物聯(lián)網(wǎng)嵌入式技術(shù)課件：智能家居防盜系統(tǒng)

智能住宅防盜系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式技術(shù)項(xiàng)目引導(dǎo)案例現(xiàn)在的一些新興的智能家居防盜系統(tǒng)減少了延時(shí)漏報(bào)的情況。當(dāng)檢測(cè)到有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，會(huì)通過(guò)手機(jī)進(jìn)行提醒，通過(guò)手機(jī)可以查看報(bào)警區(qū)域的狀況，或者是通過(guò)攝像頭進(jìn)行查看。這樣用戶就可以及時(shí)獲取家庭的安全狀況，確保了家庭住宅的安全。生活中有哪些常見(jiàn)防盜報(bào)警設(shè)備？項(xiàng)目引導(dǎo)案例哪些傳感器可以用于家庭防盜檢測(cè)？項(xiàng)目引導(dǎo)案例壓電傳感器人體紅外傳感器位移傳感器超聲波傳感器生活中有哪些常見(jiàn)的智能安防報(bào)警系統(tǒng)？項(xiàng)目引導(dǎo)案例實(shí)現(xiàn)RTOS操作系統(tǒng)任務(wù)一職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02知識(shí)鏈接03任務(wù)準(zhǔn)備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一實(shí)現(xiàn)RTOS操作系統(tǒng)了解常見(jiàn)的FreeRTOS等常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)；掌握FreeRTOS系統(tǒng)的配置。能根據(jù)RTOS相關(guān)手冊(cè)，利用STM32CubeMX準(zhǔn)確配置STM32的操作系統(tǒng)能夠在配置的RTOS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，配置串口，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示職業(yè)能力目標(biāo)01知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02知識(shí)鏈接03任務(wù)準(zhǔn)備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一實(shí)現(xiàn)RTOS操作系統(tǒng)

某公司為了市場(chǎng)需要準(zhǔn)備研發(fā)一款智能防盜系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)討論與成本需求，決定使用STM32系列單片機(jī)，為了進(jìn)行多種傳感器數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，準(zhǔn)備使用RTOS操作系統(tǒng)。本項(xiàng)目是一個(gè)綜合性的項(xiàng)目，主要分成三個(gè)部分，任務(wù)一主要是配置RTOS實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的串口任務(wù)。任務(wù)描述：任務(wù)要求：通過(guò)STM32CubeMX軟件進(jìn)行RTOS操作系統(tǒng)的安裝與配置實(shí)現(xiàn)單任務(wù)的串口數(shù)據(jù)輸出02任務(wù)描述與要求職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02知識(shí)鏈接03任務(wù)準(zhǔn)備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一實(shí)現(xiàn)RTOS操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)FreeRTOS任務(wù)

2303知識(shí)鏈接智能安防防盜系統(tǒng)1智能安防防盜系統(tǒng)03智能安防報(bào)警系統(tǒng)是同家庭的各種傳感器、功能鍵、探測(cè)器及執(zhí)行器共同構(gòu)成家庭的安防體系，是家庭安防體系的"大腦"。報(bào)警功能包括防火、防盜、煤氣泄露報(bào)警及緊急求助等功能，報(bào)警系統(tǒng)采用先進(jìn)智能型控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、由微機(jī)管理控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)匪情、盜竊、火災(zāi)、煤氣、緊急求助等意外事故的自動(dòng)報(bào)警。智能安防防盜系統(tǒng)03智能安防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成：3探測(cè)器2功能鍵1各種傳感器4執(zhí)行器思考一下，智能安防報(bào)警系統(tǒng)可以由哪些設(shè)備構(gòu)成？智能安防防盜系統(tǒng)03報(bào)警功能包括：防盜緊急求助防火煤氣泄露報(bào)警思考一下，智能安防報(bào)警系統(tǒng)可以有哪些報(bào)警功能？智能安防防盜系統(tǒng)03智能化安防系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成：A主要包括門(mén)禁B報(bào)警C監(jiān)控思考一下，智能安防報(bào)警系統(tǒng)有哪些子系統(tǒng)？智能安防防盜系統(tǒng)03智能化安防技術(shù)的主要內(nèi)涵：數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理相關(guān)內(nèi)容和服務(wù)的信息化圖象的傳輸和存儲(chǔ)思考一下，智能安防報(bào)警系統(tǒng)有哪些技術(shù)？智能安防防盜系統(tǒng)03智能化安防報(bào)警系統(tǒng)的子系統(tǒng)：思考一下，智能安防報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)包含哪些報(bào)警子系統(tǒng)？010203040506防盜報(bào)警系統(tǒng)01視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)02出入口控制報(bào)警系統(tǒng)03保安人員巡更報(bào)警系統(tǒng)04GPS車(chē)輛報(bào)警管理系統(tǒng)05110報(bào)警聯(lián)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)06智能安防防盜系統(tǒng)03智能化安防報(bào)警系統(tǒng)的分類(lèi)：思考一下，智能安防報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)怎樣分類(lèi)？防盜報(bào)警系統(tǒng)分為周界防衛(wèi)建筑物區(qū)域內(nèi)防衛(wèi)單位企業(yè)空曠區(qū)域內(nèi)防衛(wèi)單位企業(yè)內(nèi)實(shí)物設(shè)備器材防衛(wèi)嵌入式操作系統(tǒng)FreeRTOS任務(wù)

2303知識(shí)鏈接智能安防防盜系統(tǒng)1嵌入式操作系統(tǒng)介紹03

小組討論：1.大家知道哪些操作系統(tǒng)？2.這些系統(tǒng)有什么作用？用在哪？嵌入式操作系統(tǒng)介紹03AndroidLinuxIOSWindowsEOS負(fù)責(zé)嵌人系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過(guò)裝卸某些模塊來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。嵌入式操作系統(tǒng)介紹嵌入式操作系統(tǒng)EOS（EmbeddedOperatingSystem）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過(guò)去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國(guó)防系統(tǒng)領(lǐng)域。031嵌入式操作系統(tǒng)介紹STM32常見(jiàn)的操作系統(tǒng)2嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)介紹操作系統(tǒng)最基本的功能：任務(wù)調(diào)度同步機(jī)制中斷處理文件功能143203思考一下，操作系統(tǒng)應(yīng)該有哪些功能？嵌入式操作系統(tǒng)介紹可裝卸性強(qiáng)實(shí)時(shí)性統(tǒng)一的接口操作方便、簡(jiǎn)單提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性321456固化代碼7EOS嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)03思考一下，嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)該有哪些特點(diǎn)或優(yōu)勢(shì)？1嵌入式操作系統(tǒng)介紹STM32常見(jiàn)的操作系統(tǒng)2嵌入式操作系統(tǒng)STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)03

小組討論：1.大家知道哪些STM32的操作系統(tǒng)？2.這些系統(tǒng)有什么作用？STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)RT-thread3124μC/OS-IIeCosFreeRTOS031.μC/OS-Ⅱ03μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)介紹功能特點(diǎn)STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)03μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)介紹功能特點(diǎn)μC/OS-II是在μC/OS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的一個(gè)結(jié)構(gòu)小巧、搶占式的多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核。STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)1.μC/OS-Ⅱ03μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)介紹功能特點(diǎn)任務(wù)調(diào)度與管理內(nèi)存管理任務(wù)間同步與通信時(shí)間管理中斷服務(wù)STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)1.μC/OS-Ⅱ03μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)介紹功能特點(diǎn)執(zhí)行效率高占用空間小實(shí)時(shí)性能優(yōu)良擴(kuò)展性強(qiáng)STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)1.μC/OS-Ⅱ2.eCOSeCos，即嵌入式可配置操作系統(tǒng)。它是一個(gè)源代碼開(kāi)放的可配置、可移植、面向深度嵌入式應(yīng)用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。03STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)03STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)2.eCOS3.FreeRTOSFreeRTOS操作系統(tǒng)是完全免費(fèi)的操作系統(tǒng)，具有源碼公開(kāi)、可移植、可裁減、調(diào)度策略靈活的特點(diǎn)，可以方便地移植到各種單片機(jī)上運(yùn)行。03FreeRTOS功能算法不足STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號(hào)量、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。03FreeRTOS算法不足功能STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)3.FreeRTOSFreeRTOS內(nèi)核支持優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，每個(gè)任務(wù)可根據(jù)重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。03FreeRTOS功能不足STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)3.FreeRTOSFreeRTOS內(nèi)核同時(shí)支持輪換調(diào)度算法，系統(tǒng)允許不同的任務(wù)使用相同的優(yōu)先級(jí)，在沒(méi)有更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)就緒的情況下，同一優(yōu)先級(jí)的任務(wù)共享CPU的使用時(shí)間。算法1.FreeRTOS只提供了消息隊(duì)列和信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)，無(wú)法以后進(jìn)先出的順序向消息隊(duì)列發(fā)送消息。03FreeRTOS功能算法STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)3.FreeRTOS2.FreeRTOS只是一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核，需外擴(kuò)第三方的GUI(圖形用戶界面)、TCP/IP協(xié)議棧、FS(文件系統(tǒng))等才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)不足4.RT-threadRT-Thread是一款主要由中國(guó)開(kāi)源社區(qū)主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的開(kāi)源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(許可證GPLv2)。實(shí)時(shí)線程操作系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)單一的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它也是一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)。03STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)03TCP/IP協(xié)議棧01RT-Thread構(gòu)成：文件系統(tǒng)libc接口圖形用戶界面等020304STM32常見(jiàn)操作系統(tǒng)4.RT-thread嵌入式操作系統(tǒng)FreeRTOS任務(wù)2303知識(shí)鏈接智能安防防盜系統(tǒng)1

在使用RTOS的時(shí)候一個(gè)實(shí)時(shí)應(yīng)用可以一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都有自己的運(yùn)行環(huán)境，CPU在任一時(shí)間點(diǎn)只能運(yùn)行一個(gè)任務(wù)，具體運(yùn)行哪一個(gè)任務(wù)將由任務(wù)調(diào)度器決定。FreeRTOS任務(wù)03FreeRTOS任務(wù)03任務(wù)調(diào)度器將會(huì)不斷的開(kāi)啟和關(guān)閉任務(wù)，任務(wù)無(wú)需了解RTOS調(diào)度器的行為，RTOS調(diào)度器的功能是確保一個(gè)任務(wù)在開(kāi)始執(zhí)行的時(shí)候與上一次退出的時(shí)候的運(yùn)行環(huán)境相同（寄存器值、堆棧內(nèi)容等），這就是上下文切換RTOS每一個(gè)任務(wù)都擁有自己獨(dú)立的堆棧，當(dāng)任務(wù)發(fā)生切換時(shí)任務(wù)調(diào)度器就會(huì)將其上下文環(huán)境保存在堆棧中，等到該任務(wù)拿到CPU的使用權(quán)時(shí)再?gòu)钠涠褩Ｖ腥〕鏊４娴纳舷挛沫h(huán)境，繼續(xù)運(yùn)行該任務(wù)。FreeRTOS任務(wù)03RTOS的任務(wù)特性：01020304任務(wù)簡(jiǎn)單沒(méi)有使用限制，任務(wù)可以運(yùn)行無(wú)數(shù)次支持搶占和優(yōu)先級(jí)每個(gè)任務(wù)都擁有獨(dú)立的堆棧，導(dǎo)致RAM必須較大職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02知識(shí)鏈接03任務(wù)準(zhǔn)備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一實(shí)現(xiàn)RTOS操作系統(tǒng)設(shè)備資源：序號(hào)設(shè)備/資源名稱數(shù)量是否準(zhǔn)備到位（√）1STM32F103VET6模塊12配書(shū)資源1任務(wù)一實(shí)現(xiàn)RTOS操作系統(tǒng)思考一下，此次任務(wù)會(huì)用到哪些設(shè)備資源呢？職業(yè)能力目標(biāo)01任務(wù)描述與要求02知識(shí)鏈接03任務(wù)準(zhǔn)備04任務(wù)實(shí)施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一實(shí)現(xiàn)RTOS操作系統(tǒng)燒寫(xiě)程序205任務(wù)實(shí)施添加代碼1添加代碼1進(jìn)行STM32CubeMX配置添加代碼包23添加代碼程序4編譯代碼進(jìn)行STM32CubeMX配置（1）打開(kāi)STM32CubeMX，選擇NewProject進(jìn)入芯片選擇界面（2）在搜索欄輸入stm32f103ve，右側(cè)會(huì)出現(xiàn)STM32F103VE的芯片，選擇LQFP封裝的，雙擊進(jìn)入芯片配置界面。（3）點(diǎn)擊SystemCore->RCC，HighSpeedClock（HSE）和LowSpeedClock（LSE）都選擇Crystal/CeramicResonator。05進(jìn)行STM32CubeMX配置（4）點(diǎn)擊SYS，TimebaseSource選擇TIM105進(jìn)行STM32CubeMX配置BaudRate選擇115200Bit/s，DataDirection選擇ReceiveandTransmit，然后點(diǎn)擊NVICSettings，勾選USART1globalinterrupt，使能串口中斷。05MODE選擇Asynchronous，（5）點(diǎn)擊Connectivity->USART1,配置串口1進(jìn)行STM32CubeMX配置（6）點(diǎn)擊Middleware->FREERTOS，05Configparameters的Memorymanagementsettings的TOTAL_HEAP_SIZE改為4096BytesMode的Interface選擇CMSIS_V1，進(jìn)行STM32CubeMX配置（7）點(diǎn)擊TasksandQueues雙擊Tasks列表里的DefaultTask進(jìn)行Task設(shè)置05將TasksName名字設(shè)置為UsartTask1，再將EntryFunction名字設(shè)置為UsartTask1進(jìn)行STM32CubeMX配置（8）點(diǎn)擊ClockConfiguration進(jìn)行如下圖的時(shí)鐘配置05進(jìn)行STM32CubeMX配置（9）點(diǎn)擊ProjectManager，點(diǎn)擊Project設(shè)置文件名和保存的位置，Toolchain/IDE選擇MDK_ARM。（10）對(duì)CodeGenerator中進(jìn)行配置。（11）最后點(diǎn)擊右上角的GENERATECODE生成初始化代碼。05添加代碼1進(jìn)行STM32CubeMX配置添加代碼包23添加代碼程序4編譯代碼添加代碼包本次操作只用到串口，不需要添加代碼包。單擊編譯按鈕開(kāi)始編譯，若0個(gè)錯(cuò)誤表示編譯通過(guò)。05添加代碼1進(jìn)行STM32CubeMX配置添加代碼包23添加代碼程序4編譯代碼添加代碼程序雙擊main.h，在添加頭文件出添加頭文件“#include<stdio.h>”05點(diǎn)擊Application/User前的加號(hào)，然后點(diǎn)擊main.c前的加號(hào)添加代碼程序雙擊usart.c，在/*USERCODEBEGIN1*/和/*USERCODEEND1*/之間添加如下代碼，實(shí)現(xiàn)fputc（）函數(shù)05添加代碼程序雙擊freertos.c，在StartUsartTask1(voidconst*argument)函數(shù)的for(;;)循環(huán)內(nèi)添加代碼05添加代碼1進(jìn)行STM32CubeMX配置添加代碼包23添加代碼程序4編譯代碼編譯代碼05代碼添加完成后單擊“重新編譯”按鈕完成編譯確保編譯準(zhǔn)確無(wú)錯(cuò)誤燒寫(xiě)程序205任務(wù)實(shí)施添加代碼1燒寫(xiě)程序1硬件環(huán)境搭建固件下載23結(jié)果驗(yàn)證硬件環(huán)境搭建本次實(shí)驗(yàn)只用到了STM32F103的核心板，沒(méi)有用到其他的外部設(shè)備，只有NEWLab設(shè)備與電腦端的串口通訊，不需要進(jìn)行硬件環(huán)境搭建。05燒寫(xiě)程序1