán)境

（1）硬件平臺(tái)：ARM7 (STR710FZ2T6)
（2）軟件環(huán)境：EmBestIDE,ADS,LINUX
（3）通訊機(jī)制：ADSL，GPRS
（4）通訊協(xié)議： TCP/IP，UART，AT
1.3.2.?成員介紹

田世坤：華中科技大學(xué)控制系，本科，主要負(fù)責(zé)ARM芯片的基本功能、操作系統(tǒng)移植，整體硬件電路設(shè)計(jì)。

蘇謝祖：華中科技大學(xué)控制系，本科，主要負(fù)責(zé)各個(gè)外圍電路硬件模塊。

周勇：華中科技大學(xué)電氣系，本科，主要負(fù)責(zé)ARM芯片及其存儲(chǔ)擴(kuò)展電路硬件模塊。

桂赟：華中科技大學(xué)電子系，本科，主要負(fù)責(zé)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)編寫

黃欣然：華中科技大學(xué)控制系，本科，主要負(fù)責(zé)文檔編寫、GPRS、ADSL原理與文檔

1.3.3.?指導(dǎo)老師介紹

盛翊智，教授，華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系，主要研究領(lǐng)域：決策支持系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制與管理，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

2?作品說明

2.1?基于STR71X的城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)功能概述

各空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)通用平臺(tái)的主要功能是將分布式的大氣檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的操作與管理。將設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中、處理、傳輸，并對(duì)各種大氣檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
圖2.1為遙測(cè)、搖信、遙控結(jié)構(gòu)框圖。空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)與分布式大氣監(jiān)測(cè)裝置相配合，對(duì)下進(jìn)行信息匯總，對(duì)上進(jìn)行信息交換，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)、遙信和遙控功能。

圖2.1 遙測(cè)、搖信、遙控結(jié)構(gòu)框圖

2.1.1.?遙測(cè)功能

遙測(cè)的定義是指遠(yuǎn)程測(cè)量，被動(dòng)獲得遠(yuǎn)程信號(hào)，測(cè)量其數(shù)值。對(duì)于監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)遙測(cè)的數(shù)據(jù)是各種大氣檢測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)所要檢測(cè)的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)采樣頻率上均有一定的要求。而且由于各監(jiān)測(cè)平臺(tái)配置的差異性，遙測(cè)數(shù)據(jù)可能也因監(jiān)測(cè)平臺(tái)的配置不同而有所差異。這就要求系統(tǒng)在遙測(cè)方面應(yīng)具有足夠的靈活性，將不同設(shè)備所采集的同一物理意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化，并且能夠靈活地改變所要報(bào)送地?cái)?shù)據(jù)量。
2.1.2.?遙信功能

遙信功能主要反映的是設(shè)備的狀態(tài)量。這些狀態(tài)量包括各種檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、歷史開關(guān)機(jī)記錄、以及設(shè)備出錯(cuò)告警等信息。遙信也是通過監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)定時(shí)和各檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行交換數(shù)據(jù)所獲得的。監(jiān)測(cè)平臺(tái)在獲得各種設(shè)備的狀態(tài)信息后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中，識(shí)別，存檔，判定設(shè)備運(yùn)行是否正常。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)出告警，并采取一定的保護(hù)措施（如斷電、關(guān)閉電磁閥等）。
2.1.3.?遙控功能

遙控也稱遠(yuǎn)程控制。是遠(yuǎn)程主機(jī)主動(dòng)發(fā)出信號(hào)，控制遠(yuǎn)端操作。在這里，遙控是指監(jiān)測(cè)平臺(tái)接收中心服務(wù)器的各種操作請(qǐng)求（如設(shè)定設(shè)備時(shí)間、開關(guān)數(shù)字IO等），并完成規(guī)定操作。監(jiān)測(cè)平臺(tái)在接收中心服務(wù)器的操作請(qǐng)求后，查找本地功能表，找到所要操作命令，并通過串口向大氣檢測(cè)設(shè)備發(fā)出。
2.1.4.?遙調(diào)功能

遙調(diào)功能實(shí)際是遙控與遙信或遙控與遙測(cè)的組合。這里的遙調(diào)主要的操作是對(duì)設(shè)備的定零定標(biāo)。這需要對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程控制，而且還要有一個(gè)穩(wěn)定可行的專家系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行重新的校準(zhǔn)。操作復(fù)雜，涉及的檢測(cè)設(shè)備較多，這是監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。
2.1.5.?通訊功能

除此以外，監(jiān)測(cè)平臺(tái)另外一個(gè)重要的方面是通訊。不論是遙測(cè)、遙信還是遙控、遙調(diào)，都需要一個(gè)穩(wěn)定、可靠、快速的通訊方案。在本設(shè)計(jì)中，采用ADSL +GPRS的方案。ASDL帶寬充足，可滿足簡(jiǎn)單視頻以及大量數(shù)據(jù)的傳輸。GPRS為輔，可在ADSL出現(xiàn)故障時(shí)，作為輔助通信通道，保證系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。而且在那些不易于安裝ADSL的地區(qū)可以通過GPRS進(jìn)行無(wú)線的數(shù)據(jù)傳輸，這使得系統(tǒng)的通信方案更加靈活。
2.2?系統(tǒng)規(guī)格

2.2.1.?監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)各分析儀器的控制

（1）對(duì)各大氣監(jiān)測(cè)設(shè)備串口輸出狀況進(jìn)行破譯，實(shí)現(xiàn)對(duì)各大氣監(jiān)測(cè)設(shè)備的通信。
（2）擴(kuò)展其他設(shè)備連接入網(wǎng)。
2.2.2.?監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)、信息的處理

（1）數(shù)據(jù)采集頻率：1次/5s
平均值時(shí)間: 1 minute（分鐘）—1 hours（小時(shí)）可選
（2）一次值的定義及處理時(shí)間
（3）零值、標(biāo)值的定義與處理，建立登記表。
儀器在零（標(biāo)）標(biāo)定時(shí)監(jiān)測(cè)值不計(jì)入采樣記錄數(shù)據(jù)表，進(jìn)入零/標(biāo)登記。
登記表以時(shí)間，每分鐘平均值為字段形成記錄，最后1分鐘平均值為最終
零/標(biāo)值。
（4）異常值定義與處理，建立登記表。
異常值包括停電、走零、走標(biāo)、上下限報(bào)警值、有效值小于75%的平均值等，要有相應(yīng)的錯(cuò)誤標(biāo)記。
（5）保存SO2狀況，建立真值表。
（6）保存NO狀況，建立真值表。（同5類同）
（7）保存CO狀況，建立真值表。（同5類同）
（8）保存O3狀況，建立真值表。（同5類同）
（9）保存PM10（可吸入顆粒物）狀況，建立真值表。（同5類同）
（10）建立校準(zhǔn)器工作狀況表。（同5類同）
（11）設(shè)立“報(bào)警信號(hào)”登記表。
報(bào)警信號(hào)包括：監(jiān)測(cè)值超過上下限、儀器內(nèi)部參數(shù)超過上下限、室溫超過上下限、停電報(bào)警等。
（12）設(shè)立系統(tǒng)歷史記錄登記表
系統(tǒng)啟動(dòng)、關(guān)機(jī)記錄，遠(yuǎn)程用戶登錄與退出記錄。
（13）建立“氣象數(shù)據(jù)庫(kù)”。
2.2.3.?監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)

本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)是設(shè)備數(shù)據(jù)往中心站發(fā)送的一個(gè)緩沖和備份。通過對(duì)處理器擴(kuò)展存儲(chǔ)設(shè)備（CF卡，F(xiàn)lash，以CF卡存儲(chǔ)為主）以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
2.2.4.?監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸

系統(tǒng)主要采用ADSL有線或GPRS無(wú)線通信信道，連接中心站和各個(gè)子站。中心站采用2M固定IP的ADSL接入，同時(shí)接入GPRS VPN；子站采用1M動(dòng)態(tài)IP的ADSL接入，同時(shí)也接入GPRS VPN。
ADSL和GPRS VPN互為備用通信方式，都滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰⑦m應(yīng)不同的接入條件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。
（1）通信工作體制
每個(gè)子站的主工作體制為自報(bào)方式，普通工況下遙測(cè)站點(diǎn)IPC每分鐘從前端儀表采集一次數(shù)據(jù)，存入本地控制器，上傳頻率從1分鐘~1天可自選，將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。
輔助工作體制為應(yīng)答式，即當(dāng)監(jiān)測(cè)中心站需要監(jiān)控子站時(shí)，通過監(jiān)控軟件對(duì)相應(yīng)遙測(cè)站點(diǎn)發(fā)出招測(cè)指令，利用此方式，可靈活地對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行跨零、跨標(biāo)的校準(zhǔn)，以圖形界面動(dòng)態(tài)顯示儀器內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)。
中心站對(duì)省氣象科研所、省監(jiān)測(cè)站和國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的通信方式仍使用MODEM通訊。
（2）通信軟件基本功能
（1）每分鐘將PM10，SO2，NO，NO2，NOX，CO，O3，氣象參數(shù)（氣溫、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、濕度）和各儀器狀態(tài)真值表上傳給中心控制室。
（2）每天定時(shí)將零/標(biāo)記錄值，若現(xiàn)場(chǎng)有新的零/標(biāo)記錄生成，立即上傳與中心控制室保持同步。
（3） PM10,SO2,NO2,CO,O3的小時(shí)平均值,上傳給中心控制室。
（4） “報(bào)警”登記表若有“新值”，立即與每分鐘數(shù)據(jù)一起向中心室上傳。
（5）接收中心站對(duì)指定儀器進(jìn)行“走零”,“走標(biāo)”的命令。
（6）接收中心站“暫停報(bào)警”命令。
（7）接收中心站“傳送視頻或圖像”的命令。
（8）智能化檢測(cè)通信狀況，在ADSL通信出現(xiàn)故障后自動(dòng)切換到GPRS。
2.3?系統(tǒng)創(chuàng)新

（1）基于STR71X的城市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)通用平臺(tái)取代原來(lái)的采用PC作為控制系統(tǒng)，極大地節(jié)省了軟硬件資源。
（2）信息傳輸?shù)姆绞綌U(kuò)展為ADSL+GPRS的方案，在不易于安裝ADSL的地區(qū)可以通過GPRS進(jìn)行無(wú)線的數(shù)據(jù)傳輸，這使得系統(tǒng)的通信穩(wěn)定可靠靈活。
（3）在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上擴(kuò)展為傳送圖像和聲音，這對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制提供了更為直觀高效的方式。
2.4?實(shí)現(xiàn)規(guī)劃

（1）12月24日～12月31日：查閱資料，了解、熟悉項(xiàng)目細(xì)節(jié)。
（2）1月1日～1月14日：項(xiàng)目分析，概要設(shè)計(jì)（系統(tǒng)架構(gòu)，硬件，軟件）
（3）1月15日～1月25日：項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告，競(jìng)賽報(bào)告
（4）2月4日～3月3日：細(xì)化任務(wù)，查閱相關(guān)資料，準(zhǔn)備進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)
（5）3月4日～3月17日：項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)及報(bào)告
（6）3月18日～4月7日：硬件軟件搭建及調(diào)試
（7）4月8日～4月30日：系統(tǒng)整體調(diào)試，測(cè)試
（8）5月1日～完成：系統(tǒng)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，項(xiàng)目總結(jié)
3?作品設(shè)計(jì)

3.1?系統(tǒng)整體構(gòu)架與模塊簡(jiǎn)介

系統(tǒng)的整體構(gòu)架如圖3.1所示。圖中五個(gè)測(cè)量?jī)x是TELEDYNE ADVANCED POLLUTION INSTRUMENTATION (T-API)公司生產(chǎn)的環(huán)境氣體檢測(cè)設(shè)備，

子站

(ST_ARM)

STR710FZ2T6

SO2測(cè)量?jī)x

中心站
CO測(cè)量?jī)x

粉塵測(cè)量?jī)x

O3測(cè)量?jī)x

NOx測(cè)量?jī)x

其它量(模擬)

觸摸屏
RS232

ADSL

GPRS
(備用)

ADC

CF卡

圖3.1 監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)架圖
應(yīng)用廣泛，能夠?qū)⒎蹓m，氣體如SO2，CO，O3，NOX等模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過串口直接傳送到子站。增加其他測(cè)量設(shè)備，還可以監(jiān)測(cè)別的物理量。另一種方法就是通過A/D轉(zhuǎn)換，直接向自站發(fā)送采集數(shù)據(jù)量。觸摸屏用于控制和顯示，直接觀察ARM芯片的工作狀態(tài)，方便用戶調(diào)試。大容量CF卡能存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，保留備份，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，在接到中心站數(shù)據(jù)傳輸指令后，及時(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，并保留備份，防止因傳輸中斷或數(shù)據(jù)丟失造成不必要的損失。子站和中心站之間可以通過ADSL網(wǎng)絡(luò)通訊，GPRS為備用通訊線路，當(dāng)ADSL網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)告錯(cuò)誤，自動(dòng)切換到GPRS傳輸。

3.1.1.?工作體制

每個(gè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的主要工作體制為自報(bào)方式，普通工況下遙測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)每分鐘從前端儀表采集一次數(shù)據(jù)，存入本地儲(chǔ)存介質(zhì)中，上傳頻率從1分鐘~1天可自選，將數(shù)據(jù)傳送到中心站。若數(shù)據(jù)未發(fā)送成功，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀況，待網(wǎng)絡(luò)通暢后再次按時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)，并且保證數(shù)據(jù)一定送達(dá)。當(dāng)傳感器采集到特殊報(bào)警值，監(jiān)測(cè)平臺(tái)在2秒內(nèi)將當(dāng)前報(bào)警值發(fā)送到中心站。
輔助工作體制為應(yīng)答式，即當(dāng)中心站需要監(jiān)控子站時(shí)，通過監(jiān)控軟件對(duì)相應(yīng)遙測(cè)站點(diǎn)發(fā)出招測(cè)指令，子站收到指令后，立刻將所需數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心。利用此方式，可靈活地對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行跨零和跨標(biāo)的校準(zhǔn)，還可以圖形界面動(dòng)態(tài)顯示儀器內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)。
3.1.2.?通信信道

本系統(tǒng)選ADSL 1M 寬帶作為通訊方式，并以GPRS無(wú)線通信作為備用信道，當(dāng)ADSL出現(xiàn)故障或一些惡劣環(huán)境下不得不用無(wú)線時(shí)采用GPRS進(jìn)行無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。
3.1.3.?供電方式

遙測(cè)站的供電系統(tǒng)全部采用220v市電供電，每個(gè)遙測(cè)站點(diǎn)可以同時(shí)配有UPS作為備用電源，停電時(shí)供中心站、子站、ADSL、GPRS使用，保證通信暢通，克服停電造成的網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)，使中心站及時(shí)了解子站的運(yùn)行狀況。

3.2?監(jiān)測(cè)平臺(tái)子站硬件模塊

3.2.1.?處理器

處理器采用的是意法半導(dǎo)體（ST）的STR71X系列微控制器基于16/32位 ARM7TDMI RISC CPU。STR71x系列是片上集成Flash和RAM的微控制器系列。它基于高性能的ARM7TDMI內(nèi)核，擁有豐富的外設(shè)和增強(qiáng)的I/O功能。該系列中的所有器件都包含片上高速單電壓Flash存儲(chǔ)器和高速RAM存儲(chǔ)器。由于內(nèi)嵌ARM內(nèi)核，所以STR71x與所有的ARM工具和軟件兼容。其內(nèi)部框圖如下圖3.2所示，內(nèi)部總線和兩條APB總線將片上系統(tǒng)和外設(shè)資源緊密的連接起來(lái)，其中內(nèi)部總線是主系統(tǒng)總線，連接了CPU、存儲(chǔ)器和系統(tǒng)時(shí)鐘等，APB1總線（APB1橋連接的APB總線）連接高速外設(shè)，APB2總線（APB2橋連接的APB總線）連接系統(tǒng)通用外設(shè)和中斷控制。I/O端口包括P0，P1，P2三個(gè)16位的端口，其它的外設(shè)接口引腳都與I/O端口的引腳功能復(fù)用，圖上的AF即表示功能復(fù)用引腳。另外，外部存儲(chǔ)器接口（EMI）提供了16條數(shù)據(jù)線接口和24條地址線接口，可擴(kuò)展4組16M空間的外部存儲(chǔ)器。

本系統(tǒng)中，我們用到的部分有：
UART0、UART1、UART2、UART3
SPI0、SPI1
INT2,INT3,INT4,INT5
4路ADC、
EMI BANK0、1、2、3,以及幾個(gè)其它通用IO口。
圖3.2 STR710FZ2T6的結(jié)構(gòu)框圖

3.2.2.?串口擴(kuò)展

（1）方案比較
目前比較通用的串口擴(kuò)展方案有以下三種：
（1）用硬件實(shí)現(xiàn)，使用多串口單片機(jī)或?qū)Ｓ么跀U(kuò)展芯片，可供選擇的串口擴(kuò)展芯片有TI等公司開發(fā)的16C554系列串口擴(kuò)展芯片，該系列芯片實(shí)現(xiàn)的功能是通過并行口擴(kuò)展串行口，功能比較強(qiáng)大、通訊速度高，但控制復(fù)雜，同時(shí)價(jià)格較高，主要的應(yīng)用場(chǎng)合是PC機(jī)串口擴(kuò)展產(chǎn)品。而在嵌入式設(shè)計(jì)中，使用ARM芯片，波特率要求不高，使用16C554系列芯片不僅成本高而且還造成了資源的浪費(fèi)。
（2）用軟件實(shí)現(xiàn)，軟件模擬串口存在的缺點(diǎn)有：一是采樣次數(shù)低，一般只能做到2次/BIT，這樣數(shù)據(jù)的正確性就難以保證；二是不能實(shí)現(xiàn)高波特率通訊，軟件模擬串口一般不能實(shí)現(xiàn)高于4800 bps的波特率。不過，這種方法，價(jià)格便宜，成本低。易于實(shí)現(xiàn)。
（3）并行口擴(kuò)展串口方法的功能比較強(qiáng)大，能提供MODEM控制信號(hào)、通訊速度高，但控制復(fù)雜，占用MCU的端口資源較多，同時(shí)價(jià)格也較高。
成都微電子有限公司推出的GM8125系列串口擴(kuò)展芯片全硬件實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展，保證了芯片工作的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)的最高波特率完全能滿足一般系統(tǒng)需求，同時(shí)占用系統(tǒng)資源少，使用方法簡(jiǎn)單，通訊格式可設(shè)置，與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式兼容，利用該系列芯片實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展是性價(jià)比較高的串口擴(kuò)展方案。
（2） GM8125特性
GM8125 可以將一個(gè)全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口擴(kuò)展成5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，并能通過外部引腳控制串口擴(kuò)展模式：?jiǎn)瓮ǖ拦ぷ髂Ｊ胶投嗤ǖ拦ぷ髂Ｊ剑纯梢灾付ㄒ粋€(gè)子串口和母串口以相同的波特率單一的工作，也可以讓所有子串口在母串口波特率基礎(chǔ)上分頻同時(shí)工作。
該芯片工作在多通道模式下時(shí)，子串口能主動(dòng)響應(yīng)從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并由母串口發(fā)送給主機(jī)，同時(shí)返回子串口地址。該模式使每個(gè)從機(jī)的發(fā)送要求都能被及時(shí)地響應(yīng)，即使所有從機(jī)同時(shí)有發(fā)送要求，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，基本實(shí)現(xiàn)了主控單元和外設(shè)通訊的實(shí)時(shí)性。
該芯片母串口和子串口的工作波特率可由軟件調(diào)節(jié)，而不需要修改外部電路和晶振頻率。該芯片的外部控制少，應(yīng)用靈活，編程使用簡(jiǎn)單，適用于大多數(shù)有串口擴(kuò)展需求的系統(tǒng)。
GM8125特性如下：
（1）采用寫控制字的方式對(duì)芯片進(jìn)行控制
（2）各子串口波特率可調(diào)（統(tǒng)一調(diào)節(jié)）
（3）數(shù)據(jù)格式10 位或11 位可選
（4）單通道模式下，最高波特率支持20Mbps；多通道模式下，子串口最高波特率38400bps
（5）子串口數(shù)：5 個(gè)
（6）由一個(gè)引腳選擇芯片的工作方式是單通道工作模式還是多通道工作模式。在單通道工作模式下，芯片工作無(wú)需初始化設(shè)置，工作串口由地址線控制選擇。在多通道工作模式下，各子串口的波特率等于母串口波特率的6 分頻，接收時(shí)地址線SRADD2~0
（7）向MCU返回接收子通道的地址，MCU接收到母串口送來(lái)的數(shù)據(jù)后就可根據(jù)SRADD2~0狀態(tài)判斷數(shù)據(jù)是從哪一個(gè)子串口送來(lái)的；發(fā)送時(shí)先由MCU 選擇子串口再向母串口發(fā)送數(shù)據(jù)
（8）與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式兼容，TTL 電平輸出
（9）寬工作電壓：2.3~6.7V
（10）輸出波特率誤差小于0.2%，輸入波特率誤差要求小于2.8%
（11）每bit 采樣16 次，提高數(shù)據(jù)正確性
（12）輸入地址引腳有50～80KΩ Pull-Down 電阻，其它輸入引腳有50～80KΩ Pull-Up 電阻（OSCI 除外）
（3）?GM8125工作模式
通過對(duì)控制引腳MS的設(shè)置來(lái)選擇工作模式。當(dāng)模式控制引腳MS = 1 時(shí)，芯片工作在單通道工作模式下。當(dāng)模式控制引腳MS = 0 時(shí)，芯片工作在多通道工作模式下，多通道模式允許5 個(gè)子串口同時(shí)全雙工地工作。
（1）?單通道工作模式
單通道模式在一個(gè)時(shí)刻只允許一組RXD 和TXD 與母串口進(jìn)行通訊。芯片的地址線用于選擇希望和母串口相連接的子串口，外部MCU 通過三根輸入地址線和三根輸出地址線選擇指定和母串口連接的子串口。輸入/輸出地址線可以不相同，則連接到母串口上的RXD 和TXD 可以屬于不同的子串口（注意：通訊時(shí)不能將STADD 置為‘000’）。
單通道工作模式下地址線定義如圖3.3所示。

表3.3 單通道工作模式下地址線定義
（2）?多通道工作模式

在多通道工作模式下，芯片的地址線STADD2~0 是輸入口，由MCU控制選擇希望發(fā)送數(shù)據(jù)的子串口，地址線SRADD2~0 是輸出口，用于向MCU返回接收到數(shù)據(jù)的子串口地址。

多通道工作模式下，在進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊前要對(duì)芯片進(jìn)行工作方式設(shè)置，對(duì)幀格式和通訊波特率進(jìn)行設(shè)置。在該模式下，各子串口波特率相同，母串口的波特率等于子串口波特率的6 倍。比如設(shè)置了子串口和外圍設(shè)備的通訊波特率為1200bps，則母串口波特率為1200×6=7200bps。

各地址線定義如表3.4 和表3.5所示：

表3.4 多通道工作模式下子串口發(fā)送地址線定義

表3.5 多通道工作模式下子串口接收地址線狀態(tài)
（4） GM8125電路連接
電路連接如圖3.6所示。
STR710FZ2T6

P[12:17]

UART1

STA[0:2]
SRA[0:2]

UART0

電平驅(qū)動(dòng)

GM8125

圖3.6 系統(tǒng)擴(kuò)展GM8125

由圖可知，MCU通過通用IO口對(duì)GM8125的子串口的收發(fā)信號(hào)口選址，由于GM8125的高電平要求在3.5V以上，故須加上電平驅(qū)動(dòng)電路以保證線路驅(qū)動(dòng)，實(shí)際電路加入的是74HC04非門。MCU的UART1輸出到GM8125的主串口，由GM8125通過MCU的選址來(lái)管理數(shù)據(jù)的IO。
根據(jù)本系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，GM8125應(yīng)該工作在單通道模式。

3.2.3.?SRAM擴(kuò)展

在系統(tǒng)中一般SDRAM是用做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，系統(tǒng)啟動(dòng)配置完成后，SRAM便開始工作。在STR71X 中有4個(gè)Bank用于擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。因?yàn)镾RAM的讀寫速度比FLASH快得多，所以在有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的情況下，一般是將FLASH的代碼解壓搬到SRAM，然后從SRAM中運(yùn)行代碼。這樣可以大大提高程序運(yùn)行的速度。圖3.2是SRAM的擴(kuò)展電路。本系統(tǒng)選用ISSC公司的IS61LV25616AL10T，2片。
（1）?IS61LV25616AL10T特性
工作頻率可以達(dá)到100MHz，半片存儲(chǔ)容量為256K×16bits——512KByte,采用２片使總存儲(chǔ)量達(dá)到1MByte，達(dá)到移植uClinux的要求；工作電壓為3.3V,16位數(shù)據(jù)寬度。
（2）電路連接
電路連接如圖3.8所示。
STR71X

ADDR[21:0]

XDATA[7:0]

nCS[0]

nRD

nWR[1:0]
地址總線

數(shù)據(jù)總線

片選

寫I寫

寬度選擇

SDRAM

DQ[15:0]

nCS
nRD
LB
UB

圖3.8 SRAM的擴(kuò)展電路
由圖可見，擴(kuò)展SRAM需要注意以下幾點(diǎn)：
（1）數(shù)據(jù)和地址總線，由于是兩片構(gòu)成32位數(shù)據(jù)寬度，所以數(shù)據(jù)總線的高16位和低16位分接在兩片SDRAM上。地址總線則根據(jù)SDRAM的具體容量來(lái)確定，（2）nCS[3:0]片選信號(hào)，nCS[3:0]片選信號(hào)決定了所接的SRAM屬于哪一個(gè)Bank，STR71X提供了4個(gè)Bank的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展。SRAM分配為STR71X的BANK0,其nCS接STR71X的nCS[3:0]
（3）STR71X的nRD直接接IS61LV25616AL10T?的nRD，對(duì)其寫使能。
（4）nWR[1:0] 與nRD信號(hào)相與后分別接到IS61LV25616AL10T?的UB和LB端，同時(shí)選中高字節(jié)和低字節(jié)，對(duì)16位數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行操作。

3.2.4.?FLASH擴(kuò)展

在系統(tǒng)中一般FLASH是用做程序存儲(chǔ)器，系統(tǒng)啟動(dòng)之后從FLASH中開始執(zhí)行程序。在STR71X 中有4個(gè)Bank用于擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，其中Bank0用于存放啟動(dòng)代碼。本系統(tǒng)采用Silicon Storage Technology公司的SST39VF1601。
1 SST39VF1601特性
（1）容量為1M×16bit。
（2）速度為70ns。
（3）通過16位數(shù)據(jù)總線與CPU交換數(shù)據(jù)。
（4）穩(wěn)定可靠，擦寫次數(shù)典型值為10萬(wàn)次。
2電路連接
電路連接如圖3.7所示。
STR71X

A [19:0]

D [15:0]

nCS[1]

nRD

nWR[1:0]
SST39VF1601
A [19:0]

D [15:0]

nCS
nRD
nWR

地址總線

數(shù)據(jù)總線

片選

讀

寫

圖3.7 FLASH擴(kuò)展電路
擴(kuò)展FLASH時(shí)要進(jìn)行以下幾個(gè)工作：
（1）根據(jù)所接的FLASH的特性，確定所接的數(shù)據(jù)總線和地址總線的寬度。SST39VF1601是16M位容量16位的數(shù)據(jù)寬度的FLASH，其內(nèi)部以16位為一個(gè)單元，所以總共有1M各單元（2M字節(jié)）。其地址線有20根，擴(kuò)展SST39VF1601時(shí)將A [19:0]接到其地址線上，D [15:0]接到其數(shù)據(jù)線上。若是由幾片F(xiàn)LASH組成較寬的數(shù)據(jù)寬度（如2片16位的FLASH組成32位的程序存儲(chǔ)器），則將地址線并聯(lián)，數(shù)據(jù)分成高低兩組分別接在2片F(xiàn)LASH的數(shù)據(jù)線上。
（2）nCS[3:0]片選信號(hào)決定了所接的FLASH屬于哪一個(gè)Bank，nCS[1]對(duì)應(yīng)FLASH，所以用于啟動(dòng)的FLASH應(yīng)接nRCS0即Bank0。如上所說做位數(shù)擴(kuò)展時(shí)應(yīng)將幾片F(xiàn)LASH的片選CE接同一個(gè)片選信號(hào)。
（3）nRD輸出使能，當(dāng)處理器對(duì)FLASH進(jìn)行讀操作的輸出此信號(hào)。把它與FLASH的nRD相接即可。
（4）nWR寫字節(jié)使能，STR71X的系統(tǒng)中nWBE [1:0]用于在進(jìn)行寫操作時(shí)指定寫入的哪幾位，4個(gè)信號(hào)分別對(duì)應(yīng)32位中的4個(gè)字節(jié)。在用一片16位的FLASH時(shí)，用nWR0做寫信號(hào)接到FLASH的WE上。若是多片擴(kuò)展，則根據(jù)FLASH的特性決定接哪幾根nWBE。

3.2.5.?CF卡的擴(kuò)展

為便于功能擴(kuò)展，系統(tǒng)擴(kuò)展大容量存貯設(shè)備COMPACT FLASH（CF卡）來(lái)存貯滯留數(shù)據(jù)和靜態(tài)圖像。系統(tǒng)采用的CF卡是SST公司生產(chǎn)的SST48CF096。
1 SST48CF096特性：
（1）多容量選擇，最大可到12G

（2）封裝小：為36.4 mm x 42.8 mm x 3.3 mm

（3）支持5V和3.3V讀寫模式
（4）PC模式ATA接口和True IDE接口
每個(gè)扇區(qū)512字節(jié)
兼容ATA指令
（5）低耗電量
喚醒模式：35/55 mA（3.3/5.0V）（典型）
睡眠模式：100/150uA（3.3/5V）（典型）
（6）數(shù)據(jù)傳輸率
5V供電時(shí)為20MB/S突發(fā)
3.3V供電時(shí)為6.6MB/S突發(fā)
2?工作模式
（1）?Memeroy Card模式
在該模式下，CF卡被配置成主存貯空間的一個(gè)地址范圍，CF卡為缺省工作模式。該模式能夠通過配置選項(xiàng)寄存器來(lái)設(shè)置。
（2） I/O Card模式
該模式和PC-AT信號(hào)兼容，允許設(shè)計(jì)者將閃存地址合并到系統(tǒng)總線空間，使得CF卡似乎有明確的輸入/輸出地址線。
（3） True IDE模式
該模式兼容大多數(shù)的磁盤驅(qū)動(dòng)，可通過編程內(nèi)建文件系統(tǒng)。
本系統(tǒng)采用Memory Card模式。
3 電路連接
電路連接如圖3.9所示。
STR71X
ADDR[3:0]

XDATA[7:0]

nSDCE
nRD
nWR

COMPACT FLASH
A[3:0]

DQ[7:0]

CE1
OE
WE

地址總線

數(shù)據(jù)總線

圖3.9 CF卡Memory模式擴(kuò)展電路

CF卡的接口電路為50Pin。CF卡在Memory模式下外部數(shù)據(jù)位寬度可為8位或者16位，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用8位。

3.2.6.?實(shí)時(shí)時(shí)鐘

在系統(tǒng)中為中心站與子站間時(shí)間同步，生成子站向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間戳，并防止程序進(jìn)入異常狀態(tài)或死機(jī)必須增加看門狗電路，在發(fā)生異常時(shí)復(fù)位系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用DALLS的DS1286實(shí)時(shí)時(shí)鐘帶看門狗芯片完成上述工作。這款芯片內(nèi)部還帶有50個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器，由于有芯片內(nèi)部電池供電，可以利用此存儲(chǔ)器存儲(chǔ)與系統(tǒng)相關(guān)的一些數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的IP地址，CPU的工作模式。
看門狗的工作原理是，處理器定時(shí)的訪問看門狗電路，并清除看門狗的計(jì)數(shù)器。若程序出現(xiàn)異常或死機(jī)，則無(wú)法訪問看門狗電路，當(dāng)看門狗計(jì)數(shù)器到某一數(shù)值沒有被清零時(shí)則發(fā)出復(fù)位信號(hào)將系統(tǒng)復(fù)位。在系統(tǒng)復(fù)位之后，可以從實(shí)時(shí)時(shí)鐘的存儲(chǔ)器中讀出相關(guān)的配置信息重新配置本系統(tǒng)。
1 DS1286特性
（1）最小時(shí)間單位是1/100秒，可產(chǎn)生秒、分、小時(shí)、天、月、年等時(shí)間單位，已經(jīng)調(diào)整好的運(yùn)行時(shí)間直到2100年。
（2）?能在處理器“跑飛”的情況下重啟處理器。
（3）?能產(chǎn)生實(shí)時(shí)報(bào)警信號(hào)。
（4）?嵌入了鋰電池，不外接電源時(shí)，十年內(nèi)數(shù)據(jù)保存有效，時(shí)鐘正常運(yùn)行。
（5）?可編程的中斷，方波輸出。
（6）?內(nèi)部寄存器可通過地址線和數(shù)據(jù)線分開操作，內(nèi)含50B的用戶RAM。
（7）?計(jì)時(shí)誤差不超過1分/月。

2?電路連接

實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門狗電路作為系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)備，如圖3.10所示是系統(tǒng)擴(kuò)展DS1286的電路。
在電路中將STR71X的地址ADDR[5:0]接DS1286的A[5:0]；數(shù)據(jù)XDATA[7:0]接DS1286的DQ[7:0];用擴(kuò)展I/O接DS1286所以用nECS1做片選信號(hào)接DS1286的CE；讀信號(hào)nOE接DS1286的OE；寫信號(hào)nWBE0接DS1286的WE；用DS1286的看門狗中斷信號(hào)INTA使系統(tǒng)復(fù)位。
STR71X
ADDR[5:0]

XDATA[7:0]

nECS1
nOE
nWBE0
nRESET

DS1286
A[5:0]

DQ[7:0]

CE
OE
WE
INTA

地址總線

數(shù)據(jù)總線

圖 3.10 系統(tǒng)擴(kuò)展DS1286

3.2.7.?以太網(wǎng)接口

系統(tǒng)采用uClinux作為嵌入式操作系統(tǒng)，ARM內(nèi)部已經(jīng)集成MAC控制，所缺少的只是物理接口。本系統(tǒng)采用MICROCHIP公司的ENC28J60作為以太網(wǎng)控制器
1 ENC28J60特性
本設(shè)計(jì)采用ENC28J60作為以太網(wǎng)控制器，這款芯片管腳數(shù)量少，與以前為個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的,如RTL8019、AX88796L、DM9008、CS8900A、LAN91C111相比，電路原理簡(jiǎn)單，連接方便，非常適合與嵌入式設(shè)計(jì).
采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口（SPI）的以太網(wǎng)控制器ENC28J60具有以下主要特征：
◆ 符合IEEE 802.3協(xié)議。內(nèi)置10 Mbps以太網(wǎng)物理層器件（PHY）及媒體訪問控制器（MAC）,可按業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包數(shù)據(jù)。
◆ 具有可編程過濾功能。特殊的過濾器,包括Microchip的可編程模式匹配過濾器,可自動(dòng)評(píng)價(jià)、接收或拒收Magic Packet,單播（Unicast）、多播（Multicast）或廣播（Broadcast）信息包,以減輕主控單片機(jī)的處理負(fù)荷。
◆ 10 Mbps SPI接口。業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的串行通信端口,使得低至18引腳的8位單片機(jī)也具有網(wǎng)絡(luò)連接功能。
◆ 可編程8 KB雙端口SRAM緩沖器。以高效的方式進(jìn)行信息包的存儲(chǔ)、檢索和修改,以減輕主控單片機(jī)的內(nèi)存負(fù)荷。該緩沖存儲(chǔ)器提供了靈活可靠的數(shù)據(jù)管理機(jī)制。
2 電路連接
以太網(wǎng)接口為RJ45,通過變壓器與控制器芯片ENC28J60相連：
圖3.12 以太網(wǎng)接口芯片擴(kuò)展電路

3.2.8.?GPRS

GPRS（General Packet Radio Service）為通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。相對(duì)原來(lái)GSM的撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有“實(shí)時(shí)在線”、“按量計(jì)費(fèi)”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點(diǎn)。
作為一個(gè)輔助模塊，在有線網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)不可用、或者環(huán)境惡劣必須采用無(wú)線、需要傳送的數(shù)據(jù)量不大時(shí)可切換為GPRS通信。GPRS目前流行的接入方式是串行口，對(duì)串行口進(jìn)行相關(guān)的配置，并安裝驅(qū)動(dòng)后，便可將GPRS模塊當(dāng)作普通的modem一樣進(jìn)行操作了。
本系統(tǒng)我們使用Wavecom公司的Fastrack M1203A GPRS模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)與中心站的通信，如圖3.13所示。通過UART與cpu連接，工作電壓5－12v。但是由于此模塊推出的時(shí)間較早，故沒有內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，所以需要操作系統(tǒng)uclinux內(nèi)部集成。Cpu在不同的時(shí)間讀取不同的監(jiān)測(cè)設(shè)備，并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。當(dāng)中心站需要子站上傳數(shù)據(jù)或者采集的數(shù)據(jù)達(dá)到一定要求時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送程序由M1203接入GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。
AT指令是模塊唯一能接收的語(yǔ)言，通過AT指令可以對(duì)模塊的各個(gè)狀態(tài)和行為進(jìn)行控制。本系統(tǒng)常用的AT命令主要有：AT+CGACT（激活模塊GPRS功能）、AT+CGREG（GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)狀態(tài)）、AT+CSQ?（信號(hào)強(qiáng)度）、ATE（指令回顯）、AT+CGCLASS（設(shè)置模塊的工作模式）、AT+CGDCONT(設(shè)置分組數(shù)據(jù)交換的環(huán)境參數(shù))等。

圖3.13 Wavecom公司的Fastrack M1203A GPRS模塊

3.2.9.?觸摸屏模塊

考慮到要顯示的數(shù)據(jù)較多，為了獲得較好的顯示效果，液晶屏采用元太的PD064VT5 6.4英寸LCD模組，分辨率為640*480，6bit面板。LCD控制器采用世龍電子公司的WLTI04V模塊，８位數(shù)據(jù)線［D70］，位控制線：CS、RD、WR，三位地址線：[A2:A0]。STR710與LCD控制器的電路連接圖如下：

觸摸屏采用TouchKit-0650-W4R-B，觸摸屏控制器采用ADS7843，ADS7843芯片是4線電阻式觸摸屏，它通過標(biāo)準(zhǔn)SPI協(xié)議和CPU通信，操作簡(jiǎn)單，精度高。為了提高操作性能，消除抖動(dòng)，在CPU接到請(qǐng)求后，應(yīng)延時(shí)一下再響應(yīng)其請(qǐng)求，同時(shí)采用2次采樣取第二次結(jié)果為準(zhǔn)，可以消除抖動(dòng)，使采樣更準(zhǔn)確。

3.2.10.?自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站采樣裝置及監(jiān)測(cè)儀器說明

五個(gè)測(cè)量?jī)x是TELEDYNE ADVANCED POLLUTION INSTRUMENTATION (T-API)公司生產(chǎn)的環(huán)境氣體檢測(cè)設(shè)備，應(yīng)用廣泛，能夠?qū)⒎蹓m，氣體如SO2，CO，O3，NOX等模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過串口直接傳送到子站。增加其他測(cè)量設(shè)備，還可以監(jiān)測(cè)別的物理量。
（1）采樣系統(tǒng)可采用集中采樣和單機(jī)分別采樣兩種方式。集中采樣是在每一子站設(shè)一總采氣管，由引風(fēng)機(jī)將大氣樣品吸入，各儀器的采樣管均從這一采樣管中分別采樣，但總懸浮顆粒物或可吸入塵應(yīng)單獨(dú)采樣。單獨(dú)采樣系指各監(jiān)測(cè)儀器分別用采樣泵采集大氣樣品。實(shí)際工作中，多將這兩種方式結(jié)合使用。
（2）大氣污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器
SO2自動(dòng)分析儀：基于SO2分子接收紫外線（214 nm）能量成為激發(fā)態(tài)分子，在返回基態(tài)時(shí)，發(fā)出特征熒光，由光電倍增管將熒光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過電壓/頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)SO2濃度較低，激發(fā)光程較短且背景為空氣時(shí)，熒光強(qiáng)度與SO2濃度成正比。采用空氣除烴器可消除多環(huán)芳烴（PAHs）對(duì)測(cè)量的干擾。
NOx自動(dòng)分析儀：NO與O3發(fā)生反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)的NO2*，在返回基態(tài)時(shí)發(fā)射特征光，發(fā)光強(qiáng)度與NO濃度成正比。NO2不與O3發(fā)生反應(yīng)，可通過鉬催化還原反應(yīng)（315℃）將NO2轉(zhuǎn)換成NO后進(jìn)行測(cè)量。如果樣氣通過鉬轉(zhuǎn)換器進(jìn)入反應(yīng)管，則測(cè)量的是NOx，NOx與NO濃度之差即為NO2。
O3自動(dòng)分析儀：利用O3分子吸收射入中空玻璃管的254 nm的紫外光，測(cè)量樣氣的出射光強(qiáng)。通過電磁閥的切換，測(cè)量滌除O3后的標(biāo)氣的出射光強(qiáng)。二者之比遵循比爾-朗伯公式，據(jù)此可得到O3濃度值。
PM10自動(dòng)分析儀（β射線法）：儀器利用恒流抽氣泵進(jìn)行采樣，大氣中的懸浮顆粒被吸附在β源和蓋革計(jì)數(shù)器之間的濾紙表面，抽氣前后蓋革計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的改變反映了濾紙上吸附灰塵的質(zhì)量，由此可以得到單位體積空氣中懸浮顆粒的濃度。
一氧化碳(CO)：非色散紅外CO分析儀(0-30ppm)、色譜法等。
總碳?xì)浠衔?HC)：氣相色譜儀(FID)。
對(duì)自動(dòng)分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)通過動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)完成，該系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準(zhǔn)儀、零氣發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)氣源等。

3.3?監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件體系結(jié)構(gòu)

3.3.1.?監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件整體流程結(jié)構(gòu)

整個(gè)子站軟件運(yùn)行流程如下:
（1）進(jìn)行子站配置。包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)（ADSL、GPRS）、數(shù)據(jù)庫(kù)配置。
（2）軟件初始化。根據(jù)配置生成配置文件。以及組態(tài)系統(tǒng)軟件。生成后保存組態(tài)信息。
（3）系統(tǒng)開始運(yùn)行。
（4）若發(fā)生故障則進(jìn)行故障處理。
整個(gè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)流程如圖3.14所示：
圖3.14 子站系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)圖

3.3.2.?監(jiān)控子站軟件模塊

監(jiān)控子站軟件模塊從總體上可以劃分為數(shù)據(jù)采集模塊；本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊（網(wǎng)絡(luò)傳輸）；故障處理模塊。對(duì)于子站來(lái)說其中的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集模塊。
1 數(shù)據(jù)采集模塊
數(shù)據(jù)采集模塊包括：
（1）參數(shù)配置模塊：包括串口配置模塊，設(shè)備參數(shù)配置模塊
（2）?數(shù)據(jù)采集模塊：包括歷史記錄采集模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)時(shí)視頻采集模塊，工控機(jī)狀態(tài)參數(shù)采集模塊
2 本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
本地?cái)?shù)據(jù)采集模塊包括：
（1）?數(shù)據(jù)表生成模塊：包括表項(xiàng)獲取模塊，數(shù)據(jù)表構(gòu)造模塊
（2）?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：包括記錄生成模塊，記錄存儲(chǔ)模塊
3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括：
（1）服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)配置模塊：包括服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)地址信息，與服務(wù)器端連接協(xié)
（2）子站網(wǎng)絡(luò)配置模塊：包括ADSL網(wǎng)絡(luò)配置模塊，GPRS網(wǎng)絡(luò)配置模塊
（3）網(wǎng)絡(luò)通訊模塊：包括服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)連接，服務(wù)器端命令接收，網(wǎng)絡(luò)切換（ADSL與GPRS）
（4）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：包括遠(yuǎn)程存儲(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)的組織，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)故障處理
4 故障處理模塊
故障處理模塊上述三個(gè)模塊聯(lián)系緊密。
故障處理模塊包括：
（1）?故障捕獲模塊
（2）?故障記錄模塊
（3）?故障上報(bào)模塊
整個(gè)子站軟件系統(tǒng)模塊可由圖3.15表示。

圖3.15 子站系統(tǒng)軟件模塊圖

3.3.3.?監(jiān)測(cè)子站應(yīng)用程序及功能

1 子站軟件管理
考慮到數(shù)據(jù)的安全性問題，在監(jiān)控中心建立遠(yuǎn)程登陸管理，密碼管理以及出錯(cuò)管理，以保證信息的安全性。
2子站設(shè)備通訊程序
目前大氣監(jiān)測(cè)所采用的主流設(shè)備均通可以通過串口來(lái)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，在工業(yè)控制中，串口是常用的計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，由于串行通信方便易行，所以應(yīng)用廣泛。
在幾種串口通信方式中查詢方式是一種最直接的讀串口方式，但容易發(fā)生數(shù)據(jù)的丟失，雖然定時(shí)間隔越小，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性越高，但系統(tǒng)的資源也被占去越多。
異步方式，可以提高系統(tǒng)的整體性能，在對(duì)系統(tǒng)強(qiáng)壯性要求較高的場(chǎng)合，采用這種方式。事件驅(qū)動(dòng)方式是一種高效的串口讀方式，在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合采用這種方式。
3 子站網(wǎng)絡(luò)通訊程序
（1） ADSL有線通訊
ADSL有線通信的撥號(hào)過程是通過操作系統(tǒng)自動(dòng)完成的，對(duì)于用戶編程來(lái)說，就是一個(gè)擁有IP地址的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。
（2） GPRS無(wú)線通訊
通過串口與GPRS模塊相連，無(wú)論是發(fā)送AT指令控制模塊，還是通過模塊發(fā)送或者接收信息，首先要對(duì)串口進(jìn)行操作。由于硬件廠商提供了良好的接口，使得我們只需對(duì)模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，而把主要精力放在操作和讀寫串口上。
（3）?網(wǎng)絡(luò)通道自動(dòng)檢測(cè)與切換
當(dāng)檢測(cè)到主通信信道無(wú)法連接時(shí)，子站系統(tǒng)應(yīng)該能夠自動(dòng)切換網(wǎng)絡(luò)連接。程序設(shè)計(jì)三次檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接，若三次檢測(cè)均失敗，則切換至輔助通信信道進(jìn)行通信。并且程序每隔一定的時(shí)間間隔檢查主通信通道的連接，當(dāng)主通道連接恢復(fù)時(shí)，程序立即切換至主通道進(jìn)行通信，以降低網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用和提高網(wǎng)絡(luò)帶寬。
4 子站數(shù)據(jù)采集程序
數(shù)據(jù)采集包括零/標(biāo)數(shù)據(jù)采集，歷史數(shù)據(jù)采集，瞬時(shí)數(shù)據(jù)采集。零標(biāo)數(shù)據(jù)是子站監(jiān)測(cè)中十分重要的數(shù)據(jù)，是對(duì)判斷系統(tǒng)是否正常準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)以及日常校正的重要依據(jù)。
5 子站數(shù)據(jù)庫(kù)
子站數(shù)據(jù)庫(kù)是中心數(shù)據(jù)庫(kù)的備份，同時(shí)也是子站網(wǎng)絡(luò)通信的緩沖。子站采集各種檢測(cè)儀器的數(shù)據(jù)。對(duì)各種數(shù)據(jù)歸一化處理，存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，再將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送回監(jiān)控中心。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容也可人為拷貝回監(jiān)控中心。因此設(shè)立子站數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的魯棒性。
6 子站初始化程序
系統(tǒng)開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，子站需要同時(shí)登錄到子站現(xiàn)場(chǎng)大氣監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)控中心。各個(gè)設(shè)備登錄各不相同，因設(shè)備而異.
7 子站數(shù)據(jù)處理程序
子站數(shù)據(jù)處理包括以下數(shù)據(jù)的處理：一次值處理，零值、標(biāo)值處理，異常值處理，校準(zhǔn)器工作狀況表，報(bào)警信號(hào)登記表，系統(tǒng)歷史記錄登記表等。
8 子站數(shù)據(jù)瀏覽程序
本系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單的子站數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)顯示功能，對(duì)于子站的數(shù)據(jù)能夠根據(jù)需求按不同的方式進(jìn)行瀏覽顯示。瀏覽程序?qū)τ脩籼峁┮韵鹿δ埽?br /> （1）時(shí)間選擇
（2）原始數(shù)據(jù)查看
（3）小時(shí)平均值：對(duì)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過加權(quán)后得到的平均數(shù)據(jù)
（4）小時(shí)均值圖：以曲線的方式更直觀的顯示出每小時(shí)的均值數(shù)據(jù)
9 子站系統(tǒng)維護(hù)軟件
子站是一個(gè)無(wú)人值守的封閉式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，需要能夠軟件自身的魯棒性高。系統(tǒng)應(yīng)該能夠在各種惡劣條件自診斷、自恢復(fù)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障時(shí)，能夠發(fā)出警告信息，并且能夠采取合理方法保護(hù)子站安全。出錯(cuò)可能歸于兩種原因。一種是監(jiān)測(cè)設(shè)備的報(bào)錯(cuò)，這要求軟件的編寫能夠做更詳細(xì)的考慮，各種設(shè)備的報(bào)錯(cuò)均有其所對(duì)應(yīng)的處理方案。另一種出錯(cuò)是子站軟件本身的出錯(cuò)。由于程序設(shè)計(jì)的不小心，可能會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)。這要求我們?cè)诰帉懗绦虻耐瑫r(shí)，就應(yīng)該注意編碼風(fēng)格，減少出錯(cuò)的概率。
3.3.4.?系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件之間的接口,屬內(nèi)核的一部分,主要功能如下：
（1）對(duì)設(shè)備初始化或釋放。
（2）把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)。
（3）讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。
（4）監(jiān)測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的異常。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閼?yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié),這在應(yīng)用程序看來(lái),硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件,應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作。
uClinux支持三類的硬件設(shè)備：字符設(shè)備，塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。每一類設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都提供了通用的接口供內(nèi)核在需要請(qǐng)求它們服務(wù)的時(shí)候使用。這些通用的接口意味著內(nèi)核可以完全相同的看待通常是非常不同的設(shè)備和它們的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
在本系統(tǒng)中，主要添加的驅(qū)動(dòng)程序包括：串口驅(qū)動(dòng)，以太網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)，DS1286驅(qū)動(dòng)等。
1.串口驅(qū)動(dòng)
嵌入式Linux內(nèi)核一般不含有串口控制模塊，因此，在對(duì)其進(jìn)行串口編程控制前要重新編譯內(nèi)核，加入串口控制模塊。具體方法步驟如下:
（1）配置內(nèi)核
#make config
在配置文字處理設(shè)備中選用申口選項(xiàng);
（2）建造內(nèi)核
#make dep
#make clean
#make zImage
（3）安裝嵌人式系統(tǒng)新內(nèi)核
把建造的內(nèi)核zImag。裝入嵌入式系統(tǒng)的啟動(dòng)Flash中，重新啟動(dòng)嵌人式系統(tǒng).新建的內(nèi)核就可以支持串口控制接口。

2.以太網(wǎng)卡
以太網(wǎng)卡按照網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的體系結(jié)構(gòu)被劃分為4層。由上至下依次為協(xié)議接口層、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層、提供實(shí)際功能的設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層,以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)媒介層。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序時(shí),最主要的工作是完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層,使其滿足特定的功能。
3.存儲(chǔ)設(shè)備CF卡?

CF卡在linux下屬于塊設(shè)備。系統(tǒng)用一個(gè)50針的簡(jiǎn)單插槽，將CF卡的地址線和數(shù)據(jù)線與CPU直接相連，從而省去了PCMCIA控制器。CF卡的驅(qū)動(dòng)程序主要是改造Linux中原有的IDE程序，不使用中斷事務(wù)處理方式，讓CF卡在Memory模式下進(jìn)行8位尋址。同時(shí)，該系統(tǒng)用一個(gè)后臺(tái)程序來(lái)管理CF卡的熱插拔事務(wù)。

圖 3.16 給出了系統(tǒng)中CF卡的驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)。

文件系統(tǒng)

CF卡驅(qū) 動(dòng)

I/O控制

設(shè)備層：控制器/總線接口

低級(jí)驅(qū)動(dòng)

應(yīng) 用程序

診斷程序

圖 3.16 CF卡驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)圖

CF卡讀寫以扇區(qū)為單位，每扇區(qū)為512字節(jié)，每次可讀寫1個(gè)或多個(gè)連續(xù)的扇區(qū)。設(shè)計(jì)時(shí)使用邏輯塊尋址方式LBA訪問CF卡數(shù)據(jù)。讀寫操作時(shí)首先指定讀寫的扇區(qū)數(shù)和LBA地址，然后往命令寄存器發(fā)出讀命令(20H)或?qū)懨?30H)等待CF卡就緒后即可通過數(shù)據(jù)寄存器連續(xù)讀寫數(shù)據(jù)。

3實(shí)時(shí)時(shí)鐘

DS1286?可以認(rèn)為是一種字符型設(shè)備。

D81286包含了64個(gè)8位寬的寄存器，其中50個(gè)可供用戶存儲(chǔ)一些需要掉電保護(hù)的數(shù)據(jù)，所有這些寄存器都可以通過外部總線直接訪問。通過訪問寄存器可以得到時(shí)鐘、日歷等信息，還可以設(shè)置定時(shí)報(bào)警和看門狗定時(shí)功能。所有這些寄存器的數(shù)據(jù)都以BCD碼方式保存和讀取。它共有64個(gè)寄存器分為實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)置寄存器、命令寄存器、看門狗寄存器和用戶使用寄存器。

（1）?寄存器0、1、2、4、6、8、9、A，是時(shí)間和日期的數(shù)據(jù)信息。其中的數(shù)據(jù)用的是BCD碼的格式。

（2）?寄存器3、5、7，是時(shí)間和日期報(bào)警信息。其中的數(shù)據(jù)用的是BCD碼的格式。

（3）?寄存器B，是命令寄存器。其中每位的定義是：TDF日期報(bào)警標(biāo)志位；WAF看門狗報(bào)警標(biāo)志位；TDM日期報(bào)警禁止；WDM看門狗報(bào)警禁止；PU/LVL是設(shè)置中斷信號(hào)是脈沖還是電平有效；IBH/LO是設(shè)定INTB的脈沖是正相還是反相；IPSW是設(shè)置INTA用于看門狗中斷還是日期報(bào)警中斷。

（4）?寄存器0、1、2、4、6、8、9、A，是時(shí)間和日期的數(shù)據(jù)信息。其中的數(shù)據(jù)用的是BCD碼的格式。

（5）?寄存器3、5、7，是時(shí)間和日期報(bào)警信息。其中的數(shù)據(jù)用的是BCD碼的格式。

（6）?寄存器B，是命令寄存器。其中每位的定義是：TDF日期報(bào)警標(biāo)志位；WAF看門狗報(bào)警標(biāo)志位；TDM日期報(bào)警禁止；WDM看門狗報(bào)警禁止；PU/LVL是設(shè)置中斷信號(hào)是脈沖還是電平有效；IBH/LO是設(shè)定INTB的脈沖是正相還是反相；IPSW是設(shè)置INTA用于看門狗中斷還是日期報(bào)警中斷。

（7）?寄存器C、D是看門狗寄存器，其中的數(shù)據(jù)用的是BCD碼的格式。

（8）?寄存器E～3F是用戶可使用的存儲(chǔ)器空間。

DS1286?可以認(rèn)為是一種字符型設(shè)備，在uClinux 系統(tǒng)里通過調(diào)用下面這個(gè)函數(shù)向系統(tǒng)注冊(cè)字符型設(shè)備。

Int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,struct

file_operations*fops)

為防止看門狗電路意外復(fù)位，系統(tǒng)需要在固定的時(shí)間間隔內(nèi)重置看門狗計(jì)數(shù)器的值，因此在DS1286系統(tǒng)中就需要用到定時(shí)器。在uClinux系統(tǒng)中，時(shí)鐘是由系統(tǒng)接管的。如果設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中需要使用時(shí)鐘，就需要向系統(tǒng)申請(qǐng)定時(shí)器資源。

D81284的加入不但從硬件上保證了系統(tǒng)的可自恢復(fù)性，而且擴(kuò)展了系統(tǒng)的使用背景，可以作為一些無(wú)人看管設(shè)備且有時(shí)間記錄要求的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)。

4?電路原理圖

整個(gè)系統(tǒng)的電路部分分為核心板和外圍板部分，核心板部分主要是ARM7芯片工作的最小系統(tǒng)，ARM MCU與存儲(chǔ)器組成，其電路繪制在一塊4層板PCB上。外圍板部分由實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的相關(guān)芯片電路組成，以實(shí)現(xiàn)具體功能，有CF卡，GM8125串口擴(kuò)展芯片，以太網(wǎng)控制器（ENC28J60）、LCD觸摸屏接口電路等組成，外圍板繪制在一塊2層板PCB上。采用這樣的設(shè)計(jì)方法以利于系統(tǒng)擴(kuò)展其它功能，并提高其通用性。

4.1?核心部分

核心部分具體包括以下部分：
ARM芯片（STR710FZ2T6）及最簡(jiǎn)外圍（供電、時(shí)鐘，復(fù)位等），
外擴(kuò)SRAM(IS61LV25616AL 256K*16)
外擴(kuò)FLASH存儲(chǔ)器（SST39VF1601 1M*16）,
穩(wěn)壓（LM1585），
JTAG調(diào)試電路；
3.3V供電采用LM1585穩(wěn)壓，5V輸入3.3V輸出，并用LED指示供電狀態(tài)；
系統(tǒng)時(shí)鐘采用16MHz有源晶振和32768Hz無(wú)源晶振；

4.1.1.?核心部分ARM電路

核心部分主要是ARM芯片即簡(jiǎn)單的外圍電路功能，包括3.3伏電源供電，50M時(shí)鐘電路，芯片掉電復(fù)位等功能。STR710FZ2T6的EMI選擇控制端即/CS0~/CS3、/WR、/RD，EMI地址線（A1~A24）、EMI數(shù)據(jù)線（D0~D15）以及40個(gè)GPIO引腳都引出來(lái)作為與外圍器件連接的接口。

ARM芯片有4個(gè)bank，控制端為/CS0~/CS3，由于一片SRAM是256×16位，其容量只有512Byte, 而uClinux操作系統(tǒng)大于一片SRAM的容量，故采用兩片SRAM，公用一個(gè)bank，用邏輯電路實(shí)現(xiàn)此功能。/CS0反向后與擴(kuò)展的一根地址線A19相與，分別接到片SRAM的控制使能端CE上，從而實(shí)現(xiàn)SRAM的分時(shí)控制，電路如圖４.１：

圖４.１SRAM地址擴(kuò)展

說明：/CS0為ARM芯片bank0控制端，/CS0_0接到SRAM0的/CE上，/CS0_1接到SRAM1的/CE上，具體功能見下表：

A19

/CS0

選擇SRAM0

選擇SRAM1

高阻

另外，/CS1選擇Flash模塊，低電平有效。Flash和兩片SRAM的數(shù)據(jù)總線和地址總線共用，芯片工作與否由相應(yīng)的控制使能端來(lái)實(shí)現(xiàn)。Flash和兩片SRAM的寫使能端口/WR共用，/UB和/LB均連接到SRAM的相應(yīng)端口上，通過分配/RD、/WR1、/WR2的時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)Flash和SRAM的分時(shí)讀寫，具體分配方式如圖42：

圖４.2
另外，當(dāng)/CS2為低電平時(shí)，控制使能液晶控制模塊，/CS2為高電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)CF卡的控制使能，/CS3選擇時(shí)鐘控制芯片DS1286，低電平有效，實(shí)現(xiàn)適時(shí)顯示時(shí)鐘，將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘聯(lián)系起來(lái)，在每一時(shí)刻采集到的數(shù)據(jù)后門帶上時(shí)間戳，作為數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)志，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)管理過程，使實(shí)際操作變得比較簡(jiǎn)單。ARM外圍器件均可以獨(dú)立控制，某一時(shí)刻能獨(dú)占該設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)該設(shè)備的讀和寫。
4.1.2.?Flash

Flash?采用SST39VF1601,?20位地址總線和16位數(shù)據(jù)總線ARM交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH接到EMI的BANK1，通過／CS1片選，16位操作，地址范圍為0×6200 0000~0×6210
0000；三位控制使能端，/WD寫操作使能端，低電平有效，當(dāng)為高電平時(shí)，禁止寫操作，連接ARM 的/WD1 和/WD2相與輸出端；/RD讀使能控制端，低電平有效，與SRAM共用，當(dāng)該位為高電平時(shí)，禁止讀操作，連到ARM的/RD；/CS片選控制端，，接到ARM的/CS1 上，低電平有效，當(dāng)該位為高電平時(shí)，F(xiàn)lash不工作。地址線A[1：20]和數(shù)據(jù)線D[0：15]接到ARM 的ARM的地址線A[1：20]和數(shù)據(jù)線D[0：15]上。
Flash容量大，但讀寫速度慢，用于存儲(chǔ)uClinux 操作系統(tǒng)。

4.1.3.?SRAM?

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SRAM采用兩片的IS61LV25616AL10T，容量為256K×16bits，18根地址總線，16位數(shù)據(jù)總線，五個(gè)控制使能端。SRAM接到EMI的BANK0，通過／CS0片選，16位操作，地址范圍為0×6000 0000~0×6008 0000。兩片SRAM的片選信號(hào)/CS0反向后與擴(kuò)展地址A19相與共同控制，得到的信號(hào)相反，分別控制兩片SRAM，讀寫控制信號(hào)/UB、/LB、/WE由ARM芯片讀寫控制信號(hào)經(jīng)圖1所示電路的到。地址總線A[0：17]接到ARM芯片的A[1:18 ]上，I/O[0：15]接到ARM的D[0：15]上，與Flash共用數(shù)據(jù)總線和地址總線。
4.2?外圍部分

核心部分具體包括以下部分：
CF卡（SST48CF096），
以太網(wǎng)控制（ENC28J60）
時(shí)鐘控制器（DS1286）
串口擴(kuò)展芯片（GM8125）和電平轉(zhuǎn)換芯片（MAX3232CSE)
JTAG調(diào)試電路；
3.3V供電采用LM1585穩(wěn)壓，5V輸入3.3V輸出，并用LED指示供電狀態(tài)；
系統(tǒng)時(shí)鐘采用16MHz有源晶振和32768Hz無(wú)源晶振；

4.2.1.?Compact Card

CF卡采用SST48CF096，當(dāng)/CS1為高電平時(shí)，CF卡被選中。CF卡工作在Memory方式下，連線較少，只需4位地址線A00~A03，接到ARM的A3~A6，高七位地址線接地A04~A10直接接地，八位數(shù)據(jù)線D00~D07按順序連接到ARM的D8~D15，，其它數(shù)據(jù)線懸空。三位控制端口，片選/CS2、讀使能/RD接到ARM的/RD上、寫使能/WE接到ARM的/WE1上，均為低電平有效。

4.2.2.?以太網(wǎng)控制芯片

以太網(wǎng)控制芯片采用ENC28J60。ENC28J60工作時(shí)需要幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的外部器件如脈沖變壓器、偏置電阻、儲(chǔ)能電容和去耦電容，其中脈沖變壓器采用中山漢仁公司的集成以太網(wǎng)隔離變壓器RJ45插座HR901170A，連接電路如圖：

4.2.3.?時(shí)鐘控制器

時(shí)鐘控制器采用DALLS公司的DS1286，它內(nèi)部集成鋰電池和晶振，它有六位地址線和八位數(shù)據(jù)線，STR71FZ2T6的地址A [6:1]接DS1286的A[5:0]；數(shù)據(jù)D [7:0]接DS1286的DQ[7:0];用bank2接DS1286所以用/CS3做片選信號(hào)接DS1286的CE；讀信號(hào)/RD接DS1286的OE；寫信號(hào)/WR0接DS1284的/WE；用DS1286的看門狗中斷信號(hào)INTA使系統(tǒng)復(fù)位。中斷。INTA、INTB接到ARM的中斷控制端口 INT2和INT3 。CLKOUT為時(shí)鐘輸出。

4.2.4.?串口數(shù)據(jù)傳輸模塊

本系統(tǒng)的核心就是串口數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過串口將采集到的數(shù)據(jù)傳送到子站，由ARM接收數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，比如加上時(shí)間戳，數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)傳輸流程由串口擴(kuò)展芯片GM8125，串口電平轉(zhuǎn)換芯片、Max3232CSE以及9針標(biāo)準(zhǔn)串口完成，可見下圖：GM8125的發(fā)送子串口選擇地址線STAD[0：2]接到ARM的I2ClSCL，I2ClSCL、T1ICAPA，接收子串口選擇地址線SRAD[0 :2 ]接到ARM的T1ICAPB、T1OCMPA、T1OCMPB，模式控制端MS連到GPIO1.9上，低電平復(fù)位信號(hào)/RST接到按鍵復(fù)位鍵K_RST 上。TXD0、RXD0為母串口，直接與ARM板的TXD0、RXD0相連，另外五個(gè)子串口分別接到MAX3232CSE U12、U13、U14的引腳上，擴(kuò)展五個(gè)串口，OSCI和OSCO接25MHz時(shí)鐘晶振。

5?PCB說明

5.1?簡(jiǎn)要說明

PCB尺寸：20cm*12cm
PCB板層數(shù)：4層
整板供電：5V DC
VCC,GND盡可能采用20mil線寬，整個(gè)PCB板的安全間距為6mil
電源部分敷銅

5.2?布局說明

為使布局更加均勻，將5個(gè)接大氣檢測(cè)設(shè)備的串口布局在PCB的下邊沿；另外三個(gè)串口布局在PCB左邊沿；以太網(wǎng)接口，CF卡，BOOT設(shè)置跳線，液晶，觸摸屏接口均放在PCB上邊沿；晶振，JTAG，5V電源插口放在左邊沿；ARM,SRAM,FLASH放置在中間，且盡量使這四塊芯片分開，加大布線空間；復(fù)位鍵、三個(gè)功能鍵置于右下方。布局如下圖所示：

5.3?布線說明

在布局合理的前提下，可使布線更加得心應(yīng)手，布線采用自動(dòng)內(nèi)布線加手工布線的方法，以使整個(gè)PCB布線更為合理，減少錯(cuò)誤的發(fā)生，不同的層使用不同的走線主向，水平垂直交錯(cuò)。布線結(jié)果如下圖：

6?總結(jié)

6.1?前景價(jià)值

我國(guó)重點(diǎn)城市已在利用建立的環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開展環(huán)境空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)或預(yù)報(bào)工作。該系統(tǒng)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)大氣中二氧化硫、氮氧化物和大氣中的可吸入顆粒物含量；可以實(shí)行全天24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)所有監(jiān)測(cè)儀器全年晝夜連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行，監(jiān)測(cè)子站無(wú)人值守。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用有線或無(wú)線方式調(diào)回中心控制室，操作人員可在中心控制室對(duì)子站監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置、遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程校準(zhǔn)；并能及時(shí)調(diào)集一天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫侣劽襟w，發(fā)布空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)。
該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：
（1）穩(wěn)定可靠性，系統(tǒng)采用成熟技術(shù)降低不穩(wěn)定性，采用容錯(cuò)技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性；
（2）對(duì)系統(tǒng)硬件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)有詳盡的故障處理和快速恢復(fù)方案。系統(tǒng)適應(yīng)高溫、潮濕、酸雨、多塵等環(huán)境和具備防雷擊、鼠害和人為破壞的功能；開放易擴(kuò)展性，系統(tǒng)具有良好的互聯(lián)、互控及升級(jí)能力，遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，遵循開放的原則。提供相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語(yǔ)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)充，適應(yīng)今后的較大任務(wù)負(fù)載。硬件平臺(tái)可升級(jí)，當(dāng)需要時(shí)可以通過新的計(jì)算機(jī)設(shè)備同原有計(jì)算機(jī)設(shè)備一起工作以提高系統(tǒng)的處理能力，從而保護(hù)原有投資。
（3）可維護(hù)性，系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)軟件配置、應(yīng)用軟件安裝應(yīng)簡(jiǎn)單、易于操作，應(yīng)用軟件應(yīng)可下載使用。操作界面友好，使數(shù)據(jù)處理工作簡(jiǎn)單、方便、快捷。業(yè)務(wù)流程清晰，符合環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的處理習(xí)慣。系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份及數(shù)據(jù)恢復(fù)快速簡(jiǎn)單。
（4）安全性，有整體的系統(tǒng)安全解決方案，包括用戶管理、病毒防范、入侵檢測(cè)、信息安全、加密等。
（5）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，無(wú)論通過有線或者無(wú)線通訊，監(jiān)測(cè)中心和各監(jiān)測(cè)子站總是處于實(shí)時(shí)在線連接狀態(tài)，各子站數(shù)據(jù)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)傳送到達(dá)監(jiān)測(cè)中心。
（6）信息共享，各子站數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)中心集中，進(jìn)行各區(qū)域大氣質(zhì)量的比較、匯總，以及向省氣象科研所、省監(jiān)測(cè)站和國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站快速輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息共享。
6.2?執(zhí)行計(jì)劃

十月底看到貴公司舉辦的2006年首屆“ST-EMBEST杯”嵌入式電子設(shè)計(jì)大賽通知。十一月報(bào)名后，我們小組五人決定組隊(duì)參賽，搜索相關(guān)資料，尋找技術(shù)新有發(fā)展?jié)摿Φ恼n題。最終，在十二月上旬，小組成員一致決定做“基于STR710的嵌入式大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，即在人口比較密集的地區(qū)安裝環(huán)境污染氣體檢測(cè)裝備,采集污染氣體的含量，通過串口傳送到ARM芯片，STR710 ARM芯片擔(dān)當(dāng)控制采集和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，最后通過ADSL或GPRS（備用）直接將采集到的分類數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站，中心站集中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，便于用戶分析。
課題選定后，我們小組便分階段實(shí)施，合理安排時(shí)間，任務(wù)細(xì)致具體，每周匯報(bào)個(gè)人任務(wù)完成情況，集中處理遇到的問題，以便及時(shí)調(diào)整任務(wù)進(jìn)度。任務(wù)安排大致如下:

12月4日~12月11日
查閱資料，了解、熟悉項(xiàng)目細(xì)節(jié)
12月12日~12月19日
明確項(xiàng)目開發(fā)流程，確定系統(tǒng)架構(gòu)，幾個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法
12月20日12月27日
項(xiàng)目分析，概要設(shè)計(jì),包括芯片選型,成本估算
12月28日~1月8日
硬件電路圖，PCB圖。四層PCB板和二層PCB母板
1月9日~1月16日
開始寫第一階段項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告,以及競(jìng)賽報(bào)告
1月17日~1月22日
完善第一階段任務(wù),查缺補(bǔ)漏
1月23日~1月26日
第一階段總結(jié),第二階段計(jì)劃表,
1月27日~2月28日
寒假，查閱相關(guān)資料，準(zhǔn)備進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)
3月1日~3月13日
電路仿真分析和搭建硬件電路,軟件結(jié)構(gòu)模式
3月7日~3月27日
編寫軟件,逐個(gè)模塊調(diào)試,建立友好的液晶屏顯示界面
3月28日~4月12日
綜合程序編寫,系統(tǒng)整體調(diào)試
4月3日~4月20日
寫項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告 ,競(jìng)賽報(bào)告
4月12日~4月23日
實(shí)地驗(yàn)證,記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)一步分析和調(diào)試,分析可能出現(xiàn)的問題
確定解決方案
4月20日~4月26日
報(bào)告鑒定,集中評(píng)估,完善內(nèi)容
4月24日~4月29日
總結(jié)階段成果,報(bào)告驗(yàn)收

6.3?結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，環(huán)境污染所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)不僅影響動(dòng)植物生存和繁殖，而且環(huán)境污染造成的無(wú)形損失對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展制約將體現(xiàn)得越來(lái)越明顯，人們的身體健康也受到威脅，環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng)。加大環(huán)保力度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量，切實(shí)保護(hù)人類賴以生存環(huán)境，已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。以武漢為例，環(huán)境污染比較嚴(yán)重，主要以粉塵，SO2等污染氣體為主，應(yīng)用這個(gè)系統(tǒng)后，能隨時(shí)采集污染物含量，及時(shí)預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)，繼為環(huán)保部門工作質(zhì)量評(píng)估提供了標(biāo)準(zhǔn)，又使人們自動(dòng)調(diào)整外出時(shí)間，趨利避害。
基于STR71X的城市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)通用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大氣的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制，該監(jiān)測(cè)平臺(tái)能及時(shí)調(diào)集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模l(fā)布空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)，響應(yīng)中心站的控制命令，且成本較低,易于升級(jí),便于推廣應(yīng)用,在污染比較嚴(yán)重的大中城市應(yīng)用前景好，能為環(huán)保部門采取有效措施保護(hù)環(huán)境提供依據(jù)，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的改善大有好處。

7?參考文獻(xiàn)

[1]李國(guó)剛.環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展動(dòng)態(tài)（上）,中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2001.3
[2]王建民，魏紅明編寫.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)室數(shù)據(jù)報(bào)告管理辦法
[3]歐隆利.關(guān)于建立大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的幾點(diǎn)建議，環(huán)境與開發(fā)，1999.4
[4]楊天媛，魏紅明.武漢市2005年三季度空氣質(zhì)量分析，武漢建設(shè)，2005.4
[5]李肇慶，《串行端口技術(shù)》，北京 : 國(guó)防工業(yè)出版社, 2004
[6]張鳳琴等.《數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用》，北京 : 清華大學(xué)出版社, 2005
[7]文志成.《GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》，北京 : 電子工業(yè)出版社, 2005
[8]張瀚峰.《ADSL與寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》，北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社, 2002

[9]程臻,邱華,盛翊智.uClinux下的DS1286設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序發(fā).Microcontrollers & Embedded Systems.2004.3

[10]王三武，張紅濤.CF卡在大容量數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用.微機(jī)與應(yīng)用，2004

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