基于ARM架构单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元

基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元基于 ARM 架构单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元摘要针对高速发展的当今社会,人们对时间的高效利用,使得现代都市生活节奏加快,智能家居、远程控制仓储等都已经渐渐的融入人们的日常生活中。随着仓库大量的增加,人们发现其管理难度也越来越大,对于仓库的需求也越来越多,人力管理仓库储存渐渐的不能满足需求了,对于如何减少人工负担,提高效率也就成为了一个大众化的问题。 为了满足人们日益增长的需求,我们开发了智能仓库存储管理系统来解决这问题。本系统是通过嵌入式技术,实现了对仓库环境的监测和管理方面的智能化,提升了仓库管理的效率,并且降低了人工管理和维护的成本,实现了不需要人力的仓库管理系统的远程监控和访问工作。关键词: 高效；智能仓储；远程访问基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元IIARM-based Microcontroller Development of Intelligent Storage System Sensor Acquisition UnitAbstractFor the rapid development of todays society, people on the efficient use of time, so that the accelerated pace of modern urban life, intelligent home, remote control, storage and so has been gradually integrated into peoples daily lives. With the large increase in the warehouse, it was discovered that its management has become increasingly difficult for the warehouse demand more and more, human resource management warehousing gradually cant meet demand, and how to reduce labor burden and improve efficiency has become a popular question.In order to meet the growing demand, we have developed a smart warehouse storage management system to solve this problem. This system is embedded technology, the warehouse environment monitoring and management of intelligence, to enhance the efficiency of warehouse management and reduces labor management and maintenance costs, the remote does not need manpower Warehouse Management System monitor and access work.Keyword: Efficient; Smart; Warehousing; Remote access基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元III目录摘要 .IAbstract.II第一章 绪论 .11.1 智能仓储的开发背景及前景 .11.2 论文中的一些术语解释 .21.3 论文的研究内容 .31.3.1 研究的内容 .3第二章 主程序的设计 .42.1 系统框架 .42.2 M0 终端设备的详细工作流程 .42.3 M0 终端设备的功能描述 .8第三章 M0 的数据采集及发送 .93.1 硬件介绍 .93.1.1 硬件简介及选择原因 .93.1.2 硬件的主要模块 .93.1.3 硬件的主要接口与功能 .93.1.4 硬件的微控制器 .113.2 M0 的工作流程 .113.2.1 M0 的工作流程 .113.2.2 M0 的工作流程图 .123.3 主要功能的介绍 .123.3.1 温湿度传感器 DHT11 .123.3.2 光照传感器 ISL29003.153.3.3 RFID 信息采集 CY14443.173.3.4 三轴加速度传感器 MMA7455L .193.3.5 ZigBee 无线通信设备 ZICM2410 .21第四章 系统移植和环境的搭建 .244.1 BOA Web 服务器移植 .24基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元IV4.2 CGI:通用网关接口 .254.3 SQLite 移植 .254.4 HTML 的设计 .264.5 环境的搭建 .26总 结 .30致 谢 .31参考文献 .32基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元0第一章 绪论1.1 智能仓储的开发背景及前景随着计算机的广泛应用,虽然目前很多的公司已经将计算机应用于日常办公,但是对于数据的采集方式还是会用纸张记录、然后手工输入到计算机的方式进行管理。因为毕竟是人力的输入,出错在所难免,浪费时间,准确率还比较低,对人力资源来说造成了浪费。随着企业的不断发展,仓库必然会越来越大,货物会越来越多,种类也会越来越多。仓库管理越来越复杂,企业的资金投入会增多。对于出库,入库而言,安全因素已经值得重视了。传统的人工管理仓库模式已难以满足仓库管理的出入库速度快、准确度高的要求了,那么这些缺点将会影响企业的日常运行,成为制约企业发展的一大障碍。目前我国许多的企业仓储管理有这几点缺陷:(1)因为是人工搬运,空间利用不足,分布不合理,基本的设施不健全,同时不能及时的反馈当前的信息。(2)仓库中的存货多,企业难以消化,从而产生恶性循环,导致企业的看护这些无用的资源经济成本变多。(3)物品入库出库时,需要人工记录,过程复杂,容易出错,造成企业不必要的资源浪费。(4)仓库存储系统的不完善,浪费大量的人力资源,需要雇佣更多的人,对于一个企业的长远发展来讲,仓储管理型的人才是必须有的。由此可见对于运用智能仓储来管理这些势在必行,而且这也将为仓库管理带来前所未有的改变,它不仅仅可以带来意想不到的经济效益,同时也会为企业的快速发展提供无限的潜力。是否用智能仓储来管理仓库已经成为一个企业现代化的标志之一。它之所以能给企业好的效益,其主要体现在：(1)智能化管理一方面节省了时间提高了工作效率,减少了人员方面的分配,同时也降低了出库入库时的出错率,间接地减少了企业的开支,相对的增加了企业收入。(2)仓库的管理操作自动化和信息的电子化,全面提高了仓库的管理水平,更有利于企业未来的发展。基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元1对于我国智能仓储的发展,笔者特意参考了一些资料书籍,发现近几年随着智能仓储的发展逐步成熟,我国电商发展的迅猛增长,对于智能仓储的发展未来几年内将呈井喷似的增长。2016-2022 年中国智能仓储行业市场规模发展预测年份 市场规模( 亿元)2015 5182016 6222017 7462018 8962019 10802020 1295通过表格我们知道,对于未来几年的智能化仓储管理发展将进入白热化的程度,一个好的智能仓储系统将会为一个企业的发展乃至国民经济的提高,起到非常大的积极作用。在当今高速信息时代,一方面我们要开发出好的应用管理软件,另一方面我们更应该建立完善的专业性的人才培养机制,使高水平的人才在实际工作中运用自身的知识去操作设备,提高仓库存储的利用率,让他们根据企业的实际情况对货物的信息及时反馈,做到用时少、速度快、精确度高的安排仓储物资,从而提高企业的效率。1.2 论文中的一些术语解释Linux: Linux 是一种类 Unix 操作系统。它是免费的并且开放源代码的,可以支持多用户操作的网络操作系统。并且它可以安装在各种计算机硬件设备中,从我们周边的手机、平板、无线路由器,到台式计算机和超级计算机,比如我国的天河 2 号,内部也是 Linux 系统。ZigBee:ZigBee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗局域网协议。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备,是一种低功耗的近距离无线组网通讯技术( 与蓝牙相似) 。A9: ARM Cortex-A9 是基于 ARMv7-A 架构的应用处理器。本项目Coretex-A9 选用的 CPU 型号为三星公司出品的 exynos4412, 它是三星公司的第一款拥有四核的处理器。据有关部门的测试,同样 CPU 的性能下,此款产品的性能更优越,耗能更低。(本论文中出现的 A9 均为 ARM Cortex-A9 处理器的简称,所用的是南京华清远见的 FS_4412 开发板,FS_4412 开发平台采用的就是基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元2Exynos4412 处理器)M0：基于 ARM Cortex-M0 内核的 LPC11C14 是 ARM Cortex-M0 系列低功耗、低成本的 32 位处理器。集成了多种传感器、RFID、ZigBee、OLED 显示模块等。( 本论文中出现的 M0 均为 ARM Cortex-M0 处理器的简称,所用的是FS_11C14 开发板 ,FS_11C14 开发板是基于 LPC11C14 微控制器 ARM Cortex-M0内核)1.3 论文的研究内容1.3.1 研究的内容智能仓储系统由 A9、M0、Linux、ZigBee 等技术的结合。通过 M0 上的传感器实时收集仓库里的信息(湿度,温度,光感数据等信息),然后通过 ZigBee 无线网络传输到 A9 上(运行 Linux 系统)。A9 收集到数据后进行分析,反馈到 PC 机上,通过在 PC 机上构建嵌入式 web 服务器并且在页面上设置按钮 ,那么用户在 pc机操作按钮就进行远程监控和管理仓库了,A9 作为智能仓储系统的控制系统和服务器端,而用户借助于 PC 机可以实现仓库的内部环境智能控制和工作人员的远程监控。本文主要介绍的是个人负责的在 M0 上的数据的收集和处理 ,由于篇幅限制,省略写对 A9 和 PC 机如何工作的介绍。本项目共分三个模块：如图 1.3.1图 1.3.1 三个模块基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元3第二章 主程序的设计2.1 系统框架a.通过 M0 进行实时采集和处理环境参数,例如温度、湿度、光感数据,进行物品刷卡b.再通过 ZigBee 模块把采集到的环境参数或物品信息发送给 A9c.由 A9 的 M0 线程负责接收环境参数或物品信息,激活数据库线程对数据库进行相应的处理,然后如果是环境参数则对环境参数进行判断处理d.构建嵌入式的 web 服务器,使用户通过网络利用 pc 机进行监控。f.在 pc 机的 web 页面上设置控制按钮,对 M0 进行控制，监控设备识别用户指令并进行相应动作2.2 M0 终端设备的详细工作流程a.系统上电初始化 M0 终端上各个设备,包括系统定时器、GPIO 口、SPI、UART 、 I2C 等设备 ,配置系统滴答定时器设置其终端为 1 毫秒,进而配置中断处理函数精确到 1 秒。第一次采集信息用于在 M0 终端的液晶屏上显示。b.主程序进行轮询判断,在没有外部中断(ZigBee 接收数据中断、 RFID 刷卡中断) 的情况下主要执行环境数据的采集、M0 终端液晶屏的数据显示和数据打包发送给 A9 服务器,这时因为 M0 终端还没有收到 A9 服务器发送过来的指令(即 ZigBee 接收数据中断函数还未执行 ),所以 M0 终端初始模式为自制控制(即M0 终端未受到 A9 服务器命令控制而采取自我环境监测、异常报警等)；c.当有外部 RFID 刷卡时,其它数据正常采集,RFID 中断函数同时对磁卡数据进行采集校验数据有效性并发送给 A9 服务器；d.当有外部中断 ZigBee 接收数据中断产生时,其它数据正常采集,ZigBee 接收数据中断处理函数接收 A9 服务器发送过来的指令 ,执行不同的设备,同时 M0终端切换为 A9 服务器控制 M0 终端模式； e.为了安全稳定的管理机制,我们对异常行为进行的可能性进行了评估、假设。当 A9 服务器异常(即 A9 服务器不能正常给 M0 终端设备发送指令)时,M0终端在 30 秒内未接收到 A9 服务器发送过来的指令时自行切换到 M0 终端自制模式,对当前环境进行检测、判断是否异常决定是否打开蜂鸣器报警。工作流程图 如图 2.2基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感采集单元4C o r t e x - M 0 初始化数据是否有效打包数据采集数据Z i g B e e 发送数据温度 、 湿度 、 光度 、 三轴加速度 、 电量 、 A D C主程序（ w h i l e ）Y E S拆包数据采集磁卡数据Y E S数据是否有效Y E SY E S关闭 M 0 自动控制 ，改为 A 8 - M 0 控制风扇 蜂鸣器L E D 数码管不同命令控制不同设备Z i g B e e 接收数据中断M 0 自动控制打开 M 0 自动控制且数据有效风扇 蜂鸣器不同命令控制不同设备Y E SN ON ON OY E S轮询刷卡图 2.21. 工作流程的程序代码开发板的初始化InitSys(); /系统初始化,让 M0 芯片跑起来InitTimeFlag(); /定时时间标志位InitAllSensor(); /初始化所有的传感器InitAllDevice(); /初始化外围设备InitControl(TitileBuf); /初始化按键控制,传参标题头 TitileBufTeam_Logo(); /显示开机界面 void InitSys(void)SystemInit(); /系统初始化GPIOInit(); /IO 初始化InitDelay(48); /初始化延时滴答定时器init_timer32(0, 480000); /初始化 32 位定时器 10msNVIC_SetPriority(TIMER_32_0_IRQn, 0); /映射 32 位定时器中断enable_timer32(0); /使能 32 位定时器UARTInit(115200); /设置串口波特率NVIC_SetPriority(UART_IRQn, 2); /映射串口中断void InitTimeFlag(void)To10msFlag=FALSE;To10msCnt=1;基于 ARM 架构的单片机开发智能仓储系统中的传感