基于uC／OS-II的智能窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(lái)越多地被用到了現(xiàn)代智能化建筑中，他提供住戶(hù)一個(gè)安全、方便的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在未來(lái)的幾年內(nèi)，安裝智能窗的用戶(hù)將不斷增加。本文討論了一種基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II的智能窗設(shè)計(jì)方法。

1系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)功能如下：手動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)窗戶(hù);紅外遙控窗戶(hù)的開(kāi)關(guān);雨天能夠自動(dòng)把窗戶(hù)關(guān)閉;檢測(cè)到可燃?xì)怏w自動(dòng)把窗戶(hù)打開(kāi);遇有盜情，會(huì)發(fā)出刺耳的報(bào)警聲，把窗戶(hù)關(guān)閉，并發(fā)送一條短消息給住戶(hù)。

2硬件設(shè)計(jì)

CPU的選擇是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)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(diǎn)考慮;相比其他CPU價(jià)格便宜;經(jīng)過(guò)擴(kuò)展后可以移植操作系統(tǒng)μC/OS-II;51單片機(jī)在國(guó)內(nèi)研究的較早，技術(shù)成熟。系統(tǒng)還包括電源、存儲(chǔ)、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(jì)

3.1 μC/OS-II簡(jiǎn)介

μC/OS-II是一個(gè)可移植(portable)、可固化的(rom-able)和占先式的(preemptive)實(shí)時(shí)內(nèi)核，最多可以管理64個(gè)任務(wù)。μC/OS-II的源代碼公開(kāi)，絕大部分代碼使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSIC書(shū)寫(xiě)，所以可以方便地移植到很多不同種類(lèi)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(yùn)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(jì)思路簡(jiǎn)介

本設(shè)計(jì)的軟件和以往設(shè)計(jì)的前后系統(tǒng)不同，采用了多任務(wù)機(jī)制來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。CPU對(duì)大多數(shù)事件的處理都是放在任務(wù)中完成，而各個(gè)任務(wù)都是由對(duì)應(yīng)的信號(hào)量激活的。信號(hào)量可以由任務(wù)或外中斷INT0來(lái)發(fā)送，各個(gè)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(hào)量，箭頭的起始端為信號(hào)量發(fā)送方，箭頭的末端為信號(hào)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(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以把系統(tǒng)軟件分割成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)負(fù)責(zé)完成部分工作，系統(tǒng)功能由多個(gè)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(xiě)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(hào)量來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行，各信號(hào)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(gè)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(gè)任務(wù)(起始任務(wù))，最后調(diào)用OSStart()函數(shù)啟動(dòng)多任務(wù)。當(dāng)然，在建立主函數(shù)之前必須定義各個(gè)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(gè)任務(wù)，他主要有3個(gè)功能：完成對(duì)定時(shí)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(hào)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(kāi)窗任務(wù)(openwintask) 在電機(jī)開(kāi)窗任務(wù)中首先等待信號(hào)量sem_open。該信號(hào)量是由煤氣處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)和手動(dòng)開(kāi)窗任務(wù)發(fā)送的。如果其他任務(wù)發(fā)送了該信號(hào)量，程序就設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并控制p3.4送出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖，直到窗戶(hù)被打開(kāi)。

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