摘 要：智能窗在國內(nèi)智能建筑上獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，國內(nèi)大多數(shù)公司生產(chǎn)的智能窗都是基于前后臺模式進(jìn)行設(shè)計的。以實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-II為基礎(chǔ)，簡要介紹了基于實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-II的智能窗系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，詳細(xì)介紹了其軟件的實(shí)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(guān)鍵詞：智能窗;智能建筑;前后臺系統(tǒng);實(shí)時操作系統(tǒng)

中圖分類號：TP316文獻(xiàn)標(biāo)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(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(nèi)，安裝智能窗的用戶將不斷增加。本文討論了一種基于實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-II的智能窗設(shè)計方法。

1 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)功能如下：手動按鈕開關(guān)窗戶；紅外遙控窗戶的開關(guān)；雨天能夠自動把窗戶關(guān)閉；檢測到可燃?xì)怏w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(guān)閉，并發(fā)送一條短消息給住戶。

2 硬件設(shè)計

CPU的選擇是嵌入式系統(tǒng)開發(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價格便宜；經(jīng)過擴(kuò)展后可以移植操作系統(tǒng)μC/OS-II;51單片機(jī)在國內(nèi)研究的較早，技術(shù)成熟。系統(tǒng)還包括電源、存儲、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

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(shí)時內(nèi)核，最多可以管理64個任務(wù)。μC/OS-II 的源代碼公開，絕大部分代碼使用標(biāo)準(zhǔn)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(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)。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

3.2 軟件方案

3.2.1 設(shè)計思路簡介

本設(shè)計的軟件和以往設(shè)計的前后系統(tǒng)不同，采用了多任務(wù)機(jī)制來設(shè)計應(yīng)用程序。CPU對大多數(shù)事件的處理都是放在任務(wù)中完成，而各個任務(wù)都是由對應(yīng)的信號量激活的。信號量可以由任務(wù)或外中斷INT0來發(fā)送，各個任務(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(wù)和外中斷之間的關(guān)系圖

3.2.2 系統(tǒng)任務(wù)和資源分配

μC/OS-II是一個實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以把系統(tǒng)軟件分割成多個任務(wù)，每個任務(wù)負(fù)責(zé)完成部分工作，系統(tǒng)功能由多個任務(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的效率和性能。本系統(tǒng)的任務(wù)分配如表1所示。

表1 系統(tǒng)任務(wù)表

任務(wù)名稱

起始任務(wù)starttask( )

煤氣處理任務(wù)mqtask( )

盜情處理任務(wù)dqtask( )

下雨處理任務(wù)sdtask( )

紅外遙控任務(wù)hwtask( )

手動關(guān)窗任務(wù)zatask( )

手動開窗任務(wù)yatask( )

電機(jī)開窗任務(wù)openwintask( )

電機(jī)關(guān)窗任務(wù)closewintask( )

短消息任務(wù)msgtask( )

在起始任務(wù)中建立了一系列信號量來協(xié)調(diào)各個任務(wù)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(wù)

Sem[CD#*2]dq=OSSemCreate(0)喚醒盜情處理任務(wù)

Sem[CD#*2]sd=OSSemCreate(0)喚醒下雨處理任務(wù)

Sem[CD#*2]hw=OSSemCreate(0)喚醒紅外遙控處理任務(wù)

Sem[CD#*2]za=OSSemCreate(0)喚醒手動關(guān)窗任務(wù)

Sem[CD#*2]ya=OSSemCreate(0)喚醒手動開窗任務(wù)

Sem[CD#*2]open=OSSemCreate(0)喚醒電機(jī)開窗任務(wù)

Sem[CD#*2]close=OSSemCreate(0)喚醒電機(jī)關(guān)窗任務(wù)

Sem[CD#*2]msg=OSSemCreate(0)喚醒短消息任務(wù)

3.2.3 主要任務(wù)描述

首先建立一個主函數(shù)(main函數(shù))，在主函數(shù)中調(diào)用OSInit()函數(shù)初始化μC/OS-II，然后建立第一個任務(wù)(起始任務(wù))，最后調(diào)用OSStart()函數(shù)啟動多任務(wù)。當(dāng)然，在建立主函數(shù)之前必須定義各個任務(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：

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void main (void)

{

OSInit();

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

OSStart();

}



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

起始任務(wù)部分程序清單如下：

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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(jī)開窗任務(wù)(openwintask)[HTSS]

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

電機(jī)關(guān)窗任務(wù)(closewintask)[HTSS]

該任務(wù)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(wù)、紅外遙控處理任務(wù)和手動關(guān)窗任務(wù)發(fā)送。

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

4 結(jié) 語

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

參 考 文 獻(xiàn)

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

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

［3］陶國正.單片機(jī)與接口應(yīng)用技術(shù)[M].蘇州：蘇州大學(xué)出版社，2004.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。