基于STM32F107与RT-Thread设计的数据采集器

本文介绍了基于STM32F107的CAN驱动编写,采用RT-Thread设备框架实现串口数据处理,并通过GPRS模块无线上传。在调试过程中,分享了内存分配、finsh使用以及RTT例程格式的经验。

作者

孙冬梅:南京工业大学自动化与电气工程学院博士、副教授,资深RT-Thread开发者

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设计了基于STM32F107设计的数据采集器,实现多种数据(串口、CAN口)采集处理后通过 GPRS模块 无线上传。重点编写了CAN设备驱动; 使用设备方式实现GPRS模块串口数据的上传下载;最后提出了使用线程过程中出现的一些问题。

一、 功能分析

系统功能如图1 所示,不算太复杂。由于下级传感器模块的上报的数据内容很多,导致编写处理程序内容较多。

二、CAN驱动编写

为了模块化地处理传感器的主动上报数据,CAN设备不再用以前的中断处理,而是采用了RTT的设备框架,重新编写了device的驱动。研究RTT里的CAN总线收发设备:

发现只有框架,没有内容。就仿着串口写一个candevice。研究组件使用 中的串口驱动:

这是一个读代码的过程,弄清楚框架后,编写类似于linux中的驱动编写。

以上程序全部写好后,就可以使用设备通用操作函数来操作CAN。在主程序中首先要初始化设备,再注册设备。

RT-Thread作品秀】基于RT-Thread的CAN数据采集终端作者:tlled 概述在测试产品中,需要监听CAN通信上的数据,之前通过CAN适配器连接到电脑,在上位机上监听,但是在户外测试使用PC机不是很方便,使用ART-PI板卡外接显示屏,来显示要查看的设备总线的数据,以图形的方式显示出来,方便查看,我这次要实现的功能是显示显示十个测距传感器的距离,以条形的方式显示每个距离,同时显示测距传感器中最近的一个距离以数字的方式显示。 开发环境硬件:RT-Thread ART-PI STM32H750开发板,DIY 7寸电容触摸显示屏和CAN转换器 RT-Thread版本:RT-Thread 4.0.3 开发工具及版本:RT-Thread Studio 版本2.0.0 RT-Thread使用情况概述内核部分:线程创建,信号量,消息队列 组件部分:串口,CAN,I2C,LCD 软件包部分:FT6236驱动,peripheral_samples中的can_sample 例程,TouchGFX 4.15 其他:无 硬件框架硬件框图如下: 硬件说明: 1、LCD显示屏部分是根据ART-PI显示接口,绘制的转接驱动板,按照7寸的硬件驱动要求,绘制硬件电路设计电路PCB板。 2、显示触摸屏使用I2C协议的电容触摸屏。 3、CAN驱动是使用的mcp2551收发器芯片转接小板 软件框架说明软件总体流程图: 软件部分说明: 修改LCD和触摸屏驱动程序,能够正常显示和触摸。 使用TouchGFX组件,设计显示的界面。 创建消息队列,用于将CAN通信接收到的消息发送给TouchGFX组件,实现数据传输。 CAN通信接收处理。 软件模块说明演示效果https://www.bilibili.com/video/BV1bi4y1w74V/ 代码地址https://gitee.com/gtizhanghui/art-pi-prj 比赛感悟这次项目是在RT-Thread Studo软件创建ART-PI板卡对应的例程上进行修改的,也是第一次使用这个软件创建项目工程到下载板卡上运行,相比之前使用其他的编译工具,这个软件更方便,功能也更强大,可以直接在软件包里面找到相应设备的驱动直接可以应用到项目中,外设组件和设备驱动也可以应用,确实很方面。 这次项目中使用的TouchGFX板卡之间的数据交互的实现,花费了较多的时间,通过网上查看资料,通过论坛的帮助,最终解决了问题,收获了不少。 CAN通信部分使用的例程修改的,这部分还好,就是使用硬件滤波功能时,会有报错提示。
概述:这是一个数据采集的装置,本身没有什么亮点。主要是基于RT-Thread操作系统,驱动NB模块-BC26来实现数据的发送。值得一说的是RT-Thread本身有BC-26的驱动包。不过这里并没有使用,而是使用at-device软件包来驱动的BC26。因此稍微改一改内部的代码,就能驱动其他的AT设备。话回正题,我使用at-thread的目的就是驱动BC26建立TCP或UDP连接,使得板卡采集得到的数据能发送到我电脑上的TCP Server。当然,除了数据上传之外,也能实现上位机控制板卡。还有则是在代码中发现利用邮箱+消息队列来进行数据传输和通信真的很爽。 开发环境:硬件部分 ART-Pi (主控) BC-26 (NB-IOT模块) BHT11 (温湿度传感器) RT-Thread版本 RT-Thread V4.0.2 开发工具及版本 RT-Thread Studio V2.0.0 :RT-thread推出的IDE,免费。 Putty V0.73:开源免费的一款工具,我纯把他当成串口助手使用 花生壳 V5 :内网穿透工具。 网络调试助手(MetAssist V4.3.13):网上下的,应该比较出名。 RT-Thread使用情况描述:内核部分 调度器 消息队列 邮箱 组件部分 at_device UART 硬件框架描述先附图一张: 很简单的一个框架,总共只有主控,传感器,执行器,以及比较重要的云平台,这四大部分。传感器可以是任意传感器,只要发送的数值种类不一次性超出两种即可。执行器我在这里使用了板载的LED灯充当。云平台则是利用网络调试助手搭了一个TCP Server来充当。由于我个人没有固定外网IP,所以我如果直接使用网络助手,是无法将ART采集得到的数据传输到我的电脑上的。因此我利用花生壳将我的IP映射到了外网,使得板卡能连接到我创建的TCP Server上。 软件框架说明流程图如下: 本人并不是很会画流程图,所以辛苦大家看一看介绍吧。 其实在这个板卡中是要烧两套程序的,一套是bootloader负责初始化QSPI并且运行QSPI内的程序。所以这份程序是下载到片内Flash的。另一份则是具体的功能添加的比较多的程序。他是运行在QSPI中的。这两个程序必须先运行BootLoader否则QSPI中的程序是无法运行的。而由于BootLoader的职责是让程序从0x08000000跳转到0x90000000运行所以,如果QSPI中没有其他程序的话,Bootloader只会运行一次,表现的现象就是只打印一个LOGO。 其实在RT-Thread中其实有BC26的驱动包,可以直接拿来用,不需要自己再对BC26进行初始化,但是我这里使用的是at_device驱动包,所以自己要写一部分的代码,进行初始化。创建邮箱和消息队列则是为了两者相互配合一起实现发送同步消息的功能。 数据采集线程和数据发送线程之间使用消息队列+邮箱的方式实现消息同步,在这里数据采集线程可以有多个,而数据发送线程我这设立了一个。发送线程会将接收到的信息都发送到云平台中。 数据接收则是利用at_device中的代码实现的。利用内部的代码还可实现云平台发送消息控制板卡上的LED灯或者其他执行器。 软件模块说明消息队列+邮箱的消息同步方式 在使用消息队列+邮箱的方式来进行线程间消息同步的话需要先创建一个结构体,一个动态邮箱,一个消息队列。然后对结构体进行填充后利用消息队列发送出去,具体请看以下代码示例: //创建结构体部分 struct msg //消息队列发送此结构体的地址来实现线程间的同步 { char *str; int vol; float data1; int data2; struct rt_mailbox* ack; }; //创建动态邮箱部分 rt_mailbox_t mail_box1 = RT_NULL; //创建二氧化氮线程应答邮箱控制块 rt_mailbox_t mail_box2 = RT_NULL; //创建二氧化硫线程应答邮箱控制块 rt_mailbox_t mail_box3 = RT_NULL; //创建粉尘数据线程应答邮箱控制块 rt_mailbox_t mail_box4 = RT_NULL; //创建备用线程邮箱控制块 /**************创建多个应答邮箱******************/ int move_mail_box_sample(void) { mail_box1 = rt_mb_create("mail_box1", 1, RT_IPC_FLAG_FIFO); //创建动态邮箱1 mail_box2 = rt_mb_create("mail_box2", 4, RT_IPC_FLAG_FIFO); //创
RT-Thread作品秀】基于stm32的简易示波器 作者:詹敏 概述(说明应用产生的背景、实现功能)简易示波器基于STM32F103芯片及自带ADC开发。可实现电压范围0-3.3V,频率范围1Hz-10kHz正弦波和方波显示,提供自动、普通以及单次三种采样模式,上升沿和下降沿两种触发方式,0~3.3V触发阀值。该系统可满足常见场合使用需求。 开发环境(所采用的软、硬件方案)硬件:stm32f103-指南者,3.2寸ILI9341液晶显示 RT-Thread版本:3.0.3 开发工具及版:MDK 5.26 RT-Thread使用情况概述(简要总结下应用中RT-Thread使用情况:内核部分、组件部分、软件包部分、内核、其他)内核部分:调度器,信号量,消息队列。 调度器:创建多个线程来实现不同的工作。 信号量:用来同步线程。 消息队列:用来实现线程之间传递的数据。 硬件框架(概述应用所采用的硬件方案框图,并对核心部分做介绍)ADC采集波形发生器信号经过stm32f103芯片处理后显示到3.2寸ILI9341液晶屏。 软件框架说明(介绍应用所采用的软件方案框图、流程图等,并加以解说) 软件模块说明(介绍应用软件关键部分的逻辑、采用的实现方式等)线程: GetWave_thread:波形采样线程;根据所设置的屏幕每一格代表的时间确定采样频率,根据触发阀值和触发模式确定采样开始点,对波形进行采样保存。PlotWave_thread:波形显示线程;根据屏幕区域划分进行波形显示。 KeyScan_thread:按键扫描线程;读取按键值进行转换并发送给设置执行线程。 Setting_thread:设置操作执行线程;执行设置项修改操作并刷新显示信息。 消息队列: setting_data_queue:将按键扫描线程读取并转换后的设置信息传递给设置执行线程,以完成设置更改和显示信息刷新。 getwave_status_queue:用于波形采样线程和波形显示线程之间通信,确保采样波形及时显示刷新。 key_scan_queue:用于设置线程和按键检测线程之间通信,确保按键信号及时被读取同时避免按键检测线程占用过多资源。 演示效果(演示效果请采用3张高清图片,并录制一段不少于1min视频解说应用所实现的效果,视频上传至B站或者腾讯视频或其他视频平台,给出链接即可) 比赛感悟(可以围绕这次比赛学到了什么,克服了哪些困难,有哪些收获,不低于200字) 本次比赛信息我是通过微信公众号了解到的,看到比赛时间刚好在准备开题期间又考虑到我本身不是控制专业,所以刚开始有点打退堂鼓。但那时候也正是刚刚完成一段时间的理论学习,确实需要一个实践项目来巩固,所以最后抱着试一试的心态没有申请板卡报名了。在截止日期也勉强完成了,但由于过程匆忙,系统仍有很多不完善的地方,算是一点遗憾了。 不过,总的来说收获肯定是不小的,学习如此优秀的国产操作系统RT-Thread并用它完成了自己的作品本身这件事足以让这段时间称得上有意义了。过程中也将之前所学知识应用到时间,加深了理解。虽然比赛已经结束了,后面还是会对作品进行继续优化改进。 最后感谢主办方为我们提供了一个自我锻炼的机会,学习的机会。感谢RT-Thread团队提供的优秀操作系统,后续还会继续深入学习。
RT-Thread作品秀】通用型数据采集设备作者:鱼柯 概述(说明应用产生的背景、实现功能)在一些低频采集设备中,典型的运行策略是,采集数据,上传数据,关闭外设进入睡眠状态;但是,在运行过程中,需要根据实际需求,更改采集频率,连接不同的设备,如果每次通过修改代码解决,通用性就很难保证,这个项目将一些uart型的传感器进行归类,通过文件设置数据交互过程中的命令,解析方式等,可以适配大多数的uart型传感器;同时,对一些网络摄像头也以同样的方式进行处理; 实现数据采集调度配置,数据采集,数据上传,图片采集,图片上传, 配置文件解析,固件远程更新;由于contab配置文件中的event使用的是MSH_CMD_EXPRT宏导出的命令。所以,它也支持系统需要定时执行的相对时间间隔需要变化的任务,比如:12:00. 13:10, 15:35, 18:23分别执行一次任务; 开发环境(所采用的软、硬件方案)硬件:art-pi, INDUSTRY-IO, 微气象仪, 网络摄像头 RT-Thread版本:rt-thread 4.0.3 开发工具及版本:ubuntu 18.04,gcc-arm-none-eabi-6_2-2016q4,scons v3.0.1,python 3.6.9,pkgs RT-Thread使用情况概述(简要总结下应用中RT-Thread使用情况:内核部分、组件部分、软件包部分、内核、其他)内核部分Inter-thread communication Event Semaphore mutex memory management device object 组件部分Finsh DFS (device virtual file system) serial device, mtd nor flash device, gpio device, ntp rtc device, sd/mmc device, spi device, serial flash universal driver (device driver) posix layer and c stand library SAL (socket abstraction layer) ping, ifconfig, netstat, netdev (network interface) LwIP 2.0.2 Ymodem ulog 软件包部分agile_console-v1.0.0 fal-v0.5.0 ota_downloader-v1.0.0 agile_telnet-v2.0.0 littlefs-v2.2.1 SignalLed-latest cJSON-v1.0.2 netutils-v1.2.0 vi-latest EasyFlash-v4.1.0 webclient-v2.1.1 硬件框架(概述应用所采用的硬件方案框图,并对核心部分做介绍)软件框架说明(介绍应用所采用的软件方案框图、流程图等,并加以解说)软件模块说明(介绍应用软件关键部分的逻辑、采用的实现方式等)类似 linux定时任务contab解析相关json配置文件,构建设备运行数据树: "contab": [{"event":"misc_check","time":"0 18"},{"event":"img_cap_start","time":"20 7,9,14"},{"event":"app_image_upload","time":"20 7,9,14"},{"event":"sensor_acq_start","time":"5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 *"},{"event":"app_data_upload","time":"5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 *"}] 事件执行分钟: 表示xx:5, xx:25, xx:30, xx:36, xx:45, xx:54 事件执行小时:*通配符,表示1-24小时 上面参数表示:每个小时的5,25,30,45,54分,执行img_upload_invl事件; 上传数据每次采集数据后,将数据存在本地一个缓存文件中,按照采集时间从前到后写入;同时会生成一个读取位置的缓存文件指示,下一次从哪个文件的那一行读取数据进行上传,上传成功后,更新读取位置的缓存;如20201217,227, 表示从文件20201217.txt的227个字符后读取一行数据进行上传,避免文件过大引起设备死机; 上传图片每次拍照时,将拍照成功的照片名及端口追加记录到一个缓存文件中,每次从缓存文件中,读取需要上传的图片构造form-data上传图片;如4,/sd/1608167012_4.jpg;如果上传成功,则删
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