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基于Cortex―M3的自動氣象站設計

作者: 時間:2013-07-23 來源:網絡 收藏

數據采集各模塊的關鍵技術指標見表1,其中溫濕度、氣壓使用平均算法,風速使用滑動平均算法。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/159309.htm

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平均算法:測量一分鐘,每分鐘取樣6次,去掉一個最大值和最小值,剩下4個值取算術平均。
滑動平均算法:當采集速率每秒一次(t=1),平均期間T=3s,連續測量120s,代入下面公式計算:
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式中d.jpg:n個樣本值的平均值,e.jpg:n-1個樣本值的平均值,Yn:第n個樣本值,t:采樣時間,T:平均期間(s)。

3 軟件設計
3.1 基于Cortex—M3的;;移植
;;是一種典型的具有可剝奪型內核的基于任務優先級調度的實時操作系統,可同時管理多達64個任務,由于Cortex—M3不支持32位的ARM指令集,而只支持Thumb-2指令集,這種不向后兼容的方式使Cortex—M3之前平臺使用的ARM匯編語言程序都不能直接移植到Cort ex—M3上,筆者從;;和Cortex—M3的內核結構研究著手,對μc/os—II內核中INCLUDES.H、OS_CFG.H、OS_CPU.H、OS_CPU_ C.C、OS_CPU_A.ASM五個與應用程序和處理器相關的文件進行修改,在INCLUDES.H中增加了與處理器相關的外設寄存器定義和內存映射的頭文件,在OS_CFG.H中完成對μc/os—II內核構造部分的配置工作,在OS_CPU.H中完成與編譯器相關數據類型的定義、任務堆棧數據類型的定義,以及任務堆棧方向的設定工作,在OS_CPU_C.C中根據Cortex—M3內核結構完成系統任務堆棧結構設計,由于在C環境下無法對Cortex—M3的寄存器進行操作,所以需要在OS_CPU_A.ASM匯編環境中完成對臨界區函數、上下任務切換函數以及中斷服務子程序中的任務切換函數的設計工作,在完成以上修改后還需在c環境下增加系統時鐘配置和中斷函數為μc/os—II提供一個周期性信號源,在中系統時鐘是由SysTick定時器來提供的。
3.2 μc/os—II任務設計
在μc/os—II架構下整體設計中需要建立7個任務,如圖2所示,由于統計任務主要作用是計算當前CPU的利用率,需要消耗相當的內部資源,所以為節約系統資源在這里需要把系統配置OS_TASK_STAT_EN設置為0,禁止使用統計任務,空閑任務是必須的,在沒有其它任務進入就緒狀態時投入運行,當系統開始運行前自動建立,優先級自動配置為最低。由于系統要求在開始多任務調度前必須新建一個任務,所以我們建立了一個開始任務,開始仟務作用就是新建另外5個任務,包括:溫濕度采集任務、氣壓數據采集任務、風速采集任務、數據存儲任務、數據發送任務,完成這5個任務建立后開始任務就會自己掛起。完成對任務設計后還需要對任務的優先級進行設置,空閑任務優先級設置為最低,風速采集任務頻率最高為1s/次,所以優先級應設置為最高,溫濕度和氣壓采集任務頻率相同為10s/次,設置優先級應低于風速采集任務,數據存儲和發送任務應該都在前面幾個數據采集任務完成后,所以設置優先級應該更低一些,開始任務由于在新建任務后被掛起并不參與任務調度,所以優先級可以設置為次于空閑任務的最低級。

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3.3 系統整體調試
在主函數中需要進行初始化工作,主要完成STM32時鐘系統和μc/os—II時鐘系統配置,初始化操作系統后新建開始任務TaskStart后操作系統開始運行,在系統剛開始進行任務調度時由于只有空閑任務和開始任務參與任務調度,開始任務優先級最高所以執行開始任務,在開始任務中又新建氣壓測量任務(TaskPre)、溫濕度測量任務(TaskTem)、風速測量任務(TaskV)、數據存儲任務(TaskFlash)、數據發送任務(TaskSim),完成任務新建后開始任務被掛起進入休眠狀態,不再參與任務調度,根據事先設計好的優先級系統總是執行優先級最高的任務,風速測量任務優先級最高,掛起時間一到總能得到處理器的使用權,當測量完畢后任務自動掛起不參與任務調度,類似的情況,溫濕度測量、氣壓測量完成各自測量數據并完成數據處理器后也自動掛起,并把標志為置1表示測量工作完成,數據存儲任務和數據發送任務根據判斷標志位決定是否進行數據存儲和數據發送工作,其主函數和開始任務主要代碼如下:
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