【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(shí)現(xiàn)的功能不僅越來越多也越來越復(fù)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(fù)性勞動(dòng)增多,效率低下。因此,對(duì)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(kuò)展性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng),面對(duì)不同的采集情景都適用的多總線采集嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求十分迫切,這也對(duì)提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,推動(dòng)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(duì)于系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案,本文將硬件分為MCU,采集,存儲(chǔ)以及通信四個(gè)模塊,也預(yù)留了其他接口,方便擴(kuò)充。本文中對(duì)于系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案,采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想,以通用、實(shí)用為目標(biāo),整體劃分為:數(shù)據(jù)采集層、任務(wù)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(kuò)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(duì)系統(tǒng)空間做了劃分、實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)引導(dǎo)程序。對(duì)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(guān)的外圍電路原理圖設(shè)計(jì)。然后介紹了部分?jǐn)?shù)據(jù)采集任務(wù)的實(shí)現(xiàn),包括USART接口上的雙模定位任務(wù)和無線通信狀態(tài)機(jī)任務(wù)、RS232總線上的UPS數(shù)據(jù)采集任務(wù)、RS485總線上的MODBUS協(xié)議處理任務(wù)、CAN總線協(xié)議處理任務(wù)和IIC總線上的IC卡操作任務(wù)。除此之外,本文還設(shè)計(jì)了一種多總線策略,在面對(duì)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(fù)勞動(dòng)。同時(shí),本文為解決多總線同時(shí)采集數(shù)據(jù)的過程中遇到的丟包問題,構(gòu)建了一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,采用離線訓(xùn)練的方式訓(xùn)練出一種可預(yù)測(cè)多總線中斷優(yōu)先級(jí)方案的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),并使用測(cè)試集進(jìn)行測(cè)試,得出使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多總線中斷優(yōu)先級(jí)方案的預(yù)測(cè)具有一定的準(zhǔn)確性,有一定的使用價(jià)值但仍需改進(jìn)。最后給出了多總線采集嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)終端實(shí)物圖,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集成測(cè)試,并介紹了總線策略配置的功能,給出終端系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP274.2;TP391.44;TN929.5
【圖文】：

4.2 各總線邏輯電路設(shè)計(jì)本文主要基于 STM32F4 系列微控器所具備的總線接口進(jìn)行多總線設(shè)計(jì)，主要包含 USART、RS232、RS485、CAN、IIC、GPIO 等。設(shè)備通過 GPIO 與 MCU 的連接，中間不需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)接，這里不再贅述。其余模塊具體外圍電路如下：4.2.1 RS232 轉(zhuǎn)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(yùn)行過程中與外部設(shè)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(dāng)豐富，但是由于 MCU 自帶串口電壓低，使用的是TTL 電平信號(hào)，所以 MCU 自帶串口只用來在開發(fā)過程中對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試。TTL 電平信號(hào)用來在計(jì)算機(jī)等設(shè)備內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)比較理想，但工業(yè)控制和設(shè)備數(shù)據(jù)采集對(duì)傳輸距離以及熱損耗的要求較高，所以一般將 TTL 電平信號(hào)的串口轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片，使用 MCU 的 USART1 來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具體電路設(shè)計(jì)如圖 4-1 所示。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文.2.2 RS485 轉(zhuǎn)接模塊RS485 與 RS232 電氣特性不同，使用差分信號(hào)來傳遞數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)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(yuǎn)，支持節(jié)點(diǎn)多，抗干擾能力強(qiáng)。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(hào)，電路設(shè)計(jì)如圖 4-2 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2717466