發(fā)布時間：2020-06-17 10:20

【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及各行各業(yè)新需求的不斷涌現(xiàn),物聯(lián)網(wǎng)終端所需要實現(xiàn)的功能不僅越來越多也越來越復雜。然而,目前數(shù)據(jù)采集類的物聯(lián)網(wǎng)終端采集功能定位單一,造成開發(fā)生產(chǎn)過程中重復性勞動增多,效率低下。因此,對于數(shù)據(jù)采集類的物聯(lián)網(wǎng)終端,開發(fā)一套完整、高效、擴展性好、實時性強,面對不同的采集情景都適用的多總線采集嵌入式實時系統(tǒng)的要求十分迫切,這也對提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,推動國家物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展具有十分重要的意義。對于系統(tǒng)硬件設計方案,本文將硬件分為MCU,采集,存儲以及通信四個模塊,也預留了其他接口,方便擴充。本文中對于系統(tǒng)軟件設計方案,采用面向對象的設計思想,以通用、實用為目標,整體劃分為:數(shù)據(jù)采集層、任務控制層、數(shù)據(jù)鏈路層、協(xié)議層、通信層。各層之間通過公共接口聯(lián)系,避免了深度耦合,方便開發(fā)及擴展。為將系統(tǒng)移植到基于STM32F4系列芯片的物聯(lián)網(wǎng)終端上,本文依據(jù)硬件環(huán)境對系統(tǒng)空間做了劃分、實現(xiàn)了系統(tǒng)引導程序。對于多總線采集部分,本文分別介紹了USART、RS232、RS485、CAN、IIC總線以及相關的外圍電路原理圖設計。然后介紹了部分數(shù)據(jù)采集任務的實現(xiàn),包括USART接口上的雙模定位任務和無線通信狀態(tài)機任務、RS232總線上的UPS數(shù)據(jù)采集任務、RS485總線上的MODBUS協(xié)議處理任務、CAN總線協(xié)議處理任務和IIC總線上的IC卡操作任務。除此之外,本文還設計了一種多總線策略,在面對多種采集方式、多種通訊協(xié)議以及多種傳感器的物聯(lián)網(wǎng)終端使用環(huán)境,給出了一種可配置化方案,拓展了終端的使用范圍,減少了開發(fā)生產(chǎn)過程中的重復勞動。同時,本文為解決多總線同時采集數(shù)據(jù)的過程中遇到的丟包問題,構建了一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型,采用離線訓練的方式訓練出一種可預測多總線中斷優(yōu)先級方案的神經(jīng)網(wǎng)絡,并使用測試集進行測試,得出使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行多總線中斷優(yōu)先級方案的預測具有一定的準確性,有一定的使用價值但仍需改進。最后給出了多總線采集嵌入式實時系統(tǒng)的一個物聯(lián)網(wǎng)終端實物圖,對系統(tǒng)進行集成測試,并介紹了總線策略配置的功能,給出終端系統(tǒng)的一個應用實例。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP274.2;TP391.44;TN929.5
【圖文】：

4.2 各總線邏輯電路設計本文主要基于 STM32F4 系列微控器所具備的總線接口進行多總線設計，主要包含 USART、RS232、RS485、CAN、IIC、GPIO 等。設備通過 GPIO 與 MCU 的連接，中間不需要復雜的轉接，這里不再贅述。其余模塊具體外圍電路如下：4.2.1 RS232 轉接模塊串口在嵌入式終端開發(fā)以及使用的過程中占據(jù)著極大的作用，不但是終端運行過程中與外部設備通信的主要接口，也是系統(tǒng)軟件調(diào)試的主要手段。STM32F最多支持六路串口，資源相當豐富，但是由于 MCU 自帶串口電壓低，使用的是TTL 電平信號，所以 MCU 自帶串口只用來在開發(fā)過程中對軟件進行調(diào)試。TTL 電平信號用來在計算機等設備內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)比較理想，但工業(yè)控制和設備數(shù)據(jù)采集對傳輸距離以及熱損耗的要求較高，所以一般將 TTL 電平信號的串口轉換為使用RS232 電平的串口。本文選用 SP3232 芯片作為 TTL 電平到 RS232 電平的轉換芯片，使用 MCU 的 USART1 來進行轉換，具體電路設計如圖 4-1 所示。

電子科技大學碩士學位論文.2.2 RS485 轉接模塊RS485 與 RS232 電氣特性不同，使用差分信號來傳遞數(shù)據(jù)。優(yōu)點在于接口電平與TTL電平兼容，可以方便的將RS485收發(fā)芯片與MCU的串口電路連接以 RS485 除了是半雙工的通信方式外，與串口通信的操作方式大致相同。雖用半雙工的方式，但其傳輸距離遠，支持節(jié)點多，抗干擾能力強。本文采AX3485 作為 RS485 收發(fā)芯片，使用 MCU 的 USART6 與 RS485 芯片連接， PB8 作為 485_RE 信號，電路設計如圖 4-2 所示。

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本文編號：2717466