STM控制器資料

1、第四章BACnet專用控制器軟硬件系統(tǒng)BACnet專用控制器硬件系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)本控制器的硬件平臺為嵌入式 STM32V5開發(fā)板，主要由STM32F103微控制器組成，該微控制器帶有以太網(wǎng)接口和RS485接口，其他還包括電源模塊、ADC （數(shù)/模轉(zhuǎn)換器）模塊、存儲器單元等錯誤,未找到引用源。硬件模型如下圖所示：I11電源晶振路由器工作站圖控制器硬件構(gòu)成STM32MCU 簡介本控制器主芯片選用基于ARM Cortex-M3 32位RISC內(nèi)核的高性能STM32F103VET6。因為擁有內(nèi)置的 ARM 內(nèi)核，因此它與所有的 ARM 工具和 軟件兼容，所以軟件開發(fā)平臺我們選取 Keil Mision5。

2、芯片的主要特性如下： 工作頻率為72MHz;工作電壓為2.0V-3.6V,工作溫度在-40 C至+105 C的范圍；它具有100引腳封裝，有著多達80個快速I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線 的外設(shè)；內(nèi)置高速存儲器（128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM）;2個12位的ADC ,用于對輸入電源和負載電流檢測，具有雙采樣和保持功能，A/D測量范圍：0-3.6 V,片上集成了溫度傳感器；擁有4個通用16位定時器、2個看門狗定時器以及一個 PWM定時器，所以 在時序方面能夠達到BACnet需求。3個USART接口，其中一個用于 MS/TP總線的串口收發(fā)；2個I2C （SMBus/PMbus）和2個S

3、PI同步串行接口（ 1兆位/秒）；內(nèi)嵌4至16MHz高速晶體振蕩器、帶校準功能的32kHz RTC振蕩器、40kHz的RC振蕩器、經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器；一個USB和一個CAN接口；支持三種低功耗模式：睡眠模式、停機模式和待機模式，用以保證低功耗應(yīng)用的省電要求。調(diào)試模式包括：用行線調(diào)試（SWD）和JTAG接口，本文使用JTAG調(diào)試。RS485通信模塊本控制器中使用的RS-485收發(fā)器芯片為SP349Q SP3490是+3.3V低功耗的 全雙工收發(fā)器，符合RS-485電氣規(guī)范，能夠滿足本文控制器有關(guān)串行通信的需 求，數(shù)據(jù)傳輸速率可高達10Mbps （帶負載），可實現(xiàn)低功耗操作，而且同時

4、不會 降低性能。其他特性還包括：可與+5V的邏輯電路共同工作;-7V+12V的共模輸入電壓范圍;200mV的接收器輸入靈敏度;允許在同一申行總線上連接32個收發(fā)器等;兼容 LTC490 和 SN75179。Pg?3心、口4vrr*O BEAD15 佻人口I 6 1JLAD圖4-2 RS-485接口電路電源模塊通過穩(wěn)壓器AMS1117-3.3輸入+5V,提供3.3V的固定電壓輸出，為了降低電磁干擾，電容C1-C5為CPU提供BANK電源濾波。VREF+采用VDDA電源 基準。LED燈顯示當前電源連通狀態(tài)。為 RTC的備份電源采用V1 3.3V鋰離子 片狀電池。該穩(wěn)壓器應(yīng)用范圍廣泛，可用于高效線性

5、穩(wěn)壓器、后置穩(wěn)壓器、用于交換式 電源、5V至3.3V線性穩(wěn)壓器、有源SCSI終端等。G 口圖4-3電源模塊電路時鐘源電路共需要兩路時鐘輸入，一路是 CPU處理器的工作時鐘，另一路提供給 RTC 電路。低速外部時鐘源（LSE）為32.768KHz晶體諧振器B2。C10、C11諧振電容選 擇6P。外部晶體/陶瓷諧振器（HSE）為8MHz晶體諧振器B1, C8、C9諧振電容選擇10P,系統(tǒng)的時鐘經(jīng)過PLL模塊將時鐘提高到72MHz。w_/；11 八-32 ffKKri)ftpPE2TRACECK/ FSMC_ 帛 PEyTRACEDafFSMC_A19 pr：4RAc f p i rsnw a20

6、PE5，R21 FE&TRACEgFSMC二 A22 VBA1PCiyiAMPLR-RKPC I % 門SCK TNPt ISUSL32 DL LVSS5V)D_5DSC OUT、心IPC(VADCI23 tNIOPCI SIX 123 NII圖4-4時鐘源電路JTAG 接口JTAG（Joint test action group俎是一種國際標準測試協(xié)議 （IEEE 1149.1兼容）， 主要用于芯片代碼的燒寫和測試。因為 ARM內(nèi)核的處理器中都集成了 JTAG調(diào) 試模塊，本文選用的STM32處理器就是如此，所以對于 ARM系統(tǒng)來說，使用 JTAG的調(diào)試模式最方便。同時JTAG調(diào)試具有很多的優(yōu)

7、點，比如軟件硬件均可 調(diào)試，十分便捷、無需任何監(jiān)控程序、可以重復(fù)利用JTAG硬件測試接口，還能夠在RAM和ROM中設(shè)置斷點。綜上考慮，本文選取了 JTAG作為本控制器的 調(diào)試模式，控制器的JTAG接口電路如下圖：圖4-5 JTAG接口電路BACnet專用控制器軟件設(shè)計本文中的控制器是一個按照BACnet互操作性要求設(shè)計的BACnet專用控制 器（B-ASC）,采用了主流的軟硬件技術(shù)，具有模擬輸入 /輸出、數(shù)字輸入/輸出。 控制器的軟件設(shè)計以嵌入式實時操作系統(tǒng)心/OS- R為基礎(chǔ)，采用多任務(wù)機制，通過任務(wù)調(diào)度和任務(wù)監(jiān)視，具有較好的實時性和可靠性。軟件層面的模型如下圖4-6:網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)對象實例集D

8、evice Communication Control 或 Read Property 或 Write PropertyI/O模塊應(yīng)用程序Device對象Analog-Input 對象Analog-Output 對象Binary-Input 對象Binary-Out 對象Result+或者 ResultWho-ha或者 Who-isI-have或者 I-am嵌入式uC/OS-II操作系統(tǒng)圖4-6控制器軟件模型需求分析由于使用一致性類和功能組的概念進行 BACnet系統(tǒng)的說明和設(shè)計有一定難 度且較為抽象，所以為了更清晰明了的對 BACnet網(wǎng)絡(luò)中的DDC控制系統(tǒng)進行 說明和描述，ASHRAE 1

9、3 DDC (ASHRAE Guideline-13 , Special Direct Digital Control System)總2了 DDC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、輸入/輸出接口結(jié)構(gòu)、通信、程 序配置和系統(tǒng)測試等方面，定義了一種設(shè)計及說明DDC控制系統(tǒng)的標準化方法錯誤,未找到引用源。該方法將對樓宇自控系統(tǒng)內(nèi)任意設(shè)備間的交互內(nèi)容描述總結(jié)為以下5個互操作域：“數(shù)據(jù)共享” (Data Sharing)互操作域；“報警與事件管理” (Alarm and Event Management互操作域；“時間安排”(Scheduling)互操作域；“趨勢或日志” (Trending)互操作域；“設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)管理

10、” (Device and Network Management互操作域。BACnet協(xié)議共定義了 6個類型的BACnet標準設(shè)備：操作員工作站(Operator Workstation, B-OWS)樓宇控制器(Building Controller , B-BC)高級應(yīng)用控制器(Advanced Application Controller, B-AAC )專用控制器(Application Specific Controller, B-ASC)智能執(zhí)行器(Smart Actuator, B-SA)智能傳感器(Smart Sensor B-SS)這6種標準設(shè)備各自實現(xiàn)不同類別的互操作域(I

11、nteroperation Area)。本文 設(shè)計的控制屬于BACnet專用控制器(B-ASC ),它所實現(xiàn)的功能用互操作域描 述如下：(1)數(shù)據(jù)共享：允許其他設(shè)備訪問所有對象的屬性值；允許其他設(shè)備(如 操作員工作站B-OWS)修改所有或部分對象的屬性值；(2)報警與事件管理：不要求支持該項功能；(3)時間安排：不要求支持該項功能；(4)趨勢與日志：不要求支持該項功能；(5)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)管理：只允許設(shè)置狀態(tài)和控制參數(shù)。具體到實際中，一個典型的BACnet控制器應(yīng)具備以下幾個方面的功能：(1)通信功能：正確收發(fā)報文，能夠和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他的 BACnet設(shè)備進行通 信。(2)監(jiān)視功能：監(jiān)視與它相連的控制

12、設(shè)備的狀態(tài)，并能夠?qū)⑵錉顟B(tài)信息傳 達到網(wǎng)BACnet絡(luò)中。(3)控制功能：能夠控制與其相連的底層設(shè)備的運行狀態(tài)基于BACnet協(xié)議的控制器通信本文使用了 BACnet的一個開源協(xié)議進行二次開發(fā)，最新版本的源碼可以從 網(wǎng)站下載，本文使用的源碼版本為 bacnet-stack-0.8.2該開源協(xié)議 棧可移植到多種體系結(jié)構(gòu)的芯片中，可實現(xiàn) BACnet服務(wù)器、客戶機和路由器等 功能，使用時根據(jù)需要進行選擇。協(xié)議棧同時實現(xiàn)了大部分的 BACnet協(xié)議標準 服務(wù)的編碼和解碼函數(shù)，對于比如模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出等常用的BACnet對象也得到應(yīng)用，可以滿足本文的開發(fā)使用需求。BACnet協(xié)議棧在本文

13、所設(shè)計控制器中的整體實現(xiàn)過程如下圖4-7所示:圖4-7協(xié)議棧實現(xiàn)示意圖根據(jù)手上STM32開發(fā)板的硬件配置和考慮到實驗室應(yīng)用環(huán)境中的數(shù)據(jù)參數(shù)， 我們在程序中建立了五種 BACnet對象：一個 Device對象、Binary_Input對象、 Binary_Output 對象、Analog_Input 對象、Analog_Output 對象。Binary_Input 對 象對應(yīng)如回風(fēng)機運行狀態(tài)和故障狀態(tài)，Binary_Output對象對應(yīng)開發(fā)板上的繼電器輸出，控制相連接開關(guān)的啟停，Analog_Input對象對應(yīng)連接傳感器輸入的模擬 量值例如溫度、濕度、壓力等，Analog_Output對象對應(yīng)輸

14、出的模擬量信號如回 風(fēng)機頻率調(diào)節(jié)等。Device對象則是對設(shè)備的概括描述，包含了基本信息。對控制器中BACnet參數(shù)的配置包括MAC地址、設(shè)備對象實例等。設(shè)備對 象實例沒有硬性要求，只要不和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他設(shè)備重復(fù)即可，此處設(shè)置為103;因為實驗室內(nèi)還有另外5個標準MS/TP設(shè)備，所以為了有序而將 MAC地址設(shè) 置為6。控制器與其他BACnet設(shè)備間的通信基于不同的應(yīng)用服務(wù)，具有不同的互操作功能。本文的BACnet專用控制器主要具有數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)管理兩部分互操作 內(nèi)容。通過 ReadProperty. WriteProperty、Who-Is、Who-Has 等完成服務(wù)發(fā)起方 和服務(wù)執(zhí)行方之間的操作。PID控制算法作為樓宇自控系統(tǒng)，需要對很多環(huán)境參數(shù)進行控制，例如溫度、濕度、壓力等，而控制器在運行時可以集成一些控制算法來實時控制設(shè)備運行狀態(tài)。 在自控 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)參數(shù)會一直處于變化狀態(tài)， 很難建立出一個精確的數(shù)學(xué)模型， 采用 PID控制算法在此時就可以起到較好的效果。因為該算法的簡單、魯棒性強等優(yōu)