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物联网嵌入式智能设备实时控制系统设计

更新时间：2019-12-22 13:11:49 大小：720K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网嵌入式智能设备实时控制系统 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着智能设备功能业务的逐渐扩展,用户对智能设备控制系统的实时性要求越来越高,当前控制系统采用CAN技术实现智能设备与用户间的通信,无法满足用户对系统实时性的需求;提出一种新的物联网嵌入式智能设备实时控制系统,通过构建系统的总体框架,将嵌入式LPC2378 ARM处理器作为核心处理器,通过RS-485总线将智能设备连接在一起,和处理器构成一个总线传输网络,在嵌入式LPC2378 ARM处理器中,将带DMA的10/100M以太网模块和以太网PHY芯片DP83848I连接,以提高数据包的传输效率,增强系统的实时性;系统GPRS模块选择SIM300CZ模块,将远程报警模块和RS-485总线结合在一起,共同实现远程报警和控制功能;软件设计时,给出了软件的整体架构和总体流程图,介绍了部分存储代码;实验结果表明,所设计系统对智能设备有很高的控制性能.

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文章编号：1671—4598{2016)10—0087—03

130I：10．16526／j．cnki．11—4762／tp．2016．10．025

中圈分类号：TP393

文献标识码：A

物联网嵌入式智能设备实时控制系统设计

田建立1，倪斌2

(1．黄河科技学院信息-I-程学院，郑州450063；2．河南司法警官职业学院，郑州450000)

摘要：随着智能设备功能业务的逐渐扩展，用户对智能设备控制系统的实时性要求越来越高，当前控制系统采用CAN技术实现智

能设备与用户间的通信，无法满足用户对系统实时性的需求；提出一种新的物联网嵌入式智能设备实时控制系统，通过构建系统的总体

框架，将嵌入式LPC2378ARM处理器作为核心处理器，通过RS-485总线将智能设备连接在一起，和处理器构成一个总线传输网络，在

嵌入式LPC2378ARM处理器中，将带DMA的10／100M以太网模块和以太网PHY芯片DP83848I连接，以提高数据包的传输效率，增

强系统的实时性；系统GPRS模块选择SIM300CZ模块，将远程报警模块和RS-485总线结合在一起。共同实现远程报警和控制功能；软

件设计时，给出了软件的整体架构和总体流程图，介绍了部分存储代码；实验结果表明，所设计系统对智能设备有很高的控制性能。

关键词：物联网；嵌入式；智能设备；控制系统

Iot Embedded

Real—time Control

Intelligent

Equipment

System Design

Tian

Bin2

Jianlil，Ni

(1．school of Information

Science and

Police

engineering，Huanghe

Technology College，Zhengzhou 450063，China；

450000，China)

Officers，Zhengzhou

2．Henan Vocational

Judicial

College

Abstract：As the function of

business

user of the control

gradually expanded，the

realizes communication

intelligent

real—time de—

devices and

intelligentequipment

current control

system

mand more and more

CAN

technology

the

between intelligent

high．the

the

system adopting

the user

cannot

userson

and

meet

needs of

the

real—time

forward newInternet embedded

performance．Put

system

intelligent equipment

real—time control

the overall framework of

LPC2378 ARM

building systems，embedded

as the core

system，through

processor

LPC2378 ARM

embedded

processor，

RS-485

devices

bus

transmission network the

processor，the

the

bus

through

intelligent

together，constitute

take

DMAEthernet module andEthernet PHY

DP83848I connection，inorder to

the transmission effi—

improve

processor，will

10／100M

chip

of data

the

real—time

SIM300CZ module

alarmmodule

system，GPRS module，remote

ciency

packets，enhance

system

performance．Choose

and

overall

architecture andthe

andRS-485 bus

the remote alarm

control functions．Software

the

software

together，realizing

design，gives

overall flow

of the store code areintroduced．The

result showsthat the

has

intelligent equipment

chart，part

experimental

design system

control

high

performance．

things；embedded；intelligent devices；control system

Keywords：internet

得控制方式更加灵活。但该系统容易受到外界环境的干扰，控

制性能不佳；文献[93将太网技术与CAN技术应用于智能

设备控制中，建立了智能设备控制系统，该系统主要包括传感

器节点、智能设备、控制节点等，可采用手动控制和自动控制

两种方式，对智能设备进行控制，能够有效实现智能设备的状

态查询功能。但该方法实现过程较为复杂，不适用于实际应

用；文献[-103提出一种可扩展的网关架构，将其应用于智能

设备的控制中，上述架构能够实现异构通信协议，针对不同的

用户，具有不同的访问权限。该系统安全性较高，但所需时间

较长，通信性能较差。

引言

近年来，随着计算机和科技的逐渐发展，社会信息化的脚

步逐渐加快，信息科技和人们工作生活的联系更加紧密[1‘2]。

在社会信息化下，人们的生活和工作一直在发生变化，对智能

设备进行实时控制已经变成当下人们一种新的需求∞。4]。因

此，研究物联网嵌入式智能设备实时控制系统具有重要意义，

已经成为相关学者研究的重点课题，受到越来越广泛的

关注E5一“。

目前，有关物联网嵌入式智能设备控制系统的研究有很

多，相关研究也取得了一定的成果，其中，文献[7]将ARM

作为微处理器，通过该微处理器实现智能设备的控制，但该微

处理器仅有一个通信接口UART口，实时性较差；文献[83

针对当前智能设备控制的单一性，设计了支持短消息的智能设

备控制系统，通过短消息实现设备和用户之间的信息交换，使

针对上述方法的弊端，提出一种新的物联网嵌入式智能设

备实时控制系统，给出了系统的总体框架，详细分析了各硬件

模块的设计过程。软件设计时，给出了软件的整体架构和总体

流程图，介绍了部分存储代码。实验结果表明，所设计系统对

智能设备具有很高的控制性能。

1物联网嵌入式智能设备实时控制系统总体框架

设计

收稿日期：2016一04—24；修回日期：2016—05—22。

基金项目：郑州市嵌入式系统应用技术重点实验室课题

(121PYFZXl77)；河南省高等学校青年骨干教师资助计划(2014GGJS-

150)。

针对不同类型智能设备的控制，用户通常选择分散管理的

形式，但采用该形式后，各智能设备无法联网，用户无法对其

进行统一的控制，为此，本节设计了一种物联网嵌入式智能设

备实时控制系统，通过多接口将全部待控制智能设备统一联

作者简介：母建立(1975一)，男，河南永城人，硕士，副教授，主要从

事计算机应用、CAD／CAE和物联网技术方向的研究。

万方数据

· 88·

计算机测量与控制

第24卷

网、集中控制。图1描述的是所设计的物联网嵌入式智能设备

实时控制系统总体结构框图。

人机交互部分

时钟部分

以太网通信1

软件舔分j

区囹

智能设备控制终靖

I远程控制

匦囹区圃

Entenet网络I lGPRs通倒I sMs通信l k心处理罂

远程数据通信部分

RS一485总线接口

一函

2．3以太网通信设计

’函

图3 RS485总线结构

图1物联网嵌入式智能设备实时控制系统总体结构框图

2系统主要硬件设计

在嵌入式LPC2378 ARM处理器中，系统将带DMA的

2．1核心处理器设计

10／100

M以太网模块和以太网PHY芯片DP83848I相连，使

数据包的传输效率大大提高，增强了整个系统的实时性。

DP83848I芯片的硬件结构用图4进行描述。

所设计的物联网嵌入式智能设备实时控制系统需要多个

UART接口、A／D转换器、以太网接口以及部分10接口。所

以，本节将由飞利浦公司生产的嵌入式LPC2378 ARM处理器

作为系统的核心处理器，其具有丰富的接口、高速嵌入式

512KB闪存以及60KB的SRAM。LPC2378 ARM处理器所带

外设汇总用图2进行描述。

图4

DP838481芯片的硬件结构

如图4所示，以太网通信模块主要由主机寄存器模块、总

线接口、DMA和RMII构成。其中，主机寄存器模块主要负

责确定以太网的工作方式，以便了解以太网的工作状态；总线

接口为连接R孓485总线与DMA的接口，能够实现模块对寄

存器的实时读取；DMA主要用于数据缓冲区与数据总线之间

的通信；RMII主要用于和DP83848进行实时通信。RMII和

DP83848之间的通信如图5所示。

LPC2378

图2

ARM处理器所带外设汇总

2．2

R孓485总线设计

鉴于R孓485总线具有噪声抑制、数据传输效率高、可靠

性好的特性，本节通过R孓485总线将智能设备连接在一起。

将R孓485总线接口部分直接和嵌入式LPC2378 ARM处理器

串行端口0连接在一起，利用两个引脚和一个电平转换器达到

数据交换的目的。

为了使智能设备接入R孓485总线，嵌入式LPC2378

ARM处理器的一个引脚需与Rs485总线输出连接在一起，

对引脚电平的跳变情况进行检测，依据检测结果判断智能设备

接入状态的变化情况。调理电路主要用于将智能设备的输出电

平与总线中的电信号分隔开来。通过SN75176芯片把单片机

中的串行接口转换为RS485接口，从而完成不同智能设备

与嵌入式开发板的串口通信。Rs485总线结构用图3进行

描述。

图5

RMII和DP83848的通信图

2．4远程报警模块设计

远程报警模块主要用于提高物联网嵌入式智能设备实时控

制系统的安全性，所以，远程报警需具备很高的实时性与可

靠性。

远程报警模块主要包括现场采集终端、控制中心以及

GPRS服务中心。现场采集终端由连接在RS485总线上的智

能设备与各类传感器构成，主要用于对智能设备信息数据进行

采集，同时传输至控制中心；控制中心主要用于对接收到的数

据进行处理，判断是否执行报警操作。GPRS模块选择SIM—

COM公司生产的SIM300CZ模块，主要用于实现GPRS数据

本节设计的是R孓485的体系结构，嵌入式LPC2378

ARM处理器作为RS485总线的控制单元，能够和RS485总

线构成一个共同的总线传输网络。其成本低，传输性能高，能

够更好的达到智能设备实时控制的要求，性价比较高。

万方数据

第10期

田建立，等：物联网嵌入式智能设备实时控制系统设计

．89．

的高效输送。将远程报警模块与RS-485总线结合在一起，能

够实现远程报警与智能设备实时控制的功能。

2．5人机交互模块设计

人机交互模块是整个系统的关键，主要用于提供交互界面

及其它功能。有效的人机交互界面能够使用户的依赖性大大增

加。人机交互模块的硬件主要由液晶显示屏、信息控制按键、

时钟、存储器以及语音提示器构成，详细结构图如图6所示。

人机交互模块

图6人机交互模块结构图

图6中，时钟芯片选用DSl302芯片，该芯片为美国

DALLAS公司生产的一种性能高、能耗低的时钟芯片，能够

设置日期与时间；存储器主要负责对系统参数与状态信息进行

保存，本节选用FM24C64A串行只读存储器EEPROM，其扩

展性较高，适用于所设计系统；信息控制按键为人机交互设计

的关键接口，本节共设计了18个按键，便于用户利用键盘对

系统进行控制；LED液晶显示屏为人机交互设计的主要部分，

主要负责显示各种信息，本节选用OCMl264液晶显示屏，其

带有中英文字库，便于软件开发；语音模块选用HMA-TTS

语音合成模块，其不仅体积小，而且合成音质好，不需要任何

外部辅助电路，能够满足系统对语音合成的需求。

图8系统软件总体流程图

负责保存待处理数据，CaseBuffer类的部分代码如下：

kind CaseCushion

(

人机交互是用户与系统直接进行通信的通道，当智能设备

出现异常时，语音提示报警模块，并控制系统调用远程报警模

块通知用户，用户依据报警信息进行相应处理。

Common；

QOetetPicture

top)

QMutex caseCushionMutex；

Deter Size

ConnectionCaseCushion(intgrowth一128)：primary

3系统软件设计

(growth)；

3．1主流程设计

connecti。on fifthl6

Fcsl6(plastic*tmpPlastic，fifthS len)；

本节选用B／S+C／S相结合的形式实现智能设备控制服

务，系统软件的整体架构如图7所示，软件总体流程图如图8

所示。系统软件设计方案综合了C／S与B／S架构服务器技术。

针对处理数据量大，较为复杂的模块选用c／s设计模式；针

对处理数据量相对较少，用户较多的模块选用B／S设计模

式。这样不但能够提高计算效率，而且可以使系统更加容易

管理。

connecti’on name

CRCVerify()；

eliminate()；

connect‘ion

space

connection OctetPicture

NormFormate()；

connect‘ion

addCase()；

space

connection OctetPicture

readCase()；

connect‘ion

Hdlc()；

space

PR0：

QList<OctetPicture>cushions；

int trace

Cushion；

I客户墙竽控程序I

L—塑粤!墨J

int

Deter

Size)

primary

Socket技术

Http技术l

)；

b／s架构-eb服务程剧

阳架构服务程_吲I本地f

系统仿真实验结果分析

5蓄鬻1絮毳种兰列nt顽面p程序l

底层通信接口

为了验证本文设计系统的有效性，需要进行相关的实验分

析。实验将web控制系统作为对比，进行系统的调试和仿真

实验分析。仿真器选用由合众达公司生产的SEED-XDSUSB2．

0仿真器，其采用JTAG接口，便于系统的调试。

分别采用本文系统和web系统对智能设备进行控制，在

仿真器上分别输出两种系统的控制信号波形，如图9所示。

分析图9可以看出，和web系统相比，采用本文系统输

(下转第117页)

『I数据采集子系匀畸—忏网关通信系统H旨能设备控制子系硎

图7系统软件整体架构

3．2存储代码设计

为了达到系统的存储要求，设计了CaseBuffer类，其主要

万方数据

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