基于μＣ／ＯＳ－ＩＩ的智能窗系統(tǒng)設計

摘 要：智能窗在國內智能建筑上獲得了廣泛的應用。目前，國內大多數(shù)公司生產(chǎn)的智能窗都是基于前后臺模式進行設計的。以實時操作系統(tǒng)μC/OS-II為基礎，簡要介紹了基于實時操作系統(tǒng)μC/OS-II的智能窗系統(tǒng)的硬件設計方案，詳細介紹了其軟件的實現(xiàn)過程，并給出了部分源代碼，最后介紹了本智能窗系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。

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關鍵詞：智能窗;智能建筑;前后臺系統(tǒng);實時操作系統(tǒng)

中圖分類號：TP316文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)07-118-02

Design of Smart-Window Based on μC/OS-II

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ZHANG Fei，HE Yaqin

(Changzhou Institute of Mechatronic Technology，Changzhou，213164，China)

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Abstract：The smart-window is used widely in the intelligent buildings of our country.In current，many companys design smart-window based on foreground/background system .This article briefly introduces the design of hardware about the smart-window based on the real-time operating system μC/OS-II.Moreover，the flow of software is described.Finally，the advantage of this smart-window system is given.

Keywords：smart-window;intelligent building;foreground/background system;real-time operating system

隨著電子技術的發(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，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的智能窗設計方法。

1 系統(tǒng)功能

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

2 硬件設計

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

3 軟件設計

3.1 μC/OS-II簡介

μC/OS-II是一個可移植(portable)、可固化的(romable)和占先式的(preemptive)實時內核，最多可以管理64個任務。μC/OS-II 的源代碼公開，絕大部分代碼使用標準的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)。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

3.2 軟件方案

3.2.1 設計思路簡介

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

圖2中的箭頭代表向相應的任務發(fā)送相應的信號量，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。

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圖2 各任務和外中斷之間的關系圖

3.2.2 系統(tǒng)任務和資源分配

μC/OS-II是一個實時多任務操作系統(tǒng)，所以把系統(tǒng)軟件分割成多個任務，每個任務負責完成部分工作，系統(tǒng)功能由多個任務協(xié)作完成。任務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)的任務分配如表1所示。

表1 系統(tǒng)任務表

任務名稱

起始任務starttask( )

煤氣處理任務mqtask( )

盜情處理任務dqtask( )

下雨處理任務sdtask( )

紅外遙控任務hwtask( )

手動關窗任務zatask( )

手動開窗任務yatask( )

電機開窗任務openwintask( )

電機關窗任務closewintask( )

短消息任務msgtask( )

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

表2 系統(tǒng)資源分配表

信號量作用

Sem[CD#*2]mq=OSSemCreate(0)喚醒煤氣處理任務

Sem[CD#*2]dq=OSSemCreate(0)喚醒盜情處理任務

Sem[CD#*2]sd=OSSemCreate(0)喚醒下雨處理任務

Sem[CD#*2]hw=OSSemCreate(0)喚醒紅外遙控處理任務

Sem[CD#*2]za=OSSemCreate(0)喚醒手動關窗任務

Sem[CD#*2]ya=OSSemCreate(0)喚醒手動開窗任務

Sem[CD#*2]open=OSSemCreate(0)喚醒電機開窗任務

Sem[CD#*2]close=OSSemCreate(0)喚醒電機關窗任務

Sem[CD#*2]msg=OSSemCreate(0)喚醒短消息任務

3.2.3 主要任務描述

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



void main (void)

{

OSInit();

OSTaskCreate(StartTask，(void*)0，StartTaskStk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，0);

OSStart();

}



起始任務(StartTask)[HTSS] 是系統(tǒng)建立的第一個任務，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。

起始任務部分程序清單如下：



void starttask ( void* pdata )

{

timerInit();//定時器初始化

intinit(); //外中斷0初始化

serinit(); //串行口初始化

TR0=1;

Sem[CD#*2]mq=OSSemCreate(0) ;

Sem[CD#*2]dq=OSSemCreate(0) ;

Sem[CD#*2]sd=OSSemCreate(0) ;

Sem[CD#*2]hw=OSSemCreate(0) ;

Sem[CD#*2]za=OSSemCreate(0) ;

Sem[CD#*2]ya=OSSemCreate(0) ;

Sem[CD#*2]open=OSSemCreate(0) ;

Sem[CD#*2]close=OSSemCreate(0) ;

Sem[CD#*2]msg=OSSemCreate(0);

OSTaskCreate(mqtask，(void*)0， mqtaskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，mqprio);

OSTaskCreate(dqtask，(void*)0， dqtaskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，dqprio);

OSTaskCreate(sdtask，(void*)0， sdtaskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，sdprio);

OSTaskCreate(hwtask，(void*)0， hwtaskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，hwprio);

OSTaskCreate(zatask，(void*)0， zataskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，zaprio);

OSTaskCreate(yatask，(void*)0， yataskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，yaprio);

OSTaskCreate(openwintask，(void*)0，openwintaskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，openwinprio);

OSTaskCreate(closewintask，(void*)0，closewintaskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，closewinprio);

OSTaskCreate(msgtask，(void*)0， msgtaskstk［TASK[CD#*2]STK[CD#*2]SIZE-1］，msgprio);

OSTaskDel(OS[CD#*2]PRIO[CD#*2]SELF) ;

}

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電機開窗任務(openwintask)[HTSS]

在電機開窗任務中首先等待信號量sem[CD#*2]open。該信號量是由煤氣處理任務、紅外遙控處理任務和手動開窗任務發(fā)送的。如果其他任務發(fā)送了該信號量，程序就設置電機轉動方向，并控制p3.4送出電機轉動脈沖，直到窗戶被打開。

電機關窗任務(closewintask)[HTSS]

該任務必須在信號量sem[CD#*2]open有效時才會被激活。信號量sem[CD#*2]open有下雨處理任務、紅外遙控處理任務和手動關窗任務發(fā)送。

限于篇幅，其他任務的說明不再一一列出，如果有需要，可以與作者聯(lián)系。

4 結 語

經(jīng)過調試，基于 μC/OS-II設計的智能窗系統(tǒng)很好地完成了設計要求。由于使用了操作系統(tǒng)，軟件的設計和維護也變得更加方便，和目前國內大多數(shù)公司采用的前后臺系統(tǒng)設計的智能窗相比，此系統(tǒng)具有更大的升級空間。

參 考 文 獻

［1］Labrosse J J.嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II[M].邵貝貝，譯.北京:北京航空航天大學出版社，2003.

［2］王幸之，鐘愛琴.AT89系列單片機原理與接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

［3］陶國正.單片機與接口應用技術[M].蘇州：蘇州大學出版社，2004.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。