基于uC／OS-II的智能窗系統(tǒng)設(shè)計

 隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，智能窗已經(jīng)越來越多地被用到了現(xiàn)代智能化建筑中，他提供住戶一個安全、方便的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，在未來的幾年內(nèi)，安裝智能窗的用戶將不斷增加。本文討論了一種基于實時操作系統(tǒng)μC/OS-II的智能窗設(shè)計方法。

1系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)功能如下：手動按鈕開關(guān)窗戶;紅外遙控窗戶的開關(guān);雨天能夠自動把窗戶關(guān)閉;檢測到可燃?xì)怏w自動把窗戶打開;遇有盜情，會發(fā)出刺耳的報警聲，把窗戶關(guān)閉，并發(fā)送一條短消息給住戶。

2硬件設(shè)計

CPU的選擇是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵所在。本系統(tǒng)的CPU采用了ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機(jī)。主要基于以下幾點考慮;相比其他CPU價格便宜;經(jīng)過擴(kuò)展后可以移植操作系統(tǒng)μC/OS-II;51單片機(jī)在國內(nèi)研究的較早，技術(shù)成熟。系統(tǒng)還包括電源、存儲、按鍵、煤氣、濕度、盜情、電機(jī)等基本模塊。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

3軟件設(shè)計

3.1 μC/OS-II簡介

μC/OS-II是一個可移植(portable)、可固化的(rom-able)和占先式的(preemptive)實時內(nèi)核，最多可以管理64個任務(wù)。μC/OS-II的源代碼公開，絕大部分代碼使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSIC書寫，所以可以方便地移植到很多不同種類的處理器或控制器上。μC/OS-II中的任務(wù)包括休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起態(tài)和被中斷態(tài)5種狀態(tài)。

3.2軟件方案

3.2.1 設(shè)計思路簡介

本設(shè)計的軟件和以往設(shè)計的前后系統(tǒng)不同，采用了多任務(wù)機(jī)制來設(shè)計應(yīng)用程序。CPU對大多數(shù)事件的處理都是放在任務(wù)中完成，而各個任務(wù)都是由對應(yīng)的信號量激活的。信號量可以由任務(wù)或外中斷INT0來發(fā)送，各個任務(wù)和外中斷INT0之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2中的箭頭代表向相應(yīng)的任務(wù)發(fā)送相應(yīng)的信號量，箭頭的起始端為信號量發(fā)送方，箭頭的末端為信號量的接收方。

3.2.2系統(tǒng)任務(wù)和資源分配

μC/OS-II是一個實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以把系統(tǒng)軟件分割成多個任務(wù)，每個任務(wù)負(fù)責(zé)完成部分工作，系統(tǒng)功能由多個任務(wù)協(xié)作完成。任務(wù)分配方案的好壞將直接影響軟件的編寫的效率和性能。本系統(tǒng)的任務(wù)分配如表1所示。

在起始任務(wù)中建立了一系列信號量來協(xié)調(diào)各個任務(wù)的執(zhí)行，各信號量的作用如表2所示。

3.2.3 主要任務(wù)描述

首先建立一個主函數(shù)(main函數(shù))，在主函數(shù)中調(diào)用OSInit()函數(shù)初始化μC/OS-II，然后建立第一個任務(wù)(起始任務(wù))，最后調(diào)用OSStart()函數(shù)啟動多任務(wù)。當(dāng)然，在建立主函數(shù)之前必須定義各個任務(wù)的堆棧，系統(tǒng)的全局變量和相關(guān)宏。主函數(shù)的程序清單如下：

起始任務(wù)(StartTask) 是系統(tǒng)建立的第一個任務(wù)，他主要有3個功能：完成對定時器、外中斷0和串行口的初始化;建立系統(tǒng)所要用到的信號量;建立系統(tǒng)的其他任務(wù)。

起始任務(wù)部分程序清單如下：

電機(jī)開窗任務(wù)(openwintask) 在電機(jī)開窗任務(wù)中首先等待信號量sem_open。該信號量是由煤氣處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)和手動開窗任務(wù)發(fā)送的。如果其他任務(wù)發(fā)送了該信號量，程序就設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，并控制p3.4送出電機(jī)轉(zhuǎn)動脈沖，直到窗戶被打開。

電機(jī)關(guān)窗任務(wù)(closewintask) 該任務(wù)必須在信號量sem open有效時才會被激活。信號量sere_open有下雨處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)和手動關(guān)窗任務(wù)發(fā)送。