基于μC／OS―II操作系统的数据采集控制系统

摘要：为了满足自动灌溉施肥的要求，开发了一款数据采集控制系统。以ARM处理器为核心，设计了数据采集和控制模块。各模块之间通过485总线连接，采用标准的MODBUS协议通信。根据系统软硬件环境定制了μC／OS―II操作系统和文件系统。该系统实现了多任务的有效调度，大容量的数据存储以及远程网络访问。此系统已经应用于灌溉施肥的控制，并且能够根据用户的设置很好的完成施肥任务。
关键词：数据采集；ARM；RS485；Modbus；C／OS―II；文件系统

O 引言
随着计算机技术、电子技术和控制技术的发展，智能化、自动化、精确化的灌溉和施肥技术正逐渐取代传统的灌溉方式。在施肥过程中，需要在线检测肥料溶液的酸碱度和电导率以及灌溉压力、管道流量等，然后根据这些参数来控制电磁阀和水泵的运行达到自动灌溉施肥的目的。目前，常用的数据采集控制系统都是为某一实际应用而设计的，通用性和可扩展性差、数据存储能力不足，价格昂贵。因此基于周立功公司的ARM7核心板设计了一种通用的数据采集控制系统，并且已经应用到自动灌溉施肥系统中，能够满足稳定性，实时性以及大容量的数据存储的要求。该数据采集控制系统采用模块化设计，可以很方便的扩展和剪裁模块，同时只要对软件进行少量修改就可以方便的移植到其它应用系统中。

1 系统总体设计
系统总体结构框图如图1所示。系统采用LPC2220工业级ARM7微控制器，内嵌μC／0S―II实时操作系统，支持10M以太网(工业级)、CF卡接口、USB主机控制器、板载电子硬盘FOB(Flash On Board)、A／D转换、低功耗RTC等功能。核心模块与各采集控制模块之间采用具有光电隔离的RS485通讯接口。基于RS485总线的数据采集控制模块，可实现对电压、电流、脉冲／频率、状态量等各种类型信号的采集和开关量控制，以满足设施环境内各种传感器数据的采集和执行机构的智能化控制。通过系统硬件扩展和软件开发，可完整地实现数据采集、存储、报警、设备控制、智能管理、报表统计等通用功能，满足各种设施环境的智能控制与管理。

2 硬件设计
2．1 MiniARM工控模块
MiniARM工控模块主要由LPC2220(ARM7TDMI)微控制器、程序存储器、数据存储器、工业级以太网控制器CS8900A、USB Host控制器和NAND F1ash存储器组成。MiniARM工控模块接口图如图2所示。

同时工控模块有256M的板载电子盘，一个标准的外置RTC实时时钟(PCF8563)，2个UART控制器，一路高速I2C总线以及一路高速SPI总线等硬件资源。同时工控模块内嵌μC／OS―II实时操作系统，TCP／IP协议以及FAT32文件管理系统等。工控模块上的这些软硬件资源，可以很方便的实现远程网络访问，以及大容量的数据存储，满足我们的需要。
2．2．1 数据采集／控制模块设计
数据采集／控制模块的设计如图3所示，具有4个输入或输出通道，通过单片机实现数据采集与控制，与核心模块之间通过RS485总线实现通讯，采用光电隔离技术和内嵌工业标准的Modbus协议，有效增强通讯稳定性，通讯距离可延伸至1200米，总线驱动能力可达128个模块。