基于ARM嵌入式系統(tǒng)的漢顯數(shù)字汽車(chē)衡儀表設(shè)計(jì).

1、基于ARM嵌入式系統(tǒng)的漢顯數(shù)字汽車(chē)衡儀表設(shè)計(jì)上海耀華稱重系統(tǒng)有限公司曾張?jiān)菊拷榻B一款采用ARM嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的漢顯數(shù)字汽車(chē)衡儀表 XK3190- DS2,結(jié)合ARM嵌入式設(shè)計(jì)要領(lǐng)分析該儀表的設(shè)計(jì)方案及功能特色?！娟P(guān)鍵詞】ARMu C/OSII嵌入式操作系統(tǒng)漢顯儀表拼音輸入 通常情況下，汽車(chē)衡應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，外界電磁干擾復(fù)雜多變，模擬傳感器電 信號(hào)長(zhǎng)線傳輸易受干擾，儀表長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行也可能會(huì)因突發(fā)干擾的影響而出現(xiàn)異 常。數(shù)字儀表與數(shù)字模塊之間長(zhǎng)線傳輸數(shù)字信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)抗干擾性較強(qiáng)，一 定程度上提高了儀表抗干擾能力。由于數(shù)字模塊與傳感器之間模擬電信號(hào)傳輸距 離很近，可有效降低傳輸噪聲，提高計(jì)

2、量精度。同時(shí)，數(shù)字通信協(xié)議的隱密性和 數(shù)據(jù)傳輸嚴(yán)格的時(shí)序要求大大提高了技術(shù)壁壘，降低了作弊的可能性。這些優(yōu)勢(shì) 使得數(shù)字化汽車(chē)衡儀表有著很好的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)普通汽車(chē)衡儀表程序多采用單任 務(wù)順序運(yùn)行機(jī)制，一旦該任務(wù)受干擾運(yùn)行紊 亂，將直接導(dǎo)致儀表各功能的錯(cuò)誤調(diào)用，造 成不可預(yù)料的后果，目前只能依靠看門(mén)狗重 啟儀表程序，重新初始化數(shù)據(jù)。這對(duì)于實(shí)時(shí) 性要求較高的批量數(shù)據(jù)處理而言，顯然是不 允許的，必須引入嵌入式多任務(wù)開(kāi)發(fā)理念。 本文介紹的數(shù)字汽車(chē)衡儀表XK3190-DS2以實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)卩C/OSII為平臺(tái)，基于ARM7系列LP C2214高性能處理器，在數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí) 性、穩(wěn)定性、抗干擾性

3、以及人性化的漢字顯 示操作界面上均有出色的表現(xiàn)。儀表外觀如 圖1。圖1數(shù)字汽車(chē)衡儀表XK3190-DS2外觀圖一、嵌入式系統(tǒng)及ARM簡(jiǎn)介嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、對(duì)功能、可 靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它面向用戶、面向產(chǎn)品、 面向應(yīng)用，其功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面 可適應(yīng)于不同應(yīng)用系統(tǒng)和應(yīng)用場(chǎng)合的要求。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件最核 心的器件。對(duì)于中高端儀表而言，為了滿足批量數(shù)據(jù)處理與顯示的實(shí)時(shí)性要求， 還必須運(yùn)用嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)。ARM(Advaneed RISC Machines)是微處理器行業(yè)的一家

4、知名企業(yè)，以設(shè)計(jì)高性 能、高性價(jià)比、低功耗的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件而聞名。由于其技術(shù)在 全球眾多著名半導(dǎo)體、軟件和 OEM廠商的迅速推廣與普及，衍生出一類(lèi)各具特 色的低功耗高性價(jià)比微處理器，因此，ARM也成為這類(lèi)處理器和技術(shù)的代名 詞。由于ARM強(qiáng)大的運(yùn)算能力、不斷豐富的外設(shè)資源、良好的技術(shù)支持，以及逐步下調(diào)的價(jià)格機(jī)制，現(xiàn)今已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的首選。ARM處理器依據(jù)其體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)算能力的不同分為ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10等眾多系列。XK3190-DS2 采用飛利浦高性能低功耗LP C2214微處理器，其 結(jié)構(gòu)框圖如圖2。它是 一款支持實(shí)時(shí)仿真和 跟蹤的32位ARM7

5、TDMI-S 處理器，采用三級(jí)流水線技 術(shù)，鎖頻與倍頻技術(shù)， 其最高工作頻率高達(dá) 60MHz，運(yùn)算能力是普通51系列單片機(jī)的5倍以上。LP C2214外設(shè)接口豐富，如圖2所示,Ajwrmti-s呻“卜 :峯叫叱匕* *峙' 廠i帀両?7而廠I nt - iWIMH?占AT外五血M臨嚴(yán)罰I獻(xiàn)rJStSflAMLIIfrKB n F旳w n號(hào)就wft>Jb2卜畀i ；北掘此說(shuō)-1 n-J VXl o'XD黃擰:著6yrwM7圖2 LPC2214處理器體系結(jié)構(gòu)圖它包攬了儀表開(kāi)發(fā)常用的功能接口和專利技術(shù)I2C硬件接口，為硬件功能的擴(kuò)展32個(gè)提供了較大的空間。它內(nèi)嵌256K字節(jié)Fl

6、ash程序存儲(chǔ)器，16K字節(jié)靜態(tài)RAM， 為靈活的嵌入式程序設(shè)計(jì)提供了可能。它還提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)加密功能，其程序燒 錄方式靈活，既可通過(guò)JTAG接口進(jìn)行在線編程，也可通過(guò) RS232串口進(jìn)行程序 更新與升級(jí)，方便針對(duì)不同用戶的特殊需求進(jìn)行程序修改。LP C2214開(kāi)放外部總線，可提供多達(dá)24條地址線和32條數(shù)據(jù)線。其矢量中斷控制器可支持最多 中斷請(qǐng)求并可分配優(yōu)先級(jí)，將中斷延時(shí)降低到最低限度，有效的滿足了實(shí)時(shí)性要 求。二、卩C/OSII嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式操作系統(tǒng)卩C/OSI是專為微控制器系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)而設(shè)計(jì)的公開(kāi)源代碼的 搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，是一段微控制器啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序，

7、 它作為整個(gè)系統(tǒng)的框架貫穿系統(tǒng)運(yùn)行的始終。對(duì)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求很高的數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)而言，引入嵌入式操作系統(tǒng)卩C/OSI無(wú)疑將大大改善其性能。卩C/OSI的特點(diǎn)主要有：公開(kāi)源代碼、代碼結(jié)構(gòu)清晰明了、注釋詳盡、組織有條 理、可移植性好、可裁剪、可固化。內(nèi)核屬于搶占式，最多可以管理60個(gè)任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)任務(wù)的靈活切換、故障診斷、創(chuàng)建與撤銷(xiāo)。由于各個(gè)任務(wù)獨(dú)立運(yùn)行， 互不干擾，當(dāng)某個(gè)任務(wù)由于外界突發(fā)干擾而運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)，系統(tǒng)可以迅速自行診斷 該任務(wù)，撤銷(xiāo)和重建運(yùn)行，不會(huì)導(dǎo)致其他任務(wù)功能的錯(cuò)誤調(diào)用和整體程序的運(yùn)行 紊亂，有效的降低了故障率，提高了抗干擾能力和穩(wěn)定性能。同時(shí)， 卩C/OSI按 時(shí)間片管理處理器的運(yùn)行

8、，可在某任務(wù)因等待事件觸發(fā)而空閑時(shí)，分配其它任務(wù) 的運(yùn)行，有效的提高了程序的運(yùn)行效率，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性。在XK3190-DS2設(shè)計(jì)中，通訊、打印、顯示、重量數(shù)據(jù)處理等功能均形成獨(dú)立的 任務(wù)，按照各自的時(shí)間片協(xié)調(diào)運(yùn)行，運(yùn)行效率和實(shí)時(shí)性得到了較好的體現(xiàn)。卩C/OSI自1992年的第一版（卩C/OS以來(lái)已經(jīng)有數(shù)百個(gè)成功應(yīng)用案例，是一個(gè) 經(jīng)實(shí)踐證明好用且穩(wěn)定可靠的內(nèi)核。目前國(guó)內(nèi)對(duì)卩C/OSI的研究和應(yīng)用都比較成熟。三、儀表工作原理由數(shù)字汽車(chē)衡儀表、數(shù)字模塊、模擬傳感器、秤臺(tái)聯(lián)接組成獨(dú)立的稱重系統(tǒng)。目 前XK3190-DS2儀表兼容德國(guó)HBM、蘇州僅一、上海耀華數(shù)字模塊協(xié)議，也可 按照用戶的特殊需

9、求擴(kuò)展專用協(xié)議。工作時(shí)，安裝在秤臺(tái)下的模擬傳感器將重量 轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號(hào)，數(shù)字模塊對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣、濾波，并通過(guò)高性能A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，微處理器根據(jù)儀表通訊指令將該數(shù)字信號(hào)進(jìn)一步處理后依 照相關(guān)的通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送給儀表。儀表定時(shí)接受多達(dá)16個(gè)數(shù)字模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)字濾波、累加處理和四角修 正，計(jì)算出最終的重量數(shù)據(jù)并顯示出來(lái)，并可根據(jù)用戶對(duì)儀表的操作進(jìn)行重量數(shù) 據(jù)的毛重凈重處理、記錄存儲(chǔ)、查詢、刪除、累計(jì)、打印、上位機(jī)通訊以及外接 大屏幕顯示。四、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)儀表的結(jié)構(gòu)示意如圖3,高性能ARM處理器LPC2214和128K字節(jié)靜態(tài)RAM， 32K 字節(jié) E2PROM組成最小系統(tǒng)，

10、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算，存儲(chǔ)與掉電保護(hù)等核心功能。其他外圍部件與 接口實(shí)現(xiàn)儀表功能的擴(kuò)展。儀表可實(shí)現(xiàn)外接打印、外接大屏幕顯示、上位機(jī)通訊 等功能，并預(yù)留多個(gè)通用I/O 口和SPI 口提供用戶特殊功能的擴(kuò)展，如可擴(kuò)充 420mA電流環(huán)模塊、模擬A/D轉(zhuǎn)換模塊、繼電器開(kāi)關(guān)量輸出、外接熱敏打印機(jī) 等。儀表采用開(kāi)關(guān)電源，電壓范圍110V220V,頻率50Hz60Hz,可有效避免因電網(wǎng) 電壓不穩(wěn)定、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境對(duì)電源線的干擾以及不同國(guó)家電網(wǎng)差異帶來(lái)的問(wèn) 題；同時(shí)由于電源效率高，有效的降低了能耗。儀表還預(yù)留24V直流電源接口，方便用戶在特殊場(chǎng)合的運(yùn)用。儀表主板采用4層板設(shè)計(jì)，電源線路由自恢復(fù)保險(xiǎn)絲提供過(guò)流保護(hù)

11、，在關(guān)鍵的對(duì) 外接口（如通訊口、外接打印口）上提供防雷管和瞬變抑制二極管保護(hù)，保證了 良好的板級(jí)抗干擾性能。儀表采用5V供電的25604點(diǎn)陣進(jìn)口 VFD顯示模塊或24004點(diǎn)陣LCD顯示模 塊，配備防水不銹鋼機(jī)殼，整體設(shè)計(jì)大氣美觀。圖3儀表結(jié)構(gòu)示意圖五、軟件界面設(shè)計(jì)憑借嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)強(qiáng)大的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力，在確保稱重?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確處理的基 礎(chǔ)上，XK3190-DS2除了繼承上海耀華以往汽車(chē)衡儀表各項(xiàng)功能設(shè)置外，更專注 于漢字顯示界面設(shè)計(jì)和人機(jī)交互操作，采用類(lèi)似手機(jī)操作界面的滾動(dòng)菜單條式風(fēng) 格、數(shù)字/英文/拼音/符號(hào)四位一體輸入法，提供了豐富的操作提示和故障診斷， 體現(xiàn)了中高檔儀表人性化、智能化、操

12、作簡(jiǎn)便化的特點(diǎn)。4。1 .多列滾動(dòng)菜單條式設(shè)計(jì)儀表擴(kuò)展了菜單選取的二維化效果，方便用戶進(jìn)行菜單功能的調(diào)用，如圖打印設(shè)置 通訊設(shè)置 Will間設(shè)世 R期/時(shí)間顯示顯示屏對(duì)比度貨號(hào)使能牟號(hào)使能+ 3 Jiff t鐐?cè)薐稱認(rèn)打卬設(shè)置 通訊設(shè)置H期/時(shí)間設(shè)置H期/時(shí)間顯示顯示屏對(duì)比度 貨號(hào)使能 車(chē)號(hào)使能【+】選丼t輸人J隔認(rèn)圖4菜單選擇界面圖中“ +”示方向鍵，反白顯示表示當(dāng)前選取的菜單條。使用【】、【】方T】、【向鍵可實(shí)現(xiàn)菜單條的橫向選取，并自動(dòng)切換全屏菜單顯示內(nèi)容；使用【1231零點(diǎn)跟蹤范m設(shè)置值：0,5 c（町輸入0045每0.5 一檔）【一】返冋【輸入】確認(rèn)J方向鍵可實(shí)現(xiàn)菜單條的縱向選取，并自

13、動(dòng)實(shí)現(xiàn)相鄰列菜單條的切換和換屏顯 示。同時(shí)，橫向選取和縱向選取可交叉進(jìn)行，方便的遍歷所有的菜單項(xiàng)。2.豐富的參數(shù)設(shè)置提示儀表本著 可脫離說(shuō)明書(shū)操作”的設(shè)計(jì)理念，在用戶設(shè)置每一個(gè)參數(shù)時(shí)提供豐富的 說(shuō)明文字，如參數(shù)輸入范圍、輸入內(nèi)容的說(shuō)明等，有效的減少誤操作。界面設(shè)計(jì) 如圖5，波特率123設(shè)置值：1200 b/s(輸入 6004200,24004800600)返趴t輸入】確認(rèn)圖5參數(shù)設(shè)置界面3.豐富的記錄查詢與刪除功能汽車(chē)衡儀表對(duì)稱重記錄的管理要求較高，不僅要求能夠快速存儲(chǔ)，還要求實(shí)現(xiàn)記 錄的快速查詢和刪除。XK3190-DS2充分發(fā)揮了其大屏幕漢字顯示和嵌入式操作系統(tǒng)管理優(yōu)勢(shì)，不僅可以快速貯存最

14、多 1000個(gè)車(chē)牌號(hào)和皮重、1000個(gè)貨物名 稱、1000組稱重記錄，還能方便的按車(chē)牌號(hào)、按貨物名稱、按日期查詢和刪除稱 重記錄以及快速檢索車(chē)牌號(hào)、貨物名稱和超載記錄。其界面設(shè)計(jì)如圖6。按LI期檢查 按車(chē)號(hào)檢査 按貨號(hào)檢杳檢杳記釆車(chē)號(hào)檢杏記錄貨號(hào) 檢査超戯記錄0001/003006/04/1212:32:30車(chē)號(hào)：鄂Ai2345貨號(hào)：優(yōu)質(zhì)鋼材 毛重：2000 kg 皮汞；50 kg 凈幣;：1950 kg【丨】翻貞按時(shí)間刪除 按車(chē)號(hào)刪除 按貨兮刪除 刪除全部記錄 【丁】鉀輸入】碗認(rèn)1123記錄日期設(shè)置值：06/04/12 （輸入欲査看記錄的H期）【一】返冋t輸入】確認(rèn)記錄分類(lèi)檢查界面 按日期查

15、詢界面 稱重記錄顯示界面記錄分類(lèi)刪除界面 圖6記錄的查詢與刪除界面貨物第稱1231設(shè)置值：1代侶：1（輸入貨物的名稱）【一】返回t輸入】確認(rèn)4 混合輸入法7。儀表采用數(shù)字/英文/拼音/符號(hào)混合輸入法，其操作方式類(lèi)同于時(shí)下手機(jī)流行的 T9 輸入法，只要熟悉手機(jī)短信的輸入方式即可迅速上手，更好的迎合了用戶的操作 習(xí)慣。其中拼音輸入法具有多音字檢索功能，有效的提高了漢字輸入效率。儀表 設(shè)立獨(dú)立的【輸入法】按鍵，可方便的實(shí)現(xiàn)輸入法的切換。界面設(shè)計(jì)如圖貨物塔稱abc設(shè)置值：lAd代碼：1（輸入貨物的名稱）1-1返冋輸入】確認(rèn)貨物名稱ABC1設(shè)置ffi： 1A代碼：1（輸入貨物的輕稱）t一】返回【輸入】確

16、認(rèn)輸入數(shù)字輸入大寫(xiě)字母貨物傘稱【拼音】設(shè)置值：lAd世代碼：1（輸入貨物的名稱）【一】返冋t輸入】確認(rèn)貨物名稱時(shí)并音】設(shè)置值：lAd代碼：1ba ca八黑爸芭捌叭吧疤巴拔跋靶把耙壩輸入小寫(xiě)字母輸入拼音選擇漢字貨物名稱J!l設(shè)置值：lAd芭*代碼：1（輸入貨物的名稱）已輸入漢字選擇輸入符號(hào)圖7輸入界面 輸入數(shù)字時(shí)，直接按對(duì)應(yīng)數(shù)字鍵完成輸入； 輸入大小寫(xiě)英文字母時(shí)，按對(duì)應(yīng)字母鍵切換需要的字母，間隔1秒鐘后可輸入下一個(gè)字母；拼音輸入時(shí)，直接按漢字拼音序列對(duì)應(yīng)的字母鍵，儀表智能匹 配符合條件的拼音串，按【T】、；!鍵選擇正確的拼音串，按【】、【】鍵選擇合適的漢字，按【輸入】 鍵完成輸入。符號(hào)輸入時(shí)，直接按【】、【】鍵選擇合適的符號(hào)，按【輸入】鍵完成輸 入。為方便用戶避開(kāi)輸入法操作，快捷調(diào)用已存儲(chǔ)的車(chē)號(hào)、貨號(hào)等信息，儀表專門(mén)設(shè)置 了快捷碼功能，如圖7代碼欄，輸入時(shí)直接輸入對(duì)應(yīng)的代碼，儀表自動(dòng)調(diào)用該代 碼對(duì)應(yīng)的信息并顯示。代碼一一對(duì)應(yīng)的車(chē)號(hào)、貨號(hào)信息