基于甲醛监测的智能仪表设计.doc

1、目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究方案21.3 智能仪表模块的设计思路与主要工作32 模块总体结构和的设计42.1 系统总的构成原理42.2 智能仪表的总体设计原则53 系统的硬件设计63.1 智能仪表的总体设计63.1.1 Mini2440开发平台73.2 甲醛HCHO电化学传感器简介193.3 甲醛HCHO监测电路的设计204 系统的软件设计214.1 C/OS-II实时操作系统214.1.1 C/OS-II实时操作系统的性能特点224.1.2 C/OS-II微小内核234.2 C/OS-II实时操作系统的移植254.3 任务设计294.3.1

2、任务总体设计294.3.2 各个任务具体实现和流程30结束语38致谢40参考文献41基于甲醛监测的智能仪表设计基于甲醛监测的智能仪表设计摘 要本文简要的分析了嵌入式系统的发展情况。提出了一种基于ARM处理器平台和C/OS-II的智能家居室内甲醛监测和报警系统。该系统可以对室内甲醛含量进行实时监控来反映室内居住环境，并且在室内甲醛含量超标（甲醛浓度超过0.08毫克立方米）时及时进行报警通知家人采取措施以改变家居环境。智能仪表的总体设计大致可分为硬件设计和软件设计两个部分。在硬件设计上采用主板和副板的两块电路板的设计。其中主板主要基于mini2440开发平台，副板主要有甲醛传感器和运算放大器构成，

3、主副板的连接通过mini2440的A/D转换接口进行连接。在软件设计上主要基于C/OS-II的实时操作系统。采用多任务管理，使系统运行高效、实时。本系统软件主要基于C/OS-II的多任务调度和中断管理。硬件和软件的设计使整个系统具有通用性、实时性、多功能和低功耗等特点。本系统是针对室内甲醛监测而设计的。经过现场安装和调试表明，该系统具有实时、监测可靠，低功耗等特点，可广泛地使用于家庭和办公室等。为防止人体甲醛中断提供可靠保证。 关键词 嵌入式/C/OS-II/多任务调度/实时性/智能Monitoring of formaldehyde-based design of intelligent i

4、nstrumentsABSTRACTThis brief analysis of the embedded system development. Proposed based on ARM processor platform and C / OS-II of the smart home indoor formaldehyde monitoring and alarm systems. The system can monitor the indoor formaldehyde content in real time to reflect the interior living envi

5、ronment, and excessive levels of indoor formaldehyde (formaldehyde concentrations above 0.08 mg / cubic meter) when the alarm in time to take measures to inform the family to change the home environment. The overall design of intelligent instruments can be divided into hardware and software design i

6、n two parts. Board in the hardware design and sub-panels with two circuit board design. Which motherboard is based on mini2440 development platform, sensors and vice moderators have formaldehyde operational amplifiers, main board connect through mini2440 the A / D conversion interface to connect. In

7、 the software design is mainly based on C / OS-II real-time operating system. Multi-task management, allowing the system to run efficiently, in real time. The system software is based on C / OS-II multi-task scheduling and interrupt management. Hardware and software design so that the whole system i

8、s universal, real-time, multi-functional and low power consumption.The system is designed to monitor indoor formaldehyde. After on-site installation and commissioning show that the system with real-time monitoring, reliable, low power consumption, can be widely used in home and office. To prevent th

9、e interruption of a reliable guarantee of human formaldehyde. KEY WORDS: Embedded / m C/OS-II / mini2440 / Formaldehyde SensorIII 1 绪论 1.1 课题背景智能仪表建立在微电子技术发展的基础上，超大规模集成电路的嵌入，将CPU、存储器、A/D转换、输入/输出等功能集成在一块芯片上，甚至将PID控制组件也置入其中。加之现场总线的应用，智能仪表与控制系统之间的数字通讯将替代以往的模拟传递，大大提高了精度和可靠性，避免了模拟信号在传输过程中的衰减，长期难以解决的干扰问题得

10、到解决。此外，由于数字通讯，节省了大量电缆、安装材料和安装费用。智能仪表及其技术的发展历经以模拟技术为特征的电动单元组合仪表、以数模混合技术为特征的DDZ-S系列仪表的开发后，1983年，美国霍尼韦尔公司向制造工业率先推出了新一代智能型压力变送器，这标志着模拟仪表向数字化智能仪表的转变。当时的这种智能变送器已具有高精度、远距离校验和灵活组态的特点，并告知用户：尽管初期购置费用较高，但会被较低的运行和维护费用所补偿。紧随其后的十年里，国外其他公司的智能压力变送器也陆续在一些生产线上被采用，它们包括：Rosemount、Foxboro、YOKOGAWA、Siemens、E&H、Bailey、Fuj

11、i和ABB等。但由于缺少高速的智能通讯标准、用户对于高精度监控要求并不突出、培训等服务机制相对薄弱，当时的智能应用并不乐观，只占到了约20%的市场。随着微电子、计算机、网络和通讯技术的飞速发展以及综合自动化程度的不断提高，目前广泛应用于工业自动化领域的智能仪表，其技术也同样在过去的二十多年里得到了迅猛的发展。目前国外智能仪表占据了国际应用市场的绝大比重，如何结合目前智能仪表的工业应用经验并快速跟踪国际智能前沿技术应用于我国智能仪表的开发研究成为振兴民族智能仪器仪表的一大突出问题。智能仪表有众多优势和特点。智能仪表在工业自动化领域的广泛应用得益于其突出的技术优势和特点，诸如其高稳定性、高可靠性、

12、高精度、易维护性。以智能变送器为例，智能仪表具备很多优点。精度高智能变送器具有较高的精度。利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。一般情况，精度为最大量程的0.1%，数字信号可达0.075%。功能强。智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。测量范围宽。普通变送器的量程比最大为10:1，而智能变送器可达40:1或100:1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。通信功能强。智能变

13、送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及变更。有的变送器具有模拟量和数字量两种输出方式(如HART协议)，为实现现场总线通讯奠定了基础。完善的自诊断功能。通过通信器可以查出变送器自诊断的故障结果信息。随着近年来人们对家居环境的要求不断提高，智能仪表慢慢应用于智能家居中，尤其，近年来人们对自己的居住环境日益关注。室内甲醛含量的多少更成为人们关注的焦点。众所周知，人们如果长期居住于甲醛含量超标（甲醛浓度超过0.08毫克立方米）的居室内会严重的影响到人体的身体健康。本系统正是基于此，将智能家居监测与智能仪

14、表结合而设计的应用型甲醛监测智能仪表。1.2 课题研究方案 本文设计的智能仪表主要基于Mini2440开发平台和C/OS-II的实时操作系统两个关键部分。系统以Mini2440开发平台的运算速度快，平台资源广泛，运行可靠和稳定为依托。把实时性强的C/OS-II移植于平台之上，设计多任务来实现甲醛的监测功能。总体的设计原则是要求仪表实现智能的甲醛监测和报警。这主要依赖于Samsung S3C2440处理器的高速特性，和C/OS-II的多任务调度机制。使得智能仪表有着快速，处理准确，实时性高等特点。智能仪表的总体设计大致可分为硬件设计和软件设计两个部分。系统硬件设计部分统硬件的设计上选用了mini

15、2440开发平台和甲醛sensor,主要有主板和副板构成系统。副板主要采用甲醛传感器和运算放大器的连接。主副版通过A/D连接，所以系统的硬件设计具有多功能、低功耗、速度快等特点。系统的软件部分设计是基于C/OS-II实时操作系统，把C/OS-II移植于mini2440开发平台上，用以管理多任务。充分发挥了数据检测和报警的实时性和速度快等优点。普通仪表不具有智能的特点。本系统通过移植C/OS-II来管理多任务从而实现仪表的智能的特点。本系统从任务所实现的功能不同，对任务进行划分。主要有以下任务：查询任务；LCD显示任务；蜂鸣器报警任务；故障记录保存任务。其中查询任务主要把A/D寄存器中甲醛检测的

16、得到的数据取回CPU中并进行甲醛超标判断。LCD显示任务分为两个，分别是：正常时的显示任务和报警时的显示任务。通过各个任务之间的协调工作使得整个仪表实现智能甲醛监测功能。与普通仪表的设计相比较，本文需要完成的主要任务包括以下两个方面：（1）基于Mini2440开发平台和甲醛传感器的智能仪表模块的硬件设计。（2）基于Mini2440开发平台的C/OS-II的移植，同时用标准C语言编写C/OS-II的各个任务。本文所设计的监测系统具有智能，可靠等特点。可以应用于普通家庭住房，也可以应用在高级场所酒店，会所等。本系统支持升级，可以通过移植TCP/IP协议来实现远程通信等众多功能。也可以通过软件的升级

17、实现智能家居系统（集监测和控制功能于一体）。1.3 智能仪表模块的设计思路与主要工作本文设计的智能仪表主要基于ARM处理器平台和C/OS-II的实时操作系统，通过采用一个甲醛传感器来采集室内空气中的甲醛含量，通过传感器连接运算放大器把放大后的模拟信号送入A/D进行转换。通过中断来产生报警信号。此外，通过C/OS-II的任务调度来管理多任务。例如显示任务、报警任务、关屏任务等等。使系统能够实时，准确的反应室内空气质量情况。通信模块的总体设计大致可分为硬件系统设计和软件系统设计两个部分,系统硬件的设计上选用了mini2440开发平台和甲醛sensor,主要有主板和副板构成系统。副板主要采用甲醛传感

18、器和运算放大器的连接。主副版通过A/D连接，所以系统的硬件设计具有多功能、低功耗、速度快等特点。系统的软件部分设计是基于C/OS-II实时操作系统，把C/OS-II移植于mini2440开发平台上，用以管理多任务。充分发挥了数据检测和报警的实时性和速度快等优点。主要工作有： (1)、设计甲醛传感器与运算放大器连接的甲醛检测电路。(2)、选用mini2440开发平台，并且连接好甲醛检测电路。(3)、软件设计，把C/OS-II裁剪移植于mini2440开发平台上，用来管理A/D、液晶屏、蜂鸣器等，通过c语言编程编写多任务。采用ADS1.2编译环境编译代码。(4)、对仪表系统可能的进一步优化进行探讨

19、，并使其能够适用于相似控制系统。2 模块总体结构和的设计2.1 系统总的构成原理本文设计的智能仪表主要用来实现室内甲醛含量的检测，并且在甲醛含量超标时及时报警。整体硬件模块主要有甲醛传感器、报警电路（Mini2440所带的蜂鸣器）、以及人机交互界面（Mini2440所带的LCD和按键）等。整个模块结构框图如图2.1所示。Mini2440开发平台甲醛检测电路按键蜂鸣器报警电路LCDC/OS-II多任务图2.1 智能仪表结构框图模块能够把检测到的信号先传入A/D，经A/D处理后传入处理器进行处理和判断。然后把结果返回液晶屏，同时通过任务执行相关操作。通过智能仪表的监测使家居环境适宜。 2.2 智能

20、仪表的总体设计原则对于本套系统设计是要体现出智能的特点，对于本套系统所谓智能主要体现在系统基于Mini2440开发平台，且有C/OS-II操作系统移植其上。在系统运行时可以实现任务的自动调用和实现，无需任何人工操作。可以实现智能的监测室内甲醛含量，并且超标是报警。其次本套系统在设计时首先要立足于系统所实现的功能（室内甲醛含量的监测）。针对系统所实现的功能进行硬件的设计和选择。在软件设计方面主要基于C/OS-II进行任务的编写和调动。通过任务的调度来达到智能的特点。仪表模块的总体设计大致可分为硬件设计和软件设计两个部分。在硬件设计上在达到功能要求上应尽可能的选用低功耗、体积小的电子元器件，并在软

21、件编程上实现任务的合理调度、并充分发挥硬件运算速度快等优势。3 系统的硬件设计系统硬件设计部分：系统硬件设计部分：智能仪表基于mini2440开发平台和甲醛传感器与运放电路，mini2440开发平台以ARM9为核心、并且集成了A/D、串口、GPIO、蜂鸣器、用户液晶等多个设备，以此搭建构成的硬件平台具备系统运行稳定、处理速度快、人机交互界面友善、多功能等优势。3.1 智能仪表的总体设计智能仪表的硬件总体设计主要分为两个部分主板电路的设计和副板电路的设计；其中，主板主要采用mini2440开发平台；副板主要有HCHO sensor和运算放大器构成。主副板主要通过A/D接口进行连接。整个系统呈现两

22、块板子的布局。完成了硬件的设计后主要就开始进行软件的设计工作。软件总体设计主要也可以分为两个部分。分别是：C/OS-II的移植和任务的设计。完成了软件的设计工作后，整个系统的设计工作基本完成了。然后，进行系统的试运行。整个系统的总体设计就基本完成了。其硬件电路原理框图如图3.1所示。Mini2440开发平台LCD按键蜂鸣器报警电路甲醛检测电路图3.1 智能仪表硬件电路原理框图3.1.1 Mini2440开发平台Mini2440是一款真正低价实用的ARM9开发板，是目前国内性价比最高的一款学习板；它采用Samsung S3C2440为微处理器，并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系

23、统运行时的稳定性。mini2440的PCB采用沉金工艺的四层板设计，专业等长布线，保证关键信号线的信号完整性，生产采器贴片，批量生产；出厂时都经过严格的质量控制，配合这本十分详细的手册，可以迅速帮你掌握嵌入式 Linux和WinCE开发的流程，只要有C语言基础的人一般2周即可入门。我们认为，嵌入式开发板不仅仅是一片可以看到“点亮LED灯或者LCD”的电路板，只要你赋予它丰富的灵魂-嵌入式软件，一切可以变得更加精彩，甚至可以重生，因此我们一直在不断的更新和加强嵌入式软件的开发，我们由衷地热爱嵌入式系统这个事业，并为此保持激情和追求完美，目前我们提供的Linux和WindowsCE 5.0/6.0

24、系统，在技术和功能上已经达到国内2440开发板中最高水平，它们各自的bootloader以及BSP均是100%开放的。Mini2440开发板结构图如图3.2所示。图3.2 Mini2440开发板结构图3.1.1.1 Mnini2440开发平台硬件资源特性(1). CPU处理器Samsung S3C2440A，主频400MHz，最高533Mhz(2). SDRAM 内存在板64M SDRAM，32bit 数据总线SDRAM ，时钟频率高达100MHz(3). FLASH 存储在板 256M/1GB Nand Flash, 掉电非易失(用户可定制64M/128M/256M/512M/1G)在板2M

25、 Nor Flash，掉电非易失，已经安装BIOS(4). LCD 显示板上集成4 线电阻式触摸屏接口，可以直接连接四线电阻触摸屏，支持黑白、4 级灰度、16 级灰度、256 色、4096 色STN 液晶屏，尺寸从3.5 到12.1 寸，屏幕分辨率可以达到1024x768 象素；支持黑白、4 级灰度、16 级灰度、256 色、64K 色、真彩色TFT 液晶屏，尺寸从3.5 寸到12.1 寸，屏幕分辨率可以达到1024x768 象素；标准配置为统宝3.5” 真彩LCD，分别率240x320，带触摸屏；(5). 接口和资源1 个100M 以太网RJ-45 接口(采用DM9000 网络芯片)；3 个

26、串行口；1 个USB Host；1 个USB Slave B 型接口；1 个SD 卡存储接口；1 路立体声音频输出接口，一路麦克风接口；1 个2.0mm 间距10 针JTAG 接口；4 USER Leds；6 USER buttons(带引出座)；1 个PWM 控制蜂鸣器； 1 个可调电阻，用于AD 模数转换测试；1 个I2C 总线AT24C08 芯片，用于I2C 总线测试；1 个2.0 mm 间距20pin 摄像头接口；板载实时时钟电池；电源接口(5V)，带电源开关和指示灯。(6). 系统时钟源12M 无源晶振(7). 实时时钟内部实时时钟（带后备锂电池）(8). 扩展接口1 个34 pin

27、 2.0mmGPIO 接口；1 个40 pin 2.0mm 系统总线接口(9). 规格尺寸100 x 100(mm)(10). 操作系统支持Linux2.6.32.2 + Qtopia-2.2.0+QtE-4.6.1(独创双图形系统共存，无缝切换)；WindowsCE.NET 6.0(R3)；C/OS-II。3.1.1.2 Mnini2440开发平台主要功能介绍Mnini2440开发平台采用ARM9平台的Samsung S3C2440A作为微处理器，S3C2440A是由Samsung公司推出的基于ARM920T内核的1632位RISC处理器。此款处理器提供了丰富通用的片上外设，大大减少了系统电

28、路中除处理器以外的元器件配置。S3C2440A有4路PWM定时器，1路内部定时器，8路ADC和触摸屏接口，130个通用IO，24个外部中断源。最高工作频率可以达到400 MHz，处理速度较快，完全能够完成设计要求。同时本系统中主要还用到标准配置为统宝3.5” 真彩LCD，分别率240x320，带触摸屏，和A/D接口，及按键等，这些设备在Mnini2440开发平台上紧密配合使用。Mnini2440开发平台具有丰富的系统资源和外设资源。同时具备一个通用的RJ45网络接口，可以支持TCP/IP协议的移植从而进行网络通信。此外开发板还具备三个串口和两个USB接口。有较强的通信功能，可以支持系统的进一步

29、升级。Mini2440 接口布局如下图所示，它在十分紧凑的100 x 100mm 面积上精致安排了开发者常用的各种常用接口，并且还引出了供开发测试需要的富余的IO 口和总线接口。Mini2440接口布局如图3.1.1.2.1所示图3.3 Mini2440接口布局Mini2440开发平台的存贮设备主要有Flash,开发板上分别提供了两种Flash，NAND Flash和NOR Flash，并且提供了选择引线。开发板提供5V电源供电。有通用的JTAG调试接口，同时支持音频输入输出。有通用的GPIO接口。总之Mnini2440开发平台系统资源丰富。完全支持整个系统的前期开发以及后期扩展和升级。3.1

30、.1.3 基于Mnini2440开发平台的智能仪表搭建根据智能仪表的硬件需求分析，主要需要Mini2440开发平台的如下硬件资源：(1)处理单元 Samsung S3C2440A是由Samsung公司推出的基于ARM920T内核的1632位RISC处理器。此款处理器提供了丰富通用的片上外设，大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置。便于移植操作系统。（2）SDRAM 存储系统 Mini2440 使用了两片外接的32M bytes 总共64M bytes 的SDRAM 芯片(型号为：HY57V561620FTP/MT48LC16M16A2)，一般称之为内存，它们并接在一起形成32-bit 的

31、总线数据宽度，这样可以增加访问的速度；因为是并接，故它们都使用了nGCS6 作为片选，根据CPU 手册5-2 中的介绍可知，这就决定了它们的物理起始地址为0x30000000，SDRAM 部分原理图如图3.4所示。图3.4 SDRAM部分原理图（3）FLASH 存储系统Mini2440 具备两种Flash，一种是Nor Flash，型号为SST39VF1601(AMD29LV160DB与此引脚兼容)，大小为2Mbyte；另一种是Nand Flash，型号为K9F1G08,大小为128M(旧版本为K9F1208，大小为64Mbyte)。S3C2440 支持这两种Flash 启动系统，通过拨动开关

32、S2，你可以选择从NOR 还是从NAND 启动系统。实际的产品中大都使用一片Nand Flash 就够了，因为我们为了方便用户开发学习，因此还保留了Nor Flash。Nand Flash 不具有地址线，它有专门的控制接口与CPU 相连，数据总线为8-bit，但这并不意味着Nand Flash 读写数据会很慢。大部分的优盘或者SD 卡等都是Nand Flash 制成的设备。从下面的原理图可以看出，Nor Flash 采用了A1-A22 总共22 条地址总线和16 条数据总线与CPU 连接，请注意地址是从A1 开始的，这意味着它每次最小的读写单位是2-byte，因此根据原理图，该设计总共可以兼容

33、支持最大8Mbyte 的Nor Flash，实际我们的开发板上只用了A1-A20 条地址线，因为与A21、A22 相连的SST39V1601 的相应引脚是悬空的。原理图如图3.5所示。图3.5 NAND FLASH和NOR FLASH的原理图（4）电源系统及接口本开发板的电源系统比较简单，直接使用外接的5V 电源，通过降压芯片产生整个系统所需要的三种电压：3.3V、1.8V、1.25V。请注意，本开发板并非面向手持移动设备设计，因此它并不具备完善的电源管理电路。整个系统的电源通断是由S1 拨动开关控制的，它不能通过软件实现开关机。为了方便用户外接其他电源，我们还设计了一个电源接口 CON8，它

34、是一个白色2.0mm 间距的单排插座，中间均为“地”，两侧均为5V。注意，这两个5V 并非是相通的，其中一个连接了外部电源的5V，另外一个则连接了经过拨动开关S1 之后的5V。它们的连接关系和相应的实物标称见图3.6所示。图3.6 电源连接关系相应实物图（5）复位系统本开发板采用专业的复位芯片MAX811 实现CPU 所需要的低电平复位，见图3.1.1.3.5图3.7 复位电路原理图（6）A/D 输入测试本开发板总共可以引出4 路A/D(模数转换)转换通道，它们位于板上的CON4-GPIO接口(详见GPIO 接口介绍)，为了方便测试， AIN0 连接到了开发板上的可调电阻 W1，原理图如图3.

35、8所示。图3.8 A/D原理电路图（7）PWM 控制蜂鸣器开发板的蜂鸣器SPEAKER 是通过PWM 控制的，原理图如下所示，其中GPB0 可通过软件设置为PWM 输出。蜂鸣器原理图如图3.9所示。图3.9 PWM控制蜂鸣器原理电路图（8）串口S3C2440 本身总共有3 个串口UART0、1、2，其中UART0,1 可组合为一个全功能的串口，在大部分的应用中，我们只用到3 个简单的串口功能(本开发板提供的Linux 和WinCE驱动也是这样设置的)，即通常所说的发送(TXD)和接收(RXD)，它们分别对应板上的CON1、CON2、CON3，这3 个接口都是从CPU 直接引出的，是TTL 电平

36、。为了方便用户使用，其中UART0 做了RS232 电平转换，它们对应于COM0，可以通过附带的直连线与PC 机互相通讯。CON1，CON2，CON3 在开发板上的位置和原理图中的连接定义对应关系如图3.10所示。图3.10 串口连接图（9）LCD 接口本开发板的LCD 接口是一个41Pin 0.5mm 间距的白色座，其中包含了常见LCD 所用的大部分控制信号(行场扫描、时钟和使能等)，和完整的RGB 数据信号(RGB 输出为8：8：8，即最高可支持1600 万色的LCD)；为了用户方便试验，还引出了PWM 输出(GPB1 可通过寄存器配置为PWM)， 和复位信号(nRESET)，其中LCD_

37、PWR 是背光控制信号。另外，37、38、39、40 为四线触摸屏接口，它们可以直接连接触摸屏使用。图中的 J2 为LCD 驱动板供电选择信号，目前我们的驱动板都使用5V 供电。其LCD接口电路如图3.11所示。图3.11 LCD接口电路图3.1.1.4 开发板设置连接以及超级终端的使用(1)启动模式选择本开发板的启动模式选择，是通过拨动开关S2 来决定的：根据目标板提示：S2 接到Nor Flash 标识一侧时，系统将从Nor Flash 启动；S2 接到Nand Flash 标识一侧时，系统将从Nand Flash 启动。出厂的时候开发板的 Nor Flash 和Nand Flash 已经

38、烧入了相同的BIOS(因为该BIOS 同时支持这两种Flash，只是开机后表现形式不同，请参考“开发板BIOS 功能及使用说明”一节)，S2 已经被接到NandFlash 一侧，系统一开机就从Nand Flash 启动运行系统。(2)外部接口连接使用直连串口线连接开发板的串口 0 和PC 机的串口用交叉网线将开发板的网络接口与 PC 相连用5V 电源适配器连接到板上的5V 输入插座把音箱或者耳机的插头接入板上的音频输出口(绿色)液晶屏连接，请按照数据线头的方向与开发板的 LCD 接口相连用 USB 电缆连接开发板和PC(3)设置超级终端在此着重介绍一下Windows 自带的超级终端程序并以Wi

39、ndowsXP 为例，或许其他Windows 版本的程序界面有所不同。超级终端程序通常位于开始-程序-附件-通讯中，选择运行该程序，设置超级终端的主要步骤见下图所示。 设置串口通信模式，如图3.12所示。图3.12 串口设置最重要的一步是设置串口波特率，注意必须选择无流控制，否则，或许你只能看到输出而不能输入，另外板子工作时的串口波特率是115200，如图3.13所示。图3.13 串口波特率设置当所有的连接参数都设置好以后，打开电源开关，系统会出现 vivi 启动界面。选择超级终端“文件”菜单下的“另存为”，保存该连接设置，以便于以后再连接时就不必重新执行以上设置了。3.2 甲醛HCHO电化学

40、传感器简介在本套系统中主要采用深圳市三达特科技有限公司所生产的电化学甲醛传感器（HCHO sensor），这款甲醛传感器生产工艺成熟，并且得到甲醛检测领域权威部门的认可，目前主要应用于需要连续监测甲醛气体浓度的设备及场合，适用于新房装修后甲醛浓度的监测。这款甲醛传感器有如下优点：低成本：简单的设计，简单的结构，极少的配件，竞争力极强的价格；其次，这款传感器可以达到5年的使用寿命；该款传感器响应速度快：t90可达到40秒；电源需求小：燃料电池的原理决定其不需要电源，而电路部分仅需要电池就可以满足；长期的稳定性：可以忍受极高的压力，最高可以达到十个大气压。甲醛传感器的外观结构图如图3.14所示：图

41、3.14 HCHO Sensor 外观结构图 HCHO sensor主要技术指标如下：测量范围：0-5ppm/0-50ppm；期望寿命：5年；输出信号：200nA/ppm；分辨率：优于0.02ppm；测量下限：0.03ppm；温度范围：-20到50oC；压力范围：最高到10个大气压；湿度范围：15%-90%，非结露；响应时间t90：50秒（20oC时）；长期输出漂移：每年10%；重复性：+/-2%；储存时间：2年（20oC时）；尺寸：25*25*5.8mm。有HCHO sensor主要技术指标可以看出输出信号强度有限，所以该传感器要应用于智能仪表的设计中必须要外接放大电路，同时需要把模拟信号转

42、化为数字信号方能进行下一步的处理和应用。3.3 甲醛HCHO监测电路的设计用上面所选用的甲醛传感器来设计甲醛监测电路，根据原理可以知道：由于传感器自身的输出信号过于微弱，所以必须要经过放大，然后经过模数转换，把得到的数字信号送入Mini2440开发平台进行处理。信号放大电路如图3.15所示。SensoropA1770.62K10K输出图3.15 甲醛信号放大电路原理图根据以上原理图制作电路板，备齐所需元件然后按照原理图焊接元器件，最后输出的信号设置A/D转换借口。这样副板的制作工作就基本完成。然后通过主副板的借口连接主副板，这样智能仪表的硬件设计工作就已经基本完成了。主副板连接完成后加上电源对

43、智能仪表的硬件系统进行测试，发现硬件系统可以正常工作。4 系统的软件设计系统的软件部分设计主要基于Mini2440开发平台和C/OS-II实时操作系统。软件设计部分主要可分为以下几块：C/OS-II实时操作系统的移植；系统任务的划分；任务的设计和编写等重要几部分。Mini2440开发平台使用Samsung S3C2440为处理器。它是一款集成度高、功能丰富、功耗低等技术特点的32位处理器，它可以用标准C语言来完成程序设计。本系统采用C/OS-II和标准C语言来实现软件开发，可以大大提高开发调试工作的效率；同时，所有文档资料也容易理解，便于移植。ARM公司提供的ADS1.2集成开发调试环境可以很

44、好的完成系统软件的开发，兼容程度高，开发调试的集成环境和人机界面良好。以下详细说明软件的设计过程。4.1 C/OS-II实时操作系统C/OS-II 是一种基于优先级的抢占式多任务实时操作系统，包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步（信号量，邮箱，消息 队列）和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作，互不干涉，很容易实现准时而且无误执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化。C /OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式实时多任务内核。C/OS-II绝大部分的代码是用ANSI的C语言编写的，包含一小部分汇编代码，使之可供不同架构的微处理器使

45、用。至今，从8位到64位，C/OS-II已在超过40种不同架构上的微处理器上运行。C/OS-II已经在世界范围内得到广泛应用，包括很多领域， 如手机、路由器、集线器、不间断电源、飞行器、医疗设备及工业控制上。实际上，C/OS-II已经通过了非常严格的测试，并且得到了美国航空管 理局（Federal Aviation Administration）的认证，可以用在飞行器上。这说明C/OS-II是稳定可靠的，可用于与人性命攸关的安全紧要（safety critical）系统。除此以外，C/OS-II 的鲜明特点就是源码公开，便于移植和维护。C/OS-II 内核结构比较简单，但是运行效率很高。多任务

46、系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU 时间，并且负责任务之间的通讯。内核提供的基本服务是任务切换。C/OS-II可以管理多达64个任务。由于它的作者占用和保留了8个任务，所以留给用户应用程序最多可有56个任务。赋予各个任务的优先级必须是不相同的。这意味着C/OS-II不支持时间片轮转调度法（round-robin scheduli ng）。C/OS-II为每个任务设置独立的堆栈空间，可以快速实现任务切换 。C/OS-II近似地每时每刻总是让优先级最高的就绪任务处于运行状态，为了保证这一点，它在调用系统API 函数、中断结束、定时中断结束时总是执行调度算法，C/OS-II通过

47、事先计算好数据简化了运算量，通过精心设计就绪表结构使得延时可预知。4.1.1 C/OS-II实时操作系统的性能特点(1)公开源代码(2)可移植性（Portable）绝大部分m C/OS-II的源码是用移植性很强的ANSI C写的。和微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的。汇编语言写的部分已经压到最低限度，使得m C/OS-II便于移植到其他微处理器上。 m C/OS-II可以在绝大多数8位、16位、32位以至64位微处理器、微控制器 、数字信号处理器（DSP）上运行。(3)可固化（ROMable）m C/OS-II是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要读者有固化手段（C编译、连接、下载和固化）， m C/OS-II可以嵌入到读者的产品中成为产品的一部分。(4)可裁剪（Scalable）可以只使用m C/OS-II中应用程序需要的那些系统服务。也就是说某产品可以只使用很少几