基于STR71X的城市空气质量自动监测通用平台.doc

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1、目录1作品简介41.1作品背景41.2作品应用41.3小组简介61.3.1.小组研发环境61.3.2.成员介绍61.3.3.指导老师介绍72作品说明72.1基于STR71X的城市空气质量监测平台功能概述72.1.1.遥测功能82.1.2.遥信功能82.1.3.遥控功能92.1.4.遥调功能92.1.5.通讯功能92.2系统规格102.2.1.监测平台对各分析仪器的控制102.2.2.监测平台对数据、信息的处理102.2.3.监测平台对本地数据的存储112.2.4.监测平台对数据的传输112.3系统创新122.4实现规划123作品设计123.1系统整体构架与模块简介123.1.1.工作体制133

2、.1.2.通信信道143.1.3.供电方式143.2监测平台子站硬件模块143.2.1.处理器143.2.2.串口扩展163.2.3.SRAM扩展193.2.4.FLASH扩展213.2.5.CF卡的扩展223.2.6.实时时钟233.2.7.以太网接口253.2.8.GPRS263.2.9.触摸屏模块273.2.10.自动监测子站采样装置及监测仪器说明283.3监测平台软件体系结构293.3.1.监测平台软件整体流程结构293.3.2.监控子站软件模块303.3.3.监测子站应用程序及功能323.3.4.系统驱动程序344电路原理图374.1核心部分384.1.1.核心部分ARM电路384.

3、1.2.Flash394.1.3.SRAM 404.2外围部分404.2.1.Compact Card414.2.2.以太网控制芯片414.2.3.时钟控制器424.2.4.串口数据传输模块425PCB说明435.1简要说明435.2布局说明445.3布线说明446总结456.1前景价值456.2执行计划466.3结束语477参考文献481 作品简介1.1 作品背景随着环境污染的日益加重,环境保护已经成为整个社会的重要问题,人们越来越认识到环境保护的重要性。通过监测空气中二氧化硫(SO2)，氮氧化物等有害性气体以及烟尘等悬浮颗粒物(TSP)的含量，有效地监测并清除污染源，是保护环境的有力措施之

4、一。环境空气质量自动监测系统，是一套以自动监测仪器为核心的自动“测-控”系统。主要用于大气污染和噪声的在线监控、远程登陆、污染预警和设备可视监控等。自动监测系统通过有线或无线传输网络，实时反映城市的空气质量情况。当空气质量达到重污染情况时自动发出预警信息并提示相应的防护措施。环境空气质量自动监测系统为环境管理提供了重要的技术手段。环境空气质量监控中心能有效地利用监测设施，改进在线监控系统、污染预警，做到及时、有效、快速地响应污染现状，准确、高效地提供环境空气数据，为管理部门提供第一手资料，促进环境监测工作的自动化、信息化发展。因此合理高效的利用环境信息服务于我们的环保工作,是解决问题的关键,这

5、就对我们环境信息的管理提出了较高的要求。而本设计是基于嵌入式系统的城市空气质量自动监测通用平台，嵌入式系统是以实际应用为核心，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专业计算机系统，由于嵌入式系统是面向应用的特点，能实现专门的控制并节省软硬件资源。1.2 作品应用基于嵌入式的城市空气质量自动监测通用平台作为大气自动监测系统的监控子站（中心站须完成大量数据的接收与复杂处理，由服务器来承担），子站主要实现以下系统功能：（1）对环境空气质量和气象状况进行连续自动监测，采集、处理和存储监测数据。（2）子站按监测中心计算机指令定时或随时向中心计算机传输监测数据和设备工作状态信息。（3）响应中心站对监

6、测子站的监测仪器进行远程诊断和校准。对系统所用监测设备的标定、校准和审核；对检修后的仪器设备进行校准和主要技术指标的运行考核。（4）能及时响应、处理子站事故及紧急事件，使分布在市区大范围内的子站设备处于监测中心的远程监控之中，能迅速处置设备事故等紧急事件。（5）当空气质量达到重污染情况时响应中心站预警信息并执行相应的防护措施。系统组成图如图1.1所示：图1.1整个环境空气质量自动监测系统涉及大气自动监测系统（包括水质自动监测）1个中心站（中心控制室），和分布在城市内多个子站，以武汉为例，将中心站服务器设在武汉气象局，在武汉三镇的汉阳月湖、汉口江滩、武昌紫阳、武汉神龙、东湖梨园、汉口花桥、青山厂

7、前、木兰湖、武汉高新、吴家山、武汉宗关等监测地区设置11个子站，实时监测这些分散点的大气质量。监测通用平台在市区的分布如图1.2所示。图1.2 武汉市区子站分布图（为监测平台分布地）该子站作为通用平台也可用在国内外其它大中小型城市，不光用在武汉，像西安，兰州，长沙等城市都可以应用这样的通用环境监测平台。1.3 小组简介1.3.1. 小组研发环境（1）硬件平台：ARM7 (STR710FZ2T6)（2）软件环境：EmBestIDE,ADS,LINUX（3）通讯机制：ADSL，GPRS（4）通讯协议： TCP/IP，UART，AT1.3.2. 成员介绍田世坤：华中科技大学控制系，本科，主要负责AR

8、M芯片的基本功能、操作系统移植，整体硬件电路设计。苏谢祖：华中科技大学控制系，本科，主要负责各个外围电路硬件模块。周勇： 华中科技大学电气系，本科，主要负责ARM芯片及其存储扩展电路硬件模块。桂赟： 华中科技大学电子系，本科，主要负责应用软件设计编写黄欣然：华中科技大学控制系，本科，主要负责文档编写、GPRS、ADSL原理与文档1.3.3. 指导老师介绍盛翊智，教授，华中科技大学控制科学与工程系，主要研究领域：决策支持系统，计算机控制与管理，嵌入式系统应用。2 作品说明2.1 基于STR71X的城市空气质量监测平台功能概述各空气质量自动监测通用平台的主要功能是将分布式的大气检测设备进行统一的操

9、作与管理。将设备所产生的数据进行集中、处理、传输，并对各种大气检测设备进行远程控制。图2.1为遥测、摇信、遥控结构框图。空气质量自动监测平台与分布式大气监测装置相配合，对下进行信息汇总，对上进行信息交换，以及实现对大气检测设备进行遥测、遥信和遥控功能。图2.1 遥测、摇信、遥控结构框图2.1.1. 遥测功能遥测的定义是指远程测量，被动获得远程信号，测量其数值。对于监测平台系统遥测的数据是各种大气检测数据。对所要检测的数据在数据格式、数据采样频率上均有一定的要求。而且由于各监测平台配置的差异性，遥测数据可能也因监测平台的配置不同而有所差异。这就要求系统在遥测方面应具有足够的灵活性，将不同设备所采

10、集的同一物理意义的数据进行规范化，并且能够灵活地改变所要报送地数据量。2.1.2. 遥信功能遥信功能主要反映的是设备的状态量。这些状态量包括各种检测设备的实时运行状态、历史开关机记录、以及设备出错告警等信息。遥信也是通过监测平台系统定时和各检测设备进行交换数据所获得的。监测平台在获得各种设备的状态信息后，对数据进行集中，识别，存档，判定设备运行是否正常。当设备出现异常时，应及时向监控中心发出告警，并采取一定的保护措施（如断电、关闭电磁阀等）。2.1.3. 遥控功能遥控也称远程控制。是远程主机主动发出信号，控制远端操作。在这里，遥控是指监测平台接收中心服务器的各种操作请求（如设定设备时间、开关数

11、字IO等），并完成规定操作。监测平台在接收中心服务器的操作请求后，查找本地功能表，找到所要操作命令，并通过串口向大气检测设备发出。2.1.4. 遥调功能遥调功能实际是遥控与遥信或遥控与遥测的组合。这里的遥调主要的操作是对设备的定零定标。这需要对设备实时的数据采集、实时的远程控制，而且还要有一个稳定可行的专家系统对设备进行重新的校准。操作复杂，涉及的检测设备较多，这是监测平台系统设计的一个难点。2.1.5. 通讯功能除此以外，监测平台另外一个重要的方面是通讯。不论是遥测、遥信还是遥控、遥调，都需要一个稳定、可靠、快速的通讯方案。在本设计中，采用ADSL +GPRS的方案。ASDL带宽充足，可满足

12、简单视频以及大量数据的传输。GPRS为辅，可在ADSL出现故障时，作为辅助通信通道，保证系统传输的稳定可靠。而且在那些不易于安装ADSL的地区可以通过GPRS进行无线的数据传输，这使得系统的通信方案更加灵活。2.2 系统规格2.2.1. 监测平台对各分析仪器的控制（1）对各大气监测设备串口输出状况进行破译，实现对各大气监测设备的通信。（2）扩展其他设备连接入网。2.2.2. 监测平台对数据、信息的处理（1）数据采集频率：1次/5s平均值时间: 1 minute（分钟）1 hours（小时）可选（2）一次值的定义及处理时间（3）零值、标值的定义与处理，建立登记表。 仪器在零（标）标定时监测值不计

13、入采样记录数据表，进入零/标登记。登记表以时间，每分钟平均值为字段形成记录， 最后1分钟平均值为最终零/标值。（4）异常值定义与处理，建立登记表。 异常值包括停电、走零、走标、上下限报警值、有效值小于75%的平均值等，要有相应的错误标记。（5）保存SO2状况，建立真值表。（6）保存NO状况，建立真值表。（同5类同）（7）保存CO状况，建立真值表。（同5类同）（8）保存O3状况，建立真值表。（同5类同）（9）保存PM10（可吸入颗粒物）状况，建立真值表。（同5类同）（10）建立校准器工作状况表。（同5类同）（11）设立“报警信号”登记表。报警信号包括：监测值超过上下限、仪器内部参数超过上下限、室

14、温超过上下限、停电报警等。（12）设立系统历史记录登记表系统启动、关机记录，远程用户登录与退出记录。（13）建立“气象数据库”。2.2.3. 监测平台对本地数据的存储本地数据库是设备数据往中心站发送的一个缓冲和备份。通过对处理器扩展存储设备（CF卡，Flash，以CF卡存储为主）以实现对数据的存储。2.2.4. 监测平台对数据的传输系统主要采用ADSL有线或GPRS无线通信信道，连接中心站和各个子站。中心站采用2M固定IP的ADSL接入，同时接入GPRS VPN；子站采用1M动态IP的ADSL接入，同时也接入GPRS VPN。ADSL和GPRS VPN互为备用通信方式，都满足环境监测数据传输的

15、需要，并适应不同的接入条件，实现自动切换。（1）通信工作体制每个子站的主工作体制为自报方式，普通工况下遥测站点IPC每分钟从前端仪表采集一次数据，存入本地控制器，上传频率从1分钟1天可自选，将数据传送到监控中心。辅助工作体制为应答式，即当监测中心站需要监控子站时，通过监控软件对相应遥测站点发出招测指令，利用此方式，可灵活地对远程监测设备进行跨零、跨标的校准，以图形界面动态显示仪器内部运行参数。中心站对省气象科研所、省监测站和国家环境监测总站的通信方式仍使用MODEM通讯。（2） 通信软件基本功能（1） 每分钟将PM10，SO2，NO，NO2，NOX，CO，O3，气象参数（气温、气压、风向、风速

16、、湿度）和各仪器状态真值表上传给中心控制室。（2）每天定时将零/标记录值，若现场有新的零/标记录生成，立即上传与中心控制室保持同步。（3） PM10,SO2,NO2,CO,O3的小时平均值,上传给中心控制室。（4） “报警”登记表若有“新值”，立即与每分钟数据一起向中心室上传。（5）接收中心站对指定仪器进行“走零”,“走标”的命令。（6）接收中心站“暂停报警”命令。（7）接收中心站“传送视频或图像”的命令。（8）智能化检测通信状况，在ADSL通信出现故障后自动切换到GPRS。2.3 系统创新（1）基于STR71X的城市空气质量自动监测通用平台取代原来的采用PC作为控制系统，极大地节省了软硬件资

17、源。（2）信息传输的方式扩展为ADSL+GPRS的方案，在不易于安装ADSL的地区可以通过GPRS进行无线的数据传输，这使得系统的通信稳定可靠灵活。（3）在简单数据传输的基础上扩展为传送图像和声音，这对于实时监测与控制提供了更为直观高效的方式。2.4 实现规划（1）12月24日12月31日：查阅资料，了解、熟悉项目细节。（2）1月1日1月14日：项目分析，概要设计（系统架构，硬件，软件）（3）1月15日1月25日：项目设计报告，竞赛报告（4）2月4日3月3日： 细化任务，查阅相关资料，准备进一步详细设计（5）3月4日3月17日：项目详细设计及报告（6）3月18日4月7日：硬件软件搭建及调试（7

18、）4月8日4月30日：系统整体调试，测试（8）5月1日完成：系统验收报告，项目总结3 作品设计3.1 系统整体构架与模块简介 系统的整体构架如图3.1所示。图中五个测量仪是TELEDYNE ADVANCED POLLUTION INSTRUMENTATION (T-API)公司生产的环境气体检测设备，子站(ST_ARM)STR710FZ2T6SO2测量仪中心站CO测量仪粉尘测量仪O3测量仪NOx测量仪其它量(模拟)触摸屏RS232ADSLGPRS(备用)ADCCF卡图3.1 监控平台构架图应用广泛，能够将粉尘，气体如SO2，CO，O3，NOX等模拟量直接转换成数字量，通过串口直接传送到子站。增

19、加其他测量设备，还可以监测别的物理量。另一种方法就是通过A/D转换，直接向自站发送采集数据量。触摸屏用于控制和显示，直接观察ARM芯片的工作状态，方便用户调试。大容量CF卡能存储大量数据，保留备份，提高数据的准确率，在接到中心站数据传输指令后，及时的数据发送出去，并保留备份，防止因传输中断或数据丢失造成不必要的损失。子站和中心站之间可以通过ADSL网络通讯，GPRS为备用通讯线路，当ADSL网络传输发生错误时，报告错误，自动切换到GPRS传输。 3.1.1. 工作体制每个监测平台的主要工作体制为自报方式，普通工况下遥测站点监测平台每分钟从前端仪表采集一次数据，存入本地储存介质中，上传频率从1分

20、钟1天可自选，将数据传送到中心站。若数据未发送成功，系统自动检测网络状况，待网络通畅后再次按时间顺序将数据补发，并且保证数据一定送达。当传感器采集到特殊报警值，监测平台在2秒内将当前报警值发送到中心站。辅助工作体制为应答式，即当中心站需要监控子站时，通过监控软件对相应遥测站点发出招测指令，子站收到指令后，立刻将所需数据发送到控制中心。利用此方式，可灵活地对远程监测设备进行跨零和跨标的校准，还可以图形界面动态显示仪器内部运行参数。3.1.2. 通信信道本系统选ADSL 1M 宽带作为通讯方式，并以GPRS无线通信作为备用信道，当ADSL出现故障或一些恶劣环境下不得不用无线时采用GPRS进行无线传

21、输数据。3.1.3. 供电方式遥测站的供电系统全部采用220v市电供电，每个遥测站点可以同时配有UPS作为备用电源，停电时供中心站、子站、ADSL、GPRS使用，保证通信畅通，克服停电造成的网络盲区，使中心站及时了解子站的运行状况。3.2 监测平台子站硬件模块3.2.1. 处理器 处理器采用的是意法半导体（ST）的STR71X系列微控制器基于16/32位 ARM7TDMI RISC CPU。STR71x系列是片上集成Flash和RAM的微控制器系列。它基于高性能的ARM7TDMI内核，拥有丰富的外设和增强的I/O功能。该系列中的所有器件都包含片上高速单电压Flash存储器和高速RAM存储器。由

22、于内嵌ARM内核，所以STR71x与所有的ARM工具和软件兼容。其内部框图如下图3.2所示，内部总线和两条APB总线将片上系统和外设资源紧密的连接起来，其中内部总线是主系统总线，连接了CPU、存储器和系统时钟等，APB1总线（APB1桥连接的APB总线）连接高速外设，APB2总线（APB2桥连接的APB总线）连接系统通用外设和中断控制。I/O端口包括P0，P1，P2三个16位的端口，其它的外设接口引脚都与I/O端口的引脚功能复用，图上的AF即表示功能复用引脚。另外，外部存储器接口（EMI）提供了16条数据线接口和24条地址线接口，可扩展4组16M空间的外部存储器。本系统中，我们用到的部分有：U

23、ART0、UART1、UART2、UART3SPI0、SPI1INT2,INT3,INT4,INT54路ADC、EMI BANK0、1、2、3,以及几个其它通用IO口。图3.2 STR710FZ2T6的结构框图3.2.2. 串口扩展（1） 方案比较目前比较通用的串口扩展方案有以下三种：（1）用硬件实现，使用多串口单片机或专用串口扩展芯片，可供选择的串口扩展芯片有TI等公司开发的16C554系列串口扩展芯片，该系列芯片实现的功能是通过并行口扩展串行口，功能比较强大、通讯速度高，但控制复杂，同时价格较高，主要的应用场合是PC机串口扩展产品。而在嵌入式设计中，使用ARM芯片，波特率要求不高，使用16

24、C554系列芯片不仅成本高而且还造成了资源的浪费。（2）用软件实现，软件模拟串口存在的缺点有：一是采样次数低，一般只能做到2次/BIT，这样数据的正确性就难以保证；二是不能实现高波特率通讯，软件模拟串口一般不能实现高于4800 bps的波特率。不过，这种方法，价格便宜，成本低。易于实现。（3）并行口扩展串口方法的功能比较强大，能提供MODEM控制信号、通讯速度高，但控制复杂，占用MCU的端口资源较多，同时价格也较高。成都微电子有限公司推出的GM8125系列串口扩展芯片全硬件实现串口扩展，保证了芯片工作的稳定性，设计的最高波特率完全能满足一般系统需求，同时占用系统资源少，使用方法简单，通讯格式可

25、设置，与标准串口通讯格式兼容，利用该系列芯片实现串口扩展是性价比较高的串口扩展方案。（2） GM8125特性GM8125 可以将一个全双工的标准串口扩展成5 个标准串口，并能通过外部引脚控制串口扩展模式：单通道工作模式和多通道工作模式，即可以指定一个子串口和母串口以相同的波特率单一的工作，也可以让所有子串口在母串口波特率基础上分频同时工作。该芯片工作在多通道模式下时，子串口能主动响应从机发送的数据，并由母串口发送给主机，同时返回子串口地址。该模式使每个从机的发送要求都能被及时地响应，即使所有从机同时有发送要求，数据也不会丢失，基本实现了主控单元和外设通讯的实时性。该芯片母串口和子串口的工作波特

26、率可由软件调节，而不需要修改外部电路和晶振频率。该芯片的外部控制少，应用灵活，编程使用简单，适用于大多数有串口扩展需求的系统。 GM8125特性如下：（1）采用写控制字的方式对芯片进行控制（2）各子串口波特率可调（统一调节）（3）数据格式10 位或11 位可选（4）单通道模式下，最高波特率支持20Mbps；多通道模式下，子串口最高波特率38400bps（5）子串口数：5 个（6）由一个引脚选择芯片的工作方式是单通道工作模式还是多通道工作模式。在单通道工作模式下，芯片工作无需初始化设置，工作串口由地址线控制选择。在多通道工作模式下，各子串口的波特率等于母串口波特率的6 分频，接收时地址线SRAD

27、D20 （7）向MCU返回接收子通道的地址，MCU接收到母串口送来的数据后就可根据SRADD20状态判断数据是从哪一个子串口送来的；发送时先由MCU 选择子串口再向母串口发送数据（8）与标准串口通讯格式兼容，TTL 电平输出（9）宽工作电压：2.36.7V（10）输出波特率误差小于0.2%，输入波特率误差要求小于2.8%（11）每bit 采样16 次，提高数据正确性（12）输入地址引脚有5080K Pull-Down 电阻，其它输入引脚有5080K Pull-Up 电阻（OSCI 除外）（3） GM8125工作模式通过对控制引脚MS的设置来选择工作模式。当模式控制引脚MS = 1 时，芯片工作

28、在单通道工作模式下。当模式控制引脚MS = 0 时，芯片工作在多通道工作模式下，多通道模式允许5 个子串口同时全双工地工作。（1） 单通道工作模式单通道模式在一个时刻只允许一组RXD 和TXD 与母串口进行通讯。芯片的地址线用于选择希望和母串口相连接的子串口，外部MCU 通过三根输入地址线和三根输出地址线选择指定和母串口连接的子串口。输入/输出地址线可以不相同，则连接到母串口上的RXD 和TXD 可以属于不同的子串口（注意：通讯时不能将STADD 置为000）。单通道工作模式下地址线定义如图3.3所示。表3.3 单通道工作模式下地址线定义（2） 多通道工作模式在多通道工作模式下，芯片的地址线S

29、TADD20 是输入口，由MCU控制选择希望发送数据的子串口，地址线SRADD20 是输出口，用于向MCU返回接收到数据的子串口地址。多通道工作模式下，在进行数据通讯前要对芯片进行工作方式设置，对帧格式和通讯波特率进行设置。在该模式下，各子串口波特率相同，母串口的波特率等于子串口波特率的6 倍。比如设置了子串口和外围设备的通讯波特率为1200bps，则母串口波特率为12006=7200bps。各地址线定义如表3.4 和表3.5所示：表3.4 多通道工作模式下子串口发送地址线定义表3.5 多通道工作模式下子串口接收地址线状态（4） GM8125电路连接电路连接如图3.6所示。STR710FZ2T

30、6P12:17UART1STA0:2SRA0:2UART0电平驱动 GM8125图3.6 系统扩展GM8125 由图可知，MCU通过通用IO口对GM8125的子串口的收发信号口选址，由于GM8125的高电平要求在3.5V以上，故须加上电平驱动电路以保证线路驱动，实际电路加入的是74HC04非门。MCU的UART1输出到GM8125的主串口，由GM8125通过MCU的选址来管理数据的IO。根据本系统实际运行情况，GM8125应该工作在单通道模式。3.2.3. SRAM扩展在系统中一般SDRAM是用做数据存储器，系统启动配置完成后，SRAM便开始工作。在STR71X 中有4个Bank用于扩展数据存

31、储器。因为SRAM的读写速度比FLASH快得多，所以在有实时操作系统的情况下，一般是将FLASH的代码解压搬到SRAM，然后从SRAM中运行代码。这样可以大大提高程序运行的速度。图3.2是SRAM的扩展电路。本系统选用ISSC公司的IS61LV25616AL10T，2片。（1） IS61LV25616AL10T特性工作频率可以达到100MHz，半片存储容量为256K16bits512KByte,采用片使总存储量达到1MByte，达到移植uClinux的要求；工作电压为3.3V,16位数据宽度。（2）电路连接电路连接如图3.8所示。STR71X ADDR21:0 XDATA7:0nCS0 nRD

32、nWR1:0地址总线数据总线片选写I写宽度选择SDRAMDQ15:0nCSnRDLBUB&图3.8 SRAM的扩展电路由图可见，扩展SRAM需要注意以下几点：（1）数据和地址总线，由于是两片构成32位数据宽度，所以数据总线的高16位和低16位分接在两片SDRAM上。地址总线则根据SDRAM的具体容量来确定，（2）nCS3:0片选信号，nCS3:0片选信号决定了所接的SRAM属于哪一个Bank，STR71X提供了4个Bank的数据存储器扩展。SRAM分配为STR71X的BANK0,其nCS接STR71X的nCS3:0（3）STR71X的nRD直接接IS61LV25616AL10T 的nRD，对其

33、写使能。 （4）nWR1:0 与nRD信号相与后分别接到IS61LV25616AL10T 的UB和LB端，同时选中高字节和低字节，对16位数据同时进行操作。3.2.4. FLASH扩展在系统中一般FLASH是用做程序存储器，系统启动之后从FLASH中开始执行程序。在STR71X 中有4个Bank用于扩展程序存储器，其中Bank0用于存放启动代码。本系统采用Silicon Storage Technology公司的SST39VF1601。1 SST39VF1601特性（1） 容量为1M16bit。（2） 速度为70ns。（3） 通过16位数据总线与CPU交换数据。（4） 稳定可靠，擦写次数典型值

34、为10万次。2电路连接电路连接如图3.7所示。STR71X A 19:0 D 15:0 nCS1 nRD nWR1:0 SST39VF1601A 19:0D 15:0nCSnRDnWR地址总线数据总线片选读写图3.7 FLASH扩展电路扩展FLASH时要进行以下几个工作：（1）根据所接的FLASH的特性，确定所接的数据总线和地址总线的宽度。SST39VF1601是16M位容量16位的数据宽度的FLASH，其内部以16位为一个单元，所以总共有1M各单元（2M字节）。其地址线有20根，扩展SST39VF1601时将A 19:0接到其地址线上，D 15:0接到其数据线上。若是由几片FLASH组成较宽

35、的数据宽度（如2片16位的FLASH组成32位的程序存储器），则将地址线并联，数据分成高低两组分别接在2片FLASH的数据线上。（2）nCS3:0片选信号决定了所接的FLASH属于哪一个Bank，nCS1对应FLASH，所以用于启动的FLASH应接nRCS0即Bank0。如上所说做位数扩展时应将几片FLASH的片选CE接同一个片选信号。（3）nRD输出使能，当处理器对FLASH进行读操作的输出此信号。把它与FLASH的nRD相接即可。（4）nWR写字节使能，STR71X的系统中nWBE 1:0用于在进行写操作时指定写入的哪几位，4个信号分别对应32位中的4个字节。在用一片16位的FLASH时，

36、用nWR0做写信号接到FLASH的WE上。若是多片扩展，则根据FLASH的特性决定接哪几根nWBE。3.2.5. CF卡的扩展为便于功能扩展，系统扩展大容量存贮设备COMPACT FLASH（CF卡）来存贮滞留数据和静态图像。系统采用的CF卡是SST公司生产的SST48CF096。1 SST48CF096特性：（1）多容量选择，最大可到12G（2）封装小：为36.4 mm x 42.8 mm x 3.3 mm（3）支持5V和3.3V读写模式（4）PC模式ATA接口和True IDE接口 每个扇区512字节 兼容ATA指令（5）低耗电量 唤醒模式：35/55 mA（3.3/5.0V）（典型） 睡

37、眠模式：100/150uA（3.3/5V）（典型）（6）数据传输率 5V供电时为20MB/S突发 3.3V供电时为6.6MB/S突发2 工作模式（1） Memeroy Card模式在该模式下，CF卡被配置成主存贮空间的一个地址范围，CF卡为缺省工作模式。该模式能够通过配置选项寄存器来设置。（2） I/O Card模式该模式和PC-AT信号兼容，允许设计者将闪存地址合并到系统总线空间，使得CF卡似乎有明确的输入/输出地址线。（3） True IDE模式该模式兼容大多数的磁盘驱动，可通过编程内建文件系统。本系统采用Memory Card模式。3 电路连接电路连接如图3.9所示。STR71X ADD

38、R3:0 XDATA7:0 nSDCE nRD nWR COMPACT FLASHA3:0DQ7:0CE1OEWE地址总线数据总线图3.9 CF卡Memory模式扩展电路CF卡的接口电路为50Pin。CF卡在Memory模式下外部数据位宽度可为8位或者16位，在本系统设计中采用8位。3.2.6. 实时时钟在系统中为中心站与子站间时间同步，生成子站向中心站发送数据的时间戳，并防止程序进入异常状态或死机必须增加看门狗电路，在发生异常时复位系统。本设计采用DALLS的DS1286实时时钟带看门狗芯片完成上述工作。这款芯片内部还带有50个字节的存储器，由于有芯片内部电池供电，可以利用此存储器存储与系统

39、相关的一些数据，如系统的IP地址，CPU的工作模式。看门狗的工作原理是，处理器定时的访问看门狗电路，并清除看门狗的计数器。若程序出现异常或死机，则无法访问看门狗电路，当看门狗计数器到某一数值没有被清零时则发出复位信号将系统复位。在系统复位之后，可以从实时时钟的存储器中读出相关的配置信息重新配置本系统。1 DS1286特性（1）最小时间单位是1/100秒，可产生秒、分、小时、天、月、年等时间单位，已经调整好的运行时间直到2100年。（2） 能在处理器“跑飞”的情况下重启处理器。（3） 能产生实时报警信号。（4） 嵌入了锂电池，不外接电源时，十年内数据保存有效，时钟正常运行。（5） 可编程的中断，

40、方波输出。（6） 内部寄存器可通过地址线和数据线分开操作，内含50B的用户RAM。（7） 计时误差不超过1分/月。2 电路连接实时时钟和看门狗电路作为系统的扩展设备，如图3.10所示是系统扩展DS1286的电路。在电路中将STR71X的地址ADDR5:0接DS1286的A5:0；数据XDATA7:0接DS1286的DQ7:0;用扩展I/O接DS1286所以用nECS1做片选信号接DS1286的CE；读信号nOE接DS1286的OE；写信号nWBE0接DS1286的WE；用DS1286的看门狗中断信号INTA使系统复位。STR71X ADDR5:0 XDATA7:0 nECS1 nOE nWBE

41、0 nRESETDS1286A5:0DQ7:0CEOEWEINTA地址总线数据总线 图 3.10 系统扩展DS1286 3.2.7. 以太网接口系统采用uClinux作为嵌入式操作系统，ARM内部已经集成MAC控制，所缺少的只是物理接口。本系统采用MICROCHIP公司的ENC28J60作为以太网控制器1 ENC28J60特性本设计采用ENC28J60作为以太网控制器，这款芯片管脚数量少，与以前为个人计算机系统设计的,如RTL8019、AX88796L、DM9008、CS8900A、LAN91C111相比，电路原理简单，连接方便，非常适合与嵌入式设计.采用业界标准串行外设接口（SPI）的以太网

42、控制器ENC28J60具有以下主要特征： 符合IEEE 802.3协议。内置10 Mbps以太网物理层器件（PHY）及媒体访问控制器（MAC）,可按业界标准的以太网协议可靠地收发信息包数据。 具有可编程过滤功能。特殊的过滤器,包括Microchip的可编程模式匹配过滤器,可自动评价、接收或拒收Magic Packet,单播（Unicast）、多播（Multicast）或广播（Broadcast）信息包,以减轻主控单片机的处理负荷。 10 Mbps SPI接口。业界标准的串行通信端口,使得低至18引脚的8位单片机也具有网络连接功能。 可编程8 KB双端口SRAM缓冲器。以高效的方式进行信息包的存

43、储、检索和修改,以减轻主控单片机的内存负荷。该缓冲存储器提供了灵活可靠的数据管理机制。2 电路连接以太网接口为RJ45,通过变压器与控制器芯片ENC28J60相连： 图3.12 以太网接口芯片扩展电路3.2.8. GPRSGPRS（General Packet Radio Service）为通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”的优点。作为一个辅助模块，在有线网络暂时不可用、或者环境恶劣必须采用无线

44、、需要传送的数据量不大时可切换为GPRS通信。GPRS目前流行的接入方式是串行口，对串行口进行相关的配置，并安装驱动后，便可将GPRS模块当作普通的modem一样进行操作了。本系统我们使用Wavecom公司的Fastrack M1203A GPRS模块来实现与中心站的通信，如图3.13所示。通过UART与cpu连接，工作电压512v。但是由于此模块推出的时间较早，故没有内置TCP/IP协议，所以需要操作系统uclinux内部集成。Cpu在不同的时间读取不同的监测设备，并将数据储存。当中心站需要子站上传数据或者采集的数据达到一定要求时启动数据传送程序由M1203接入GPRS网络发送数据。AT指令是模块唯一能接收的语言，通过AT指令可以对模块的各个状态和行为进行控制。本系统常用的AT命令主要有：AT+CGACT（激活模块GPRS功能）、AT+CGREG（GPRS网络注册状态）、AT+CSQ （信号强度）、ATE（指令回显）、AT+CGCLASS（设置模块的工作模式）、AT+CGDCONT(设置分组数据交换的环境参数)等。图3.13 Wavecom公司的Fastrack M1203A GPRS模块3.2.9. 触摸屏模块考虑到要显示的数据较多，为了获得较好的显示效果，液晶屏采用元太的PD064VT5 6.4英寸LCD模组，分辨率为640*480，6bit面