基于ARM架構(gòu)單片機(jī)開發(fā)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的傳感采集單元

基于ARM架構(gòu)單片機(jī)開發(fā)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的傳感采集單元摘要針對(duì)高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì),人們對(duì)時(shí)間的高效利用,使得現(xiàn)代都市生活節(jié)奏加快,智能家居、遠(yuǎn)程控制倉(cāng)儲(chǔ)等都已經(jīng)漸漸的融入人們的日常生活中。隨著倉(cāng)庫(kù)大量的增加,人們發(fā)現(xiàn)其管理難度也越來(lái)越大,對(duì)于倉(cāng)庫(kù)的需求也越來(lái)越多,人力管理倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存漸漸的不能滿足需求了,對(duì)于如何減少人工負(fù)擔(dān),提高效率也就成為了一個(gè)大眾化的問題。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求,我們開發(fā)了智能倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)來(lái)解決這問題。本系統(tǒng)是通過(guò)嵌入式技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和管理方面的智能化,提升了倉(cāng)庫(kù)管理的效率,并且降低了人工管理和維護(hù)的成本,實(shí)現(xiàn)了不需要人力的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和訪問工作。關(guān)鍵詞:高效；智能倉(cāng)儲(chǔ)；遠(yuǎn)程訪問ARM-basedMicrocontrollerDevelopmentofIntelligentStorageSystemSensorAcquisitionUnitAbstractFortherapiddevelopmentoftoday'ssociety,peopleontheefficientuseoftime,sothattheacceleratedpaceofmodernurbanlife,intelligenthome,remotecontrol,storageandsohasbeengraduallyintegratedintopeople'sdailylives.Withthelargeincreaseinthewarehouse,itwasdiscoveredthatitsmanagementhasbecomeincreasinglydifficultforthewarehousedemandmoreandmore,humanresourcemanagementwarehousinggraduallycan’tmeetdemand,andhowtoreducelaborburdenandimproveefficiencyhasbecomeapopularquestion.Inordertomeetthegrowingdemand,wehavedevelopedasmartwarehousestoragemanagementsystemtosolvethisproblem.Thissystemisembeddedtechnology,thewarehouseenvironmentmonitoringandmanagementofintelligence,toenhancetheefficiencyofwarehousemanagementandreduceslabormanagementandmaintenancecosts,theremotedoesnotneedmanpowerWarehouseManagementSystemmonitorandaccesswork.Keyword:Efficient;Smart;Warehousing;Remoteaccess目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 11.1智能倉(cāng)儲(chǔ)的開發(fā)背景及前景 11.2論文中的一些術(shù)語(yǔ)解釋 21.3論文的研究?jī)?nèi)容 31.3.1研究的內(nèi)容 3第二章主程序的設(shè)計(jì) 42.1系統(tǒng)框架 42.2M0終端設(shè)備的詳細(xì)工作流程 42.3M0終端設(shè)備的功能描述 8第三章M0的數(shù)據(jù)采集及發(fā)送 93.1硬件介紹 93.1.1硬件簡(jiǎn)介及選擇原因 93.1.2硬件的主要模塊 93.1.3硬件的主要接口與功能 93.1.4硬件的微控制器 113.2M0的工作流程 113.2.1M0的工作流程 113.2.2M0的工作流程圖 123.3主要功能的介紹 123.3.1溫濕度傳感器DHT11 123.3.2光照傳感器ISL29003 153.3.3RFID信息采集CY14443 173.3.4三軸加速度傳感器MMA7455L 193.3.5ZigBee無(wú)線通信設(shè)備ZICM2410 21第四章系統(tǒng)移植和環(huán)境的搭建 244.1BOAWeb服務(wù)器移植 244.2CGI:通用網(wǎng)關(guān)接口 254.3SQLite移植 254.4HTML的設(shè)計(jì) 264.5環(huán)境的搭建 26總結(jié) 30致謝 31參考文獻(xiàn) 32第一章緒論1.1智能倉(cāng)儲(chǔ)的開發(fā)背景及前景隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,雖然目前很多的公司已經(jīng)將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于日常辦公,但是對(duì)于數(shù)據(jù)的采集方式還是會(huì)用紙張記錄、然后手工輸入到計(jì)算機(jī)的方式進(jìn)行管理。因?yàn)楫吘故侨肆Φ妮斎?出錯(cuò)在所難免,浪費(fèi)時(shí)間,準(zhǔn)確率還比較低,對(duì)人力資源來(lái)說(shuō)造成了浪費(fèi)。隨著企業(yè)的不斷發(fā)展,倉(cāng)庫(kù)必然會(huì)越來(lái)越大,貨物會(huì)越來(lái)越多,種類也會(huì)越來(lái)越多。倉(cāng)庫(kù)管理越來(lái)越復(fù)雜,企業(yè)的資金投入會(huì)增多。對(duì)于出庫(kù),入庫(kù)而言,安全因素已經(jīng)值得重視了。傳統(tǒng)的人工管理倉(cāng)庫(kù)模式已難以滿足倉(cāng)庫(kù)管理的出入庫(kù)速度快、準(zhǔn)確度高的要求了,那么這些缺點(diǎn)將會(huì)影響企業(yè)的日常運(yùn)行,成為制約企業(yè)發(fā)展的一大障礙。目前我國(guó)許多的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理有這幾點(diǎn)缺陷:(1)因?yàn)槭侨斯ぐ徇\(yùn),空間利用不足,分布不合理,基本的設(shè)施不健全,同時(shí)不能及時(shí)的反饋當(dāng)前的信息。(2)倉(cāng)庫(kù)中的存貨多,企業(yè)難以消化,從而產(chǎn)生惡性循環(huán),導(dǎo)致企業(yè)的看護(hù)這些無(wú)用的資源經(jīng)濟(jì)成本變多。(3)物品入庫(kù)出庫(kù)時(shí),需要人工記錄,過(guò)程復(fù)雜,容易出錯(cuò),造成企業(yè)不必要的資源浪費(fèi)。(4)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的不完善,浪費(fèi)大量的人力資源,需要雇傭更多的人,對(duì)于一個(gè)企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)講,倉(cāng)儲(chǔ)管理型的人才是必須有的。由此可見對(duì)于運(yùn)用智能倉(cāng)儲(chǔ)來(lái)管理這些勢(shì)在必行,而且這也將為倉(cāng)庫(kù)管理帶來(lái)前所未有的改變,它不僅僅可以帶來(lái)意想不到的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)也會(huì)為企業(yè)的快速發(fā)展提供無(wú)限的潛力。是否用智能倉(cāng)儲(chǔ)來(lái)管理倉(cāng)庫(kù)已經(jīng)成為一個(gè)企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。它之所以能給企業(yè)好的效益,其主要體現(xiàn)在：(1)智能化管理一方面節(jié)省了時(shí)間提高了工作效率,減少了人員方面的分配,同時(shí)也降低了出庫(kù)入庫(kù)時(shí)的出錯(cuò)率,間接地減少了企業(yè)的開支,相對(duì)的增加了企業(yè)收入。(2)倉(cāng)庫(kù)的管理操作自動(dòng)化和信息的電子化,全面提高了倉(cāng)庫(kù)的管理水平,更有利于企業(yè)未來(lái)的發(fā)展。對(duì)于我國(guó)智能倉(cāng)儲(chǔ)的發(fā)展,筆者特意參考了一些資料書籍,發(fā)現(xiàn)近幾年隨著智能倉(cāng)儲(chǔ)的發(fā)展逐步成熟,我國(guó)電商發(fā)展的迅猛增長(zhǎng),對(duì)于智能倉(cāng)儲(chǔ)的發(fā)展未來(lái)幾年內(nèi)將呈井噴似的增長(zhǎng)。2016-2022年中國(guó)智能倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展預(yù)測(cè)年份市場(chǎng)規(guī)模(億元)20155182016622201774620188962019108020201295通過(guò)表格我們知道,對(duì)于未來(lái)幾年的智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理發(fā)展將進(jìn)入白熱化的程度,一個(gè)好的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)將會(huì)為一個(gè)企業(yè)的發(fā)展乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)的提高,起到非常大的積極作用。在當(dāng)今高速信息時(shí)代,一方面我們要開發(fā)出好的應(yīng)用管理軟件,另一方面我們更應(yīng)該建立完善的專業(yè)性的人才培養(yǎng)機(jī)制,使高水平的人才在實(shí)際工作中運(yùn)用自身的知識(shí)去操作設(shè)備,提高倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)的利用率,讓他們根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況對(duì)貨物的信息及時(shí)反饋,做到用時(shí)少、速度快、精確度高的安排倉(cāng)儲(chǔ)物資,從而提高企業(yè)的效率。1.2論文中的一些術(shù)語(yǔ)解釋Linux:Linux是一種類Unix操作系統(tǒng)。它是免費(fèi)的并且開放源代碼的,可以支持多用戶操作的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。并且它可以安裝在各種計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備中,從我們周邊的手機(jī)、平板、無(wú)線路由器,到臺(tái)式計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī),比如我國(guó)的天河2號(hào),內(nèi)部也是Linux系統(tǒng)。ZigBee:ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備,是一種低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)(與藍(lán)牙相似)。A9:ARMCortex-A9是基于ARMv7-A架構(gòu)的應(yīng)用處理器。本項(xiàng)目Coretex-A9選用的CPU型號(hào)為三星公司出品的exynos4412,它是三星公司的第一款擁有四核的處理器。據(jù)有關(guān)部門的測(cè)試,同樣CPU的性能下,此款產(chǎn)品的性能更優(yōu)越,耗能更低。(本論文中出現(xiàn)的A9均為ARMCortex-A9處理器的簡(jiǎn)稱,所用的是南京華清遠(yuǎn)見的FS_4412開發(fā)板,FS_4412開發(fā)平臺(tái)采用的就是Exynos4412處理器)M0：基于ARMCortex-M0內(nèi)核的LPC11C14是ARMCortex-M0系列低功耗、低成本的32位處理器。集成了多種傳感器、RFID、ZigBee、OLED顯示模塊等。(本論文中出現(xiàn)的M0均為ARMCortex-M0處理器的簡(jiǎn)稱,所用的是FS_11C14開發(fā)板,FS_11C14開發(fā)板是基于LPC11C14微控制器ARMCortex-M0內(nèi)核)1.3論文的研究?jī)?nèi)容1.3.1研究的內(nèi)容智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)由A9、M0、Linux、ZigBee等技術(shù)的結(jié)合。通過(guò)M0上的傳感器實(shí)時(shí)收集倉(cāng)庫(kù)里的信息(濕度,溫度,光感數(shù)據(jù)等信息),然后通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紸9上(運(yùn)行Linux系統(tǒng))。A9收集到數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析,反饋到PC機(jī)上,通過(guò)在PC機(jī)上構(gòu)建嵌入式web服務(wù)器并且在頁(yè)面上設(shè)置按鈕,那么用戶在pc機(jī)操作按鈕就進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理倉(cāng)庫(kù)了,A9作為智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和服務(wù)器端,而用戶借助于PC機(jī)可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的內(nèi)部環(huán)境智能控制和工作人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文主要介紹的是個(gè)人負(fù)責(zé)的在M0上的數(shù)據(jù)的收集和處理,由于篇幅限制,省略寫對(duì)A9和PC機(jī)如何工作的介紹。本項(xiàng)目共分三個(gè)模塊：如圖1.3.1圖1.3.1三個(gè)模塊第二章主程序的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)框架a.通過(guò)M0進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理環(huán)境參數(shù),例如溫度、濕度、光感數(shù)據(jù),進(jìn)行物品刷卡b.再通過(guò)ZigBee模塊把采集到的環(huán)境參數(shù)或物品信息發(fā)送給A9c.由A9的M0線程負(fù)責(zé)接收環(huán)境參數(shù)或物品信息,激活數(shù)據(jù)庫(kù)線程對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的處理,然后如果是環(huán)境參數(shù)則對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行判斷處理d.構(gòu)建嵌入式的web服務(wù)器,使用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)利用pc機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。f.在pc機(jī)的web頁(yè)面上設(shè)置控制按鈕,對(duì)M0進(jìn)行控制，監(jiān)控設(shè)備識(shí)別用戶指令并進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作2.2M0終端設(shè)備的詳細(xì)工作流程a.系統(tǒng)上電初始化M0終端上各個(gè)設(shè)備,包括系統(tǒng)定時(shí)器、GPIO口、SPI、UART、I2C等設(shè)備,配置系統(tǒng)滴答定時(shí)器設(shè)置其終端為1毫秒,進(jìn)而配置中斷處理函數(shù)精確到1秒。第一次采集信息用于在M0終端的液晶屏上顯示。b.主程序進(jìn)行輪詢判斷,在沒有外部中斷(ZigBee接收數(shù)據(jù)中斷、RFID刷卡中斷)的情況下主要執(zhí)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、M0終端液晶屏的數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)打包發(fā)送給A9服務(wù)器,這時(shí)因?yàn)镸0終端還沒有收到A9服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的指令(即ZigBee接收數(shù)據(jù)中斷函數(shù)還未執(zhí)行),所以M0終端初始模式為自制控制(即M0終端未受到A9服務(wù)器命令控制而采取自我環(huán)境監(jiān)測(cè)、異常報(bào)警等)；c.當(dāng)有外部RFID刷卡時(shí),其它數(shù)據(jù)正常采集,RFID中斷函數(shù)同時(shí)對(duì)磁卡數(shù)據(jù)進(jìn)行采集校驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性并發(fā)送給A9服務(wù)器；d.當(dāng)有外部中斷ZigBee接收數(shù)據(jù)中斷產(chǎn)生時(shí),其它數(shù)據(jù)正常采集,ZigBee接收數(shù)據(jù)中斷處理函數(shù)接收A9服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的指令,執(zhí)行不同的設(shè)備,同時(shí)M0終端切換為A9服務(wù)器控制M0終端模式；e.為了安全穩(wěn)定的管理機(jī)制,我們對(duì)異常行為進(jìn)行的可能性進(jìn)行了評(píng)估、假設(shè)。當(dāng)A9服務(wù)器異常(即A9服務(wù)器不能正常給M0終端設(shè)備發(fā)送指令)時(shí),M0終端在30秒內(nèi)未接收到A9服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的指令時(shí)自行切換到M0終端自制模式,對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)、判斷是否異常決定是否打開蜂鳴器報(bào)警。工作流程圖如圖2.2圖2.21.工作流程的程序代碼開發(fā)板的初始化 InitSys(); //系統(tǒng)初始化,讓M0芯片跑起來(lái) InitTimeFlag(); //定時(shí)時(shí)間標(biāo)志位 InitAllSensor(); //初始化所有的傳感器 InitAllDevice(); //初始化外圍設(shè)備 InitControl(TitileBuf);//初始化按鍵控制,傳參標(biāo)題頭TitileBuf Team_Logo();//顯示開機(jī)界面voidInitSys(void){ SystemInit();//系統(tǒng)初始化 GPIOInit(); //IO初始化 InitDelay(48); //初始化延時(shí)滴答定時(shí)器 init_timer32(0,480000); //初始化32位定時(shí)器10ms NVIC_SetPriority(TIMER_32_0_IRQn,0); //映射32位定時(shí)器中斷 enable_timer32(0); //使能32位定時(shí)器 UARTInit(115200); //設(shè)置串口波特率 NVIC_SetPriority(UART_IRQn,2); //映射串口中斷}voidInitTimeFlag(void){ To10msFlag=FALSE; To10msCnt=1; To100msFlag=FALSE; To100msCnt=10; To1SFlag=FALSE; To1SCnt=100;} voidInitAllSensor(void){ InitMyAdc();//ADC InitKey();//KEY InitLight();//LIGHT InitAxis3();//AXIS3 InitDHT11();//DHT11 InitRfid();//RFID memset(&EnvMsg,0,24);} voidInitAllDevice(void){ InitFan();//FAN InitSpeaker();//SPEAKER InitLed();//LED Seg7Led_Init(); //SEG InitZigbee();//初始化ZIGBEE InitOled(); FanSpeed(0); Speaker(0);//1開0關(guān) Led1Show(0);//1開0關(guān) Seg7Led_Put(''); BeepRingCnt=0; DeviceStatus=0;}voidInitControl(uint8_t*title){ GoodsTypeIndex=GOODSTYPEMIN; //最少1種貨物 GoodsNumCount=GOODSNUMBERMIN; //貨物最小總量 AddOrDecOptFlag=0; //加減操作標(biāo)志 Titile=title; //標(biāo)題 InitEnvDisp(); //初始化環(huán)境 InitStoDisp(); //初始化貨物 CleanScreenFlag=0; //清屏標(biāo)志}2.M0的數(shù)據(jù)接收流程1．接收Z(yǔ)igbee傳輸上來(lái)的信息；2．判斷消息類型,并讀取相應(yīng)長(zhǎng)度的消息3．插入到鏈表說(shuō)明：這里增加接收消息的消息頭為st:,隨后才是消息正文,其中e為環(huán)境消息,r為貨物消息,讀取消息正文的時(shí)候需要睡眠500ms,防止消息丟失。3．?dāng)?shù)據(jù)分析的線程如圖2.2.3圖2.2.3其中環(huán)境信息結(jié)構(gòu)體為：structenv_info_package{ unsignedcharsto_no; unsignedchartem[2]; unsignedcharhum[2]; unsignedcharx; unsignedchary; unsignedcharz; unsignedintill; unsignedintbattery; unsignedintadc;};貨物信息結(jié)構(gòu)體為：structgoods_info_package{ unsignedcharsto_no; unsignedchario; unsignedchargoodsno; unsignedchargoodsnum;};1.等待喚醒pthread_cond_wait(cond_analysis,);2.獲得節(jié)點(diǎn)get_receive_cache_node()3.提取環(huán)境參數(shù)env_info_analysis()4.獲得環(huán)境信息get_env_package(&buf);5.獲得貨物信息get_goods_package(&buf);說(shuō)明：在函數(shù)env_info_analysis()中對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行提取比較,如果超出了相應(yīng)的閾值范圍會(huì)向消息隊(duì)列中發(fā)送相應(yīng)的消息,去控制M0或者A9上的設(shè)備。2.3M0終端設(shè)備的功能描述a.采用DHT11傳感器對(duì)溫濕度信息進(jìn)行采集b.采用ISL29003傳感器對(duì)光照強(qiáng)度信息進(jìn)行采集c.采用MMA7455L傳感器采集三軸加速度d.采用CY14443對(duì)RFID信息采集e.采用ADC3通道對(duì)電池電量信息采集f.采用ADC0通道對(duì)電位器信息采集g.采用ZICM2410無(wú)線通信第三章M0的數(shù)據(jù)采集及發(fā)送3.1硬件介紹3.1.1硬件簡(jiǎn)介及選擇原因ARM公司的Cortex-M0處理器,其核心是馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)運(yùn)用的是ARMv6M架構(gòu),是Cortex-M家族中的M0系列,作為新一代處理器,它有很多的改革和創(chuàng)新,讓技術(shù)開發(fā)人員可以用8位處理器的價(jià)格獲得32位處理器的性能。與同類型的處理器相比較,Cortex-M0的功耗更低,Cortex-M0內(nèi)核處理器LPC11C14最高能達(dá)到50MHz,而性能方面卻毫不遜色,就是他的優(yōu)點(diǎn)。而且在抗干擾方面,抗干擾能力強(qiáng),完全可以用于倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)采集。對(duì)于應(yīng)用方面,它可以被多種編譯器支持,適用于C語(yǔ)言的編寫,同樣支持多種嵌入式系統(tǒng)。綜合考慮,Cortex-M0的高性價(jià)比,低能耗,抗干擾能力強(qiáng),支持多操作系統(tǒng),所以選擇了此款處理器作為本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集重任。3.1.2硬件的主要模塊主要模塊如圖所示圖3.1.2圖.3硬件的主要接口與功能-處理器LPC11C14

-主頻最高50MHz,外接12MHz晶體,實(shí)際工作48MHz

-32KBFLASH

-8KBSRAM

-1個(gè)I2C接口256BEEPROM

-1個(gè)SPI接口256KBFLASH

-2個(gè)擴(kuò)展UART接口

-1個(gè)I2C接口

-2個(gè)SPI接口

-1個(gè)CAN總線接口

-1個(gè)RS-485/RS-422可選雙功能接口

-2路ADC輸入

-1個(gè)128x64點(diǎn)陣OLED雙色（黃和藍(lán))顯示屏

-1個(gè)八段LED數(shù)碼管

-2個(gè)LED燈

-1個(gè)蜂鳴器

-1個(gè)溫濕度傳感器

-1個(gè)三軸加速度傳感器

-1個(gè)光敏傳感器

-1個(gè)可調(diào)電阻

-1個(gè)可控電風(fēng)扇

-1個(gè)RFID模塊

-1個(gè)ZigBee模塊

-1個(gè)電源開關(guān)

-1個(gè)復(fù)位鍵（Reset)

-1個(gè)可控制四個(gè)方向和確定功能的五向搖桿鍵

-1個(gè)功能鍵（Esc)

-1個(gè)時(shí)鐘輸出-1個(gè)20PinJTAG調(diào)試接口

-1個(gè)1000mAh鋰電池

-2根USB線

-1個(gè)RFID存儲(chǔ)卡

-1個(gè)CoLink仿真器3.1.4硬件的微控制器LPC1114采用的是Cortex-M系列架構(gòu)的為處理器的芯片,是ARM公司前幾年發(fā)布,它具有非常低的功率,但又擁有比普通單片機(jī)高數(shù)倍的性能,它是繼51單片機(jī)之后的絕佳替代品。在與以往的8位和16位單片機(jī)相比中,它又有顯著的優(yōu)勢(shì),32位微控制器具有更強(qiáng)的運(yùn)算能力和處理速度。因?yàn)樗闹噶罴?jiǎn)單,編制尋址統(tǒng)一,所以他能夠有效的降低編碼的難度和長(zhǎng)度,對(duì)于編碼的閱讀有很大的便利。另外基于Cortex-M0的LPC1114的工作頻率能夠達(dá)到50兆赫茲,它的主要外圍器件有：32kb的海量存儲(chǔ)空間,8kb的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,經(jīng)過(guò)增強(qiáng)的I2C協(xié)議接口,基于RS-485標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器,即通用異步串行收發(fā)器,擁有兩個(gè)高性能的SPI接口,四個(gè)比51單片機(jī)功能更全的定時(shí)器,一個(gè)10位的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器,還有42個(gè)GPIO（多功能復(fù)用輸入輸出)引腳。Cortex-M0的結(jié)構(gòu)圖如圖3.1.4圖M0的工作流程3.2.1M0的工作流程M0上電后首先初始化各個(gè)設(shè)備,使得處理中斷函數(shù)可以達(dá)到一秒一次,這樣有助于接下來(lái)的項(xiàng)目進(jìn)行。然后開始主程序輪詢判斷,在沒有外部中斷的干擾下進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,打包并且發(fā)送給A9,這是正常的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)有中斷時(shí)(ZigBee中斷或者RFID刷卡),那么就要進(jìn)行處理了。比如當(dāng)收到ZigBee中斷時(shí)一方面要進(jìn)行模式的轉(zhuǎn)換,由M0主動(dòng)地控制轉(zhuǎn)變?yōu)锳9服務(wù)器控制M0模式,另一方面要根據(jù)A9發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù),進(jìn)行操作對(duì)應(yīng)的設(shè)備。為了保障整個(gè)環(huán)境的運(yùn)行,還設(shè)置了一些異常處理,當(dāng)發(fā)生異常時(shí)會(huì)有蜂鳴器的報(bào)警。3.2.2M0的工作流程圖如圖3.2.2圖3.2.2M0的工作流程圖3.3主要功能的介紹M0在本項(xiàng)目中的主要功能是信息的采集,所以下面主要介紹M0的各個(gè)模塊是如何收集和處理信息的3.3.1溫濕度傳感器DHT111.DHT11的基本概述DHT11是一種復(fù)合型的溫濕度數(shù)字傳感器,它可以實(shí)時(shí)的通過(guò)自身的采集單元反饋需要測(cè)量的溫度和濕度。DHT11內(nèi)部包括一個(gè)通過(guò)電阻測(cè)量來(lái)確定潮濕度的元件和一個(gè)測(cè)量溫度的元件。產(chǎn)品可靠性高,穩(wěn)定性好,信號(hào)傳輸方面可以達(dá)20米以上,僅此這點(diǎn),就可以在很多同等價(jià)位的傳感器中脫穎而出。因?yàn)槭羌苫?所以是單線制串行接口,與M0的PIO3_2引腳連接。對(duì)于每一個(gè)DHT11在出廠之前都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè),確保產(chǎn)品的質(zhì)量,功耗低,體積小也是其顯著的優(yōu)勢(shì)。2.DHT11的實(shí)物圖如圖圖3.DHT11的引腳與主控芯片接口如圖圖4.DHT11的引腳定義(1)VDD供電引腳3.5-5.5V直流電源(2)DATA串行數(shù)據(jù),因?yàn)橹恍枰l(fā)送數(shù)據(jù)。(3)GND接地,也就是接電源負(fù)極。(4)NC空腳,懸空引腳。5.DHT11的相關(guān)參數(shù)相對(duì)濕度分辨率0.1%RH16Bit精確度25℃±2%RH-40~80℃±5%RH溫度分辨率0.1%RH16Bit量程范圍25℃±0.2℃-40~80℃±1℃6.DHT11的工作原理通訊方式：DHT11的通訊與同步用的是DATA,所采用的是單總數(shù)據(jù)格式操作流程:一般是高位先出,輸出完整的數(shù)據(jù)為40位數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和通信過(guò)程：當(dāng)沒有信號(hào)時(shí),DHT11是低功耗模式,當(dāng)出現(xiàn)開始信號(hào)時(shí),變?yōu)楦咚倌Ｊ?等到M0發(fā)出開始的信號(hào)結(jié)束,DTH11發(fā)出反饋信號(hào),字節(jié)數(shù)為40位,并進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集,即溫度和濕度的采集。當(dāng)沒有接收到信號(hào)時(shí),它不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,當(dāng)在采集結(jié)束后,由高速模式轉(zhuǎn)換為低速模式。7.DHT11的通訊請(qǐng)求(1)DHT11能開始采集數(shù)據(jù),即檢測(cè)到開始信號(hào)的要求是,M0將總線拉低,而且拉低的值必須大于18ms,此時(shí)等待DHT11的實(shí)時(shí)響應(yīng),當(dāng)沒有工作時(shí)為高電平。(2)當(dāng)M0的開始信號(hào)結(jié)束后,DHT11開始工作,反饋80微秒的低電平,通過(guò)延時(shí)20到40微秒,M0讀取其的反饋信號(hào)并且發(fā)送開始信號(hào),同時(shí)變換模式,總線上拉電阻。DHT11的通訊請(qǐng)求如圖圖8.DHT11的數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)總線處于工作狀態(tài)時(shí),說(shuō)明DHT11反饋數(shù)據(jù)了,那么在等返回的信號(hào)結(jié)束后,再把總線升高到80微秒,其中開始的時(shí)候都是以50微秒為一位數(shù)據(jù)。DHT11的數(shù)據(jù)傳輸如圖所示圖9.數(shù)字1和0信號(hào)表示方法(1)表示方法如下圖所示,數(shù)據(jù)開始傳輸?shù)臉?biāo)志為,總線被DHT11拉低50微秒時(shí)。(2)當(dāng)總線值在26到28微秒時(shí),傳送的數(shù)據(jù)值是0,當(dāng)傳送的值是0時(shí),那么總線的值是70微秒。圖3.3.2光照傳感器ISL29003ISL29003的基本概述ISL29003是一種集成的傳感器,它是用來(lái)采集光照信息的元件,內(nèi)部配有ADC模塊和IIC總線,主要功能是采集倉(cāng)庫(kù)環(huán)境中的光照,并且從模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,與同類型的光傳感器相比,性能優(yōu)越,誤差小,穩(wěn)定性好。ISL29003的基本特性通過(guò)I2C范圍選擇范圍1：0勒克斯至1000勒克斯范圍2：0勒克斯至4000勒克斯

范圍3：0勒克斯至16000勒克斯

范圍4：0勒克斯至64000勒克斯16位分辨率可調(diào)分辨率:65勒克斯可上、下閾值中斷簡(jiǎn)單輸出代碼,與勒克斯直接成比例2.5v至3.3v供應(yīng)6LdODFN(2.1mmx2mm)Pb-free(通過(guò)無(wú)鉛認(rèn)證)ISL29003的實(shí)物圖如圖圖ISL29003的原理圖如圖圖3.3.3RFID信息采集CY144431.芯片概述CY-14443A系列射頻讀寫模塊采用基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片,采用0.6微米CMOSEEPROM工藝,支持ISO14443typeA協(xié)議,支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路,只需最少量的外圍電路就可以工作,支持UART接口(-C),IIC接口(-U),或者SPI接口(-P),數(shù)字電路具有TTL、CMOS兩種電壓工作模式。該技術(shù)建立在多項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)上,如無(wú)線電通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等,具有防水、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、加密存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、較高的實(shí)時(shí)定位精度和低廉的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本等優(yōu)點(diǎn)。智能倉(cāng)儲(chǔ)需要實(shí)時(shí)采集倉(cāng)庫(kù)內(nèi)各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息,對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和流程的自動(dòng)化要求較高,因此該技術(shù)在物流業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用。2.CY14443的基本性能SPI高速串行接口；能自動(dòng)感應(yīng)到靠近天線區(qū)的卡片,并產(chǎn)生中斷信號(hào)；采用高集成ISO14443A讀卡芯片,支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的加密算法；具有TTL/CMOS兩種電壓工作模式,工作電壓3-5.5V；采用工業(yè)級(jí)高性能處理器,內(nèi)置硬看門狗,具備高可靠性；抗干擾處理,EMC性能優(yōu)良；把復(fù)雜的底層讀寫卡操作簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的幾個(gè)命令；3.實(shí)物圖如圖圖4.CY14443的原理圖如圖圖5.CY14443射頻模塊工作時(shí)序圖及工作方式如圖圖通訊速率不大于3Mbps,MSB在前,上升沿采樣。模塊工作在雙工方式,即模塊接受指令后才會(huì)做出應(yīng)答,由于SPI接口發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)接受上一時(shí)鐘周期的從機(jī)響應(yīng)數(shù)據(jù),因此在命令發(fā)送結(jié)束后,需要稍作延時(shí),等待模塊處理命令并做出響應(yīng),命令發(fā)送階段,都會(huì)來(lái)上一次發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)內(nèi)容,可以用來(lái)作為校驗(yàn),讀響應(yīng)時(shí)可以發(fā)送0數(shù)據(jù)給模塊。3.3.4三軸加速度傳感器MMA7455L1.芯片概述飛思卡爾的三軸加速度傳感器MMA7455L超薄3軸加速度傳感器是專為移動(dòng)用戶推出的新型傳感器。眾所周知,Freescale公司是一家領(lǐng)先級(jí)的在汽車領(lǐng)域、消費(fèi)性電子、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線市場(chǎng)供應(yīng)嵌入式半導(dǎo)體的國(guó)際性供應(yīng)商。MMA7455L系列傳感器是數(shù)字輸出3軸加速度傳感器,具有數(shù)字輸出(I2C和SPI)功能和XYZ(3軸靈敏度)。在2g時(shí)靈敏度為64LSB/g,10位模式下8g時(shí)為64LSB/g,可選的重力加速度有2g,4g或8g其在待機(jī)模式時(shí)電流只需2.5uA,正常運(yùn)行的時(shí)候電流為400uA,且具有低功耗和低電(2.4V-3.6V)的特點(diǎn)。MMA7455L具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì),可抗強(qiáng)度達(dá)10000g的沖擊,可編程的閾值中斷輸出,可用于移動(dòng)識(shí)別的水平檢測(cè)和單擊或雙擊識(shí)別。MMA7455L系列加速度傳感器數(shù)字輸出(I2C和SPI)功能可以簡(jiǎn)化與MCU或微處理器的通信。其包括一個(gè)有3個(gè)靈敏度(2g,4g,8g)重力選擇的特性,這使得設(shè)計(jì)人員可以靈活的選擇特定應(yīng)用所需的重力檢測(cè)水平。MMA7455L系列加速度傳感器是需要快速響應(yīng)時(shí)間、高靈敏度、低電流、低電壓運(yùn)行和小封裝的便攜消費(fèi)電子產(chǎn)品的理想解決方案。2.主要特性低壓操作：2.4V-3.6V

用于偏置校準(zhǔn)的用戶指定寄存器

可編程閥值中斷輸出

電平檢測(cè)模式運(yùn)動(dòng)識(shí)別（沖擊、震動(dòng)、自由下落)

脈沖檢測(cè)模式單脈沖或雙脈沖識(shí)別

靈敏度

64

LSB/g

@

2g

/8g

10位模式

8位模式的可選靈敏度（±2g、±4g、±8g)

環(huán)境溫度：-40-85攝氏度

可靠的設(shè)計(jì)、高抗震性（5000g)

外形尺寸：3mm*5mm*1mm3.實(shí)物圖如圖圖4.MMA7455L的引腳說(shuō)明MMA7455L包括14個(gè)引腳,能夠同時(shí)測(cè)量X/Y/Z三個(gè)方向的加速度,它支持SPI/I2C總線,通過(guò)引腳CS進(jìn)行選擇,各引腳具體功能如表,引腳排列如圖序號(hào)名稱描述狀態(tài)1DVDD_IO3.3V電源輸入(數(shù)字)輸入2GND地端輸入3N/C空引腳,懸空或接地輸入4IADDR0I2C地址0位輸入5GND地端輸入6AVDD3.3V電源輸入(模擬)輸入7CS片選,SPI使能(0),I2C使能(1)輸入8INT1/DRDY中斷1/數(shù)字就緒輸出9INT2中斷2輸出10N/C空引腳,懸空或接地輸入11N/C空引腳,懸空或接地輸入12SDOSPI串行數(shù)據(jù)輸出輸出13SDA/SDI/SDOI2C串行數(shù)據(jù)線輸出/SPI串行數(shù)據(jù)輸入/3-wire接口串行數(shù)據(jù)輸出雙向/輸入/輸出14SCL/SPCI2C/SPI時(shí)鐘信號(hào)輸出輸入表圖3.3.5ZigBee無(wú)線通信設(shè)備ZICM24101.芯片概述ZICM24系列的ZigBee模塊是美國(guó)賽爾公司基于ZIC2410芯片改裝設(shè)計(jì)之后的產(chǎn)品。目前是很優(yōu)秀的ZigBee系統(tǒng),他是單芯片的解決方案,它為擁有2.4GHZ的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提,供優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)保障,提供優(yōu)秀的技術(shù)支持。當(dāng)時(shí)開發(fā)時(shí)用了四個(gè)小組來(lái)研究不同的問題。分別為藍(lán)牙技術(shù)小組,信息分享小組,高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)小組和低速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)小組。我們所用的芯片就是第四小組研發(fā)出來(lái)的。因?yàn)樗母呒苫?簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),同時(shí)降低了功耗,節(jié)約了整體的成本,所以選用這款作為該項(xiàng)目的信息傳輸模塊。2.主要特性以下為芯片的主要參數(shù)：傳輸距離：3000英尺無(wú)障礙傳輸距離最低睡眠電流：小于1μA

工作電壓：2.1至3.3V；

接收電流：35mA；發(fā)送電流：44mA；

工作溫度：-40-85℃；

保存溫度：-55-125℃3.實(shí)物圖如圖圖內(nèi)部框圖ZICM2410它擁有非常豐富的片內(nèi)資源,如圖我們可以得出,這款zigbee模塊是可裁剪的,因而可以用于不同的場(chǎng)合,有了更廣闊的應(yīng)用平臺(tái)。它擁有一個(gè)高速DMA,運(yùn)行時(shí)能夠極大的減輕MCU的處理計(jì)算壓力,并且同時(shí)提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。它還擁有I2S接口、串行通信接口、22個(gè)GPIO接口、時(shí)鐘等片上資源,這為ZigBee的模塊提供了硬件的基礎(chǔ)。圖5.ZigBee模塊原理圖如圖圖第四章系統(tǒng)移植和環(huán)境的搭建本章主要介紹關(guān)于作者所負(fù)責(zé)的M0的系統(tǒng)移植和環(huán)境搭建,A9的環(huán)境搭建由于篇幅所限,在此不多做介紹。4.1BOAWeb服務(wù)器移植BOA是一款非常小巧的Web服務(wù)器,源代碼開放、性能優(yōu)秀、支持CGI通用網(wǎng)關(guān)接口技術(shù),特別適合應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。BOA服務(wù)器主要功能是在互聯(lián)嵌入式設(shè)備之間進(jìn)行信息交互,達(dá)到通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,并將反饋信息自動(dòng)上傳給主控設(shè)備的目的。它是基于HTTP超文本傳輸協(xié)議的,Web網(wǎng)頁(yè)是Web服務(wù)最基本的傳輸單元。嵌入式Web服務(wù)的工作基于客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算模型,由Web瀏覽器(客戶機(jī))和Web服務(wù)器(服務(wù)器)構(gòu)成,也即著名的B/S結(jié)構(gòu)。運(yùn)行于客戶端的瀏覽器首先要與嵌入式Web服務(wù)器BOA端建立連接,打開一個(gè)套接字虛擬文件,此文件建立標(biāo)志著SOCKET連接建立成功然后客戶端瀏覽器通過(guò)套接字SOCKET以GET或者POST參數(shù)傳遞方式向Web服務(wù)器提交請(qǐng)求,Web瀏覽器提交請(qǐng)求后,通過(guò)HTTP協(xié)議傳送給Web服務(wù)器。Web服務(wù)器接到請(qǐng)求后,根據(jù)請(qǐng)求的不同進(jìn)行事務(wù)處理,返回HTML文件或者通過(guò)CGI調(diào)用外部應(yīng)用程序,返回處理結(jié)果。服務(wù)器通過(guò)CGI與外部應(yīng)用程序和腳本之間進(jìn)行交互,根據(jù)客戶端瀏覽器在請(qǐng)求時(shí)所采用的方法,服務(wù)器會(huì)搜集客戶所提供的信息,并將該部分信息發(fā)送給指定的CGI擴(kuò)展程序,CGI擴(kuò)展程序進(jìn)行信息處理并將結(jié)果返回給服務(wù)器,然后服務(wù)器對(duì)信息進(jìn)行分析,并將結(jié)果發(fā)送回客戶端在瀏覽器上顯示出來(lái)。BOAWeb服務(wù)器移植操作流程：如圖4.1圖4.2BOA服務(wù)器測(cè)試流程：運(yùn)行BOA：在開發(fā)板上運(yùn)行./boa,界面如下就說(shuō)明已經(jīng)移植成功了：4.2CGI:通用網(wǎng)關(guān)接口CGI是一段程序,它運(yùn)行在Server上,提供同客戶端Html頁(yè)面的接口,CGI程序被用來(lái)解釋處理來(lái)自表單的輸入信息,并在服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的處理,或?qū)⑾鄳?yīng)的信息反饋給瀏覽器.在這次項(xiàng)目中,CGI程序處理頁(yè)面請(qǐng)求分別有：登錄時(shí)查詢用戶輸入用戶名和密碼時(shí),查詢數(shù)據(jù)庫(kù)里的用戶信息是否匹配圖片拍攝,用戶可以在頁(yè)面輸入要拍照的張數(shù)刪除歷史照片查看環(huán)境信息M0發(fā)送或接受的一系列的控制信號(hào)4.3SQLite移植SQLite,是一款輕型的數(shù)據(jù)庫(kù),它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是嵌入式的,而且目前已經(jīng)在很多嵌入式產(chǎn)品中使用了它,它占用資源非常的低,在嵌入式設(shè)備中,可能只需要幾百K的內(nèi)存就夠了。此項(xiàng)目中我們用SQLite來(lái)管理從M0端接收的數(shù)據(jù),將檢測(cè)到的倉(cāng)庫(kù)信息存儲(chǔ)起來(lái)。SQLite移植操作流程：如圖4.3圖4.34.5環(huán)境的搭建本小節(jié)介紹FS_11C14平臺(tái)開發(fā)所需要的工具軟件及其安裝說(shuō)明1.RealViewMDKRealViewMDK全稱為RealViewMDK開發(fā)套件,該套件的產(chǎn)品模塊包括uVision4.22aIDE、啟動(dòng)代碼生成向?qū)?、設(shè)備模擬器、性能分析器、RealView編譯器、MicroLib、RealViewReal-timeLibrary實(shí)時(shí)庫(kù)。

安裝過(guò)程：找到KeilRealViewMDK安裝軟件,然后雙擊,會(huì)出現(xiàn)如下圖4.5.1所示的界面。選擇好安裝路徑后,然后執(zhí)行下一步,即可完成對(duì)軟件的安裝。圖4.5.1安裝RealViewMDK時(shí)還需要CoMDKPlugin應(yīng)用程序。為了安裝Keil連接CoLink的插件(注意安裝路徑與Keil路徑相同，安裝此應(yīng)用是為了協(xié)調(diào)Keil的燒寫)。2.CooCoxCoLinkExCooCoxCoLinkEx是一款支持SW調(diào)試的仿真器,它可以調(diào)試ARMCortexM3和CortexM0設(shè)備。CoLinkEx直接支持CoIDE和CoFlash,并與KeilRealviewMDK,IAREmbeddedWorkbench無(wú)縫集成。特征：支持CortexM0和CortexM3設(shè)備支持SW調(diào)試支持JTAG調(diào)試支持CoFlash，CoIDE，MDK和IAR3.USB的驅(qū)動(dòng)為了方便程序的下載，在FS11C14開發(fā)板上，使用CoLink仿真器來(lái)完成程序的下載功能。在使用器件之前需要安裝驅(qū)動(dòng)程序，否則在直接使用CoLink仿真器進(jìn)行程序的下載時(shí)會(huì)提示無(wú)法識(shí)別并且無(wú)法完成所要的功能。執(zhí)行ColinkExUsbDriver應(yīng)用程序,安裝ColinkExUsbDriver-1.2.0如圖4.5.3。插上ColinkEx就會(huì)檢測(cè)到你的硬件。圖4.5.34.IAREmbeddedWorkbench的安裝嵌入式IAREmbeddedWorkbench適用于大量8位、16位以及32位的微處理器和微控制器，使用戶在開發(fā)新的項(xiàng)目時(shí)也能在所熟悉的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行。它為用戶提供一個(gè)易學(xué)和具有最大量代碼繼承能力的開發(fā)環(huán)境，以及對(duì)大多數(shù)和特殊目標(biāo)的支持。嵌入式I