王世峰

(北京信息科技大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，北京100192)

STM32的DRTU在手機(jī)移動(dòng)端的顯示設(shè)計(jì)

王世峰

(北京信息科技大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，北京100192)

提出一種基于STM32的DRTU系統(tǒng)在手機(jī)移動(dòng)端顯示的設(shè)計(jì)，滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物聯(lián)網(wǎng)信息在手機(jī)端中顯示的需求。該設(shè)計(jì)以STM32F103RC單片機(jī)作為定位信息采集與處理的核心，其中應(yīng)用數(shù)據(jù)云平臺(tái)工作原理與無(wú)線通信原理。通過(guò)對(duì)外圍電路，主要是串口電路、 迪文屏顯示模塊電路、電源電路等設(shè)計(jì),以及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)云端并在迪文屏顯示，手機(jī)移動(dòng)端通過(guò)連接數(shù)據(jù)云端進(jìn)行顯示信息。

DRTU；STM32；移動(dòng)端；DGUS

引 言

為了提高社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益、管理效益，通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)測(cè)量分析、遠(yuǎn)程安全控制能夠給企業(yè)和政府辦公帶來(lái)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)安全、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、立即決策、指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)分析等效果。本文設(shè)計(jì)出基于STM32F103[1-2]的DRTU的移動(dòng)端顯示系統(tǒng)，其能為人們的日常生活帶來(lái)明顯的便捷。

物聯(lián)網(wǎng)真正地貼近我們的生產(chǎn)生活，廣泛應(yīng)用于智能制造、環(huán)保、消防、智慧城市、交通、工程作業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、航空等領(lǐng)域。 DRTU設(shè)備是遠(yuǎn)端3G/4G-DRTU數(shù)據(jù)終端，解決了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、控制、分析計(jì)算問(wèn)題，集PLC控制、3/4G數(shù)據(jù)傳輸、工控機(jī)、顯示器、防爆箱、智能手機(jī)、衛(wèi)星定位、視頻監(jiān)控等一體化功能設(shè)備，創(chuàng)新性顯著。

系統(tǒng)配備DRTU數(shù)據(jù)終端，同時(shí)可接受百萬(wàn)級(jí)點(diǎn)位數(shù)據(jù)同時(shí)工作，聯(lián)合系統(tǒng)很容易擴(kuò)展到千萬(wàn)到數(shù)十億級(jí)數(shù)據(jù)處理量，能夠組成大范圍的物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算大系統(tǒng)。然后通過(guò)手機(jī)無(wú)線連接云平臺(tái)，將信息傳輸?shù)绞謾C(jī)端并且通過(guò)手機(jī)來(lái)進(jìn)行處理，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)日益離不開(kāi)手機(jī)的人們具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本設(shè)計(jì)采用STM32F103RC[3]單片機(jī)，擴(kuò)展接口連接各種信息采集傳感器，本設(shè)計(jì)采集芯片包括GPS傳感器和攝像頭。采用迪文屏模塊和手機(jī)移動(dòng)客戶端進(jìn)行雙顯示，通過(guò)串口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)迪文液晶屏的控制，通過(guò)手機(jī)客戶端來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)云數(shù)據(jù)的連接。電源電路采用LM1117芯片，輸入為24 V電壓，輸出端提供USB接口的5 V電壓，和3.3 V電壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 STM32F103RC最小系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)采用STM32F103RC[4-5]微控制器，此芯片集成了各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口， 擁有多達(dá)9個(gè)通信接口、2個(gè)I2C接口(支持SMBus/PMBus)、3個(gè)USART接口(支持ISO7816接口、LIN、IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制)、2個(gè)SPI接口(18 Mb/s)、CAN接口(2.0B主動(dòng))、USB 2.0全速接口。

此芯片具有實(shí)現(xiàn)RTU(數(shù)據(jù)采樣和處理能力,通信能力)和DTU(通信能力[如TCP/IP等])基本功能,例如A/D采樣、各種通信設(shè)備(UART)、現(xiàn)場(chǎng)總線CAN、I2C總線等,也可以外加芯片實(shí)現(xiàn)TCP/IP，電源電路為其提供電源，晶振電路為其提供Hz工作頻率，采用上電自動(dòng)復(fù)位作為系統(tǒng)復(fù)位電路，JTAG電路滿足其程序的下載和調(diào)試。

2.2 ATK-NEO-6M-V2.3 GPS模塊

此模塊采用U-BLOX NEO-6M[6-7]模組，具有體積小巧、性能優(yōu)異的特點(diǎn)。其兼容3.3 V/5 V電平，可以連接任意兩個(gè)電源。利用自帶陶瓷天線MAXIM公司20.5 dB高增益LNA芯片來(lái)增強(qiáng)其工作能力。通過(guò)其模塊來(lái)采集地理位置信息，實(shí)現(xiàn)基本的RTU的采集信息功能。原理圖如圖2所示，實(shí)物圖見(jiàn)圖3。

圖2 ATK-NEO-6M-V2.3 GPS原理圖

圖3 ATK-NEO-6M-V2.3 GPS實(shí)物圖

2.3 電源模塊

本模塊采用一個(gè)外部的交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換器件作為前級(jí)電路，即電源適配器，它將220 V 交流電壓轉(zhuǎn)為24 V直流電壓。然后通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換電路，得到多路不同的更低電壓，此模塊將其電壓轉(zhuǎn)至5 V、3.3 V來(lái)滿足其他模塊電源的需要，原理圖見(jiàn)圖4。

圖4 電源模塊

2.4 串口(USART)模塊

本設(shè)計(jì)采用了3個(gè)串口電路，通過(guò)串口電路實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的傳輸控制。串口電路如圖5所示。

圖5 串口電路原理圖

2.5 MAX485模塊電路

其模塊采用5 V工作電壓，采用半雙工通信方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)。

只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選20 Ω的電阻。其模塊電路原理圖如圖6所示。

圖6 MAX485模塊電路原理圖

2.6 W25Q64電路模塊

STM32 F103RC將傳感器采到的音頻數(shù)據(jù)以及GPS定位數(shù)據(jù)存入W25Q64。然后通過(guò)STM32F103RC使用SPI接口讀寫(xiě)W25Q64BV(spi flash),實(shí)現(xiàn)將采集到地?cái)?shù)據(jù)及時(shí)地進(jìn)行處理。接口電路如圖7所示。

圖7 W25Q64電路原理圖

2.7 迪文液晶屏顯示模塊

迪文液晶屏(DGUS)采用直接變量驅(qū)動(dòng)顯示方式，所有的顯示和操作都是基于預(yù)先設(shè)置好的變量配置文件來(lái)工作的。使用DGUS來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其可以快速開(kāi)發(fā)全圖形觸摸屏人機(jī)界面，觸摸屏輸入法、彈出菜單、滑塊拖動(dòng)、增量調(diào)節(jié)等觸摸屏交互方式和變量圖標(biāo)、藝術(shù)字、曲線顯示、時(shí)間變量等變量顯示可借助PC完成。由于迪文液晶屏有存儲(chǔ)空間，工控方面比較理想，而且?guī)в酗@示DRTU功能，所以使用STM32的串口(USART)來(lái)對(duì)迪文液晶屏控制，實(shí)現(xiàn)其信息的交互。迪文液晶屏界面圖如圖8所示。

圖8 迪文屏界面圖

3 軟件設(shè)計(jì)

智能物聯(lián)云平臺(tái)當(dāng)中，STM32 F103RC控制系統(tǒng)的工作，其中云端服務(wù)收發(fā)處理系統(tǒng)，手機(jī)移動(dòng)端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)監(jiān)控、配置、管理、調(diào)度指揮、安全監(jiān)控等功能。其工作的主流程圖如圖9所示。

GPS[8-9]定位信息的采集程序能夠完成對(duì)定位信息的采集，由于微控制器RX、TX端口被占用，且微控制器只有一個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)UART數(shù)據(jù)通信，因此需要采用軟件模擬UART的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。在設(shè)計(jì)中所采用的是中斷方式模擬軟UART，并且每隔一定的時(shí)間更新一次采集。程序流程圖如圖10所示。

4 設(shè)計(jì)成果

4.1 地圖數(shù)據(jù)展示

在移動(dòng)終端上顯示登陸的DRTU位置，位置信息是通過(guò)設(shè)備的北斗裝置采集發(fā)送到云端的，移動(dòng)端通過(guò)云服務(wù)的統(tǒng)一接口獲取并顯示在地圖中。置信移動(dòng)端通過(guò)云服務(wù)的統(tǒng)一接口獲取并顯示在地圖中，地圖數(shù)據(jù)顯示效果如圖11所示。

4.2 音視頻監(jiān)控展示

移動(dòng)端音視頻可以與DRTU中視頻直接進(jìn)行通信，從而可以遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行情況，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)助操作。音視頻監(jiān)控展示效果見(jiàn)圖12所示。

圖9 主程序流程圖

圖10 采集程序設(shè)計(jì)流程圖

圖11 移動(dòng)端地圖展示

圖12 移動(dòng)端視頻監(jiān)控

4.3 實(shí)時(shí)和報(bào)警數(shù)據(jù)瀏覽

用戶除了可以在地圖中顯示DRTU的定位信息和傳感器中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外，還可以通過(guò)表格查看各設(shè)備中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)。

結(jié) 語(yǔ)

[1] 宋延昭.嵌入式操作系統(tǒng)介紹及選型原則[J].工業(yè)控制計(jì)算，2005(7).

[2] 李寧.基于MDK的STM32處理器開(kāi)發(fā)應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3] 王永虹,徐煒,郝立平.STM32系列ARM Cortex M3微控制器原理與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.

[4] ST.STM32F10xxx硬件開(kāi)發(fā)使用入門(mén),2009.

[5] 任明偉.基于ARM的嵌入式視頻采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].保定:河北大學(xué),2011:2-40.

[6] 陳吉.基于GPS的土地面積測(cè)繪技術(shù)及土地管理信息系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江大學(xué),2013.

[7] 辛德奎.基于北斗/GPS雙模的田間作業(yè)機(jī)車(chē)工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[D].大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué),2015.

[8] 劉國(guó)錦, 劉新霞. GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應(yīng)用[J]. 信息化研究, 2010(2): 1-3.

[9] 黃聲享，郭英志，易慶林，等.GPRS在測(cè)量工程中的應(yīng)用[M].北京：中國(guó)測(cè)繪出版社，2006.

[10] 黃攀.基于GPS/DR緊組合車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)研究及實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué),2013.

[11] 黃少鋒,張尊泉,鄧斌,等. 基于單片機(jī)采集與顯示GPS定位信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報(bào),2007(1):37-39.

Mobile Terminal Display System Design Based on STM32 DRTU

Wang Shifeng

(School of Automation,Beijing Information Science and Technology University,Beijing 100192,China)

In the paper,a design of DRTU mobile phone display based on STM32 is proposed.It can meet the growing information on the Internet of things in the mobile terminal display.The design uses STM32F103RC as the core for the acquisition and processing of the positioning informationin which the data cloud platform working principle and wireless communication principle are applied.Through the design of peripheral circuits such as the serial interface circuit,the mainly devin screen display module circuit,the power supply circuit,and the corresponding software system design,the collected data will be transmitted to the cloud and is displayed in the devin screen.The mobile phone terminal can display the information by connecting the data cloud.The test results show that the system can complete the mobile phone connect to the cloud data,and displays the information in the mobile terminal.

DRTU;STM32;mobile terminal;DGUS

TP211

A

?迪娜

2017-02-06)