cortex-M0数据采集设计

1、1终端M0模块设计1.1 1 终端设备方案描述物联网仓储的终端设备，主要负责对各种信息进行采集，并将信息上传给终端设备，并对终端设备发出的指令进行及时响应。相关信息主要包括温湿度、光感度、三轴加速度、电压信息以及进出仓库的刷卡信息。主控制器选择了 NXP 的 LPC11C14 似下简称 M0),它是 ARMCortex-M0 系列的低功耗 32 位处理器，它最高可以工作到 50MHz 无论是在速度上还是在功耗上，亦或是抗干扰能力上，它完全能够胜任终端数据采集的重任。前端设备与终端设备的通信采用的是 ZigBee 通信模块，它功耗低，成本低，具有优良的网络拓扑结构，便于组网。它与 M0 之间的连

2、接采用的是双向的 SPI 至 ijUART 转换芯片SC16IS752,节省了片上有限的 UART 资源1.2 系统功能框图M0 节点完成对节点的温度、湿度、光照强度、ADC、三轴加速度和刷卡信息的采集工作，节点从 M0 对数据进行打包并通过 Zigbee 向主 M0 节点发送打包数据。主 M0 节点在完成对节点的温度、湿度、光照强度、ADC、三轴加速度和刷卡信息的采集工作的同时，并对通过 Zigbee 接收从 M0发送的数据，最后连同本节点的数据一起通过串口上传至 A8 平台。串口发送从M0结点主MO节点并转发数据温度湿度光照强度ADC三轴加速度刷卡1.3 M0 终端主流程图文档:Cofte

3、x-M0,济-伊任：IImj：2012i4Jd件芮：Zm图 1.1M0 终端流程图mnrtex-MO初始化I:R*感卡北版J!V时力勺拧.：i.:洛小同北飞01.1；”关用MQ自引忖;IH，改为AB-KU控制订科B史甘发送铉时4K工翅1KU*曲*14揩1数肯.:叵）可Ai/ic1HtJ5t*轴加坡山、心量1ADCrnntou7j.依也门为,*HU坡肥1.4A8 端从 Zigbee 接收消息发送给各个线程的流程图1.5 从 A8 端接收命令的流程图物联网模块物联网模块分为两个模块：分别为 zigBee 通讯模块、仓储环境信息采集模块以及信息采集模块。3.%2 zigBee 通讯模块：物联网硬件模

4、块之间以 ZigBee 通讯方式进行通讯，M0 和 A8 各有自己的 ZigBee,ZigBee 之间通过串口相连，M0 将采集到的信息通过 ZigBee 上传给 A8。4.%2 仓储环境信息采集模块：实时采集仓库环境的温度、湿度。5.%2 RFID 信息采集模块：负责商品 RFID 卡号的信息采集RFID两个1.3功能模块描述2温湿度传感器DHT102.1温湿度传感器工作原理DHT10 数字温湿度传感器是是一款含有已校准数字信号输出的温湿度传感器，它具有成本低，性能稳定，抗干扰能力强等优点。它采用简化的单总线通信，主机通过特定的时序对其进行访问，它一次传送给主机 40位数据，高位先出，其数据

5、格式如下：8bit 温度整数数据+8bit 温度小数数据+8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bit 校验位其中 8bit 的校验位为前面 4Byte 数据之和。它与 M0 的连接如图 5.3 所示，其中上拉电阻 R30 是为了保证在总线空闲时，其状态为高电平。2.1DHT11 温湿度传感器时序图分析用户主机发起开始信号后，数据时序如图 5.4 所示:6）整个温度读取的流程图QL1T11VDDDATANIC图 5.3DHT11 原理图图 5.4DHT11 数据时序图M0 读取数据的步骤如下：1)DHT11 上电后(DHT11 上电后要等待 1S 越过不稳定状态，在此期间不要做任何

6、操作)，测试环境温湿度，并记录数据，此时 DHT11 的 DATA&据线由上拉电阻拉高，它的引脚处于输入状态，时刻检测外部起始信号。2)将 M0 设置为输出，并输出低电平，保持 18ms 以上，然后 M0 设置为输入，此时 DATA 数据线被拉高，等待 DHT11 的响应信号。e2254-Numbered_296ec82c-6013-43b0-b9bb-796d344d822DHT11 接收到 M0 的低电平起始信号后，延时一段时间，向 M0 发送 80us 的低电平响应信号，接下来继续发送 80us 的高电平信号，通知 M0准备接收数据。M0 接受到低电平响应信号后，延时 80us 后接受数

7、据。e2254-Numbered_296ec82c-6013-43b0-b9bb-796d344d822DHT11的 DATA引脚车出 40位的数据，MO 艮据电平的变化来获彳#数据。位数据 0 的格式为 50us 的低电平加 26-28us 的高电平。位数据1 的格式为 50us 的低电平加 70us 的高电平。e2254-Numbered_296ec82c-6013-43b0-b9bb-796d344d822DHT11 输出 40 位数据后，继续输出50us 的低电平后转为输入状态。e2254-Numbered_296ec82c-6013-43b0-b9bb-796d344d822DHT1

8、1 数据格式：示例一 L 梭收到的 40 位数据为D011OO 口口。0 口 00OOr1OOOOOOO 口口 00O1OC11。1海磨高占位温度 1 氏 b 位温度商 8 位温黑低 8 位才交聆位OD11D1O1+OOOO0000-4-CX3O110CX3-I-00C1O0000=O1OO11D1接收敌相正通:湿度：QO1TO1CH=35H=53B4RH混度：00011 口口口=1 日 JH=24 七1.3.2光照度传感器ISL29003工作原理ISL29003 是一种集成光传感器，具有背光控制，温度控制系统，对比控制，相机曝光计量，照明控制装置等功能模块。内置的整合型 ADC 和标准 II

9、C 接口，该设备能够采集周围光照强度 lux 转化为数字量通过 IIC 输出采集信息， 传感器光照强度可从 1lux 调节到 100,000lux 的光照强度，ADC 具有高达 15-bit 有效分解,该传感器被金属覆盖， 以增强光电二极管在光照较弱的环境下输出读数的效果，可显示低光度 lux 的功能。人眼反应（540 峰值灵敏度），温度补偿，16 位分辨率，计数灵敏度:65luxISL29003 和 M0 链接的原理图如下图 5.6图441ISL29003原理图I2C 选择范围量程 1=0lux量程 2=0lux量程 3=0lux量程 4=0lux到 1000lux到 4000lux到 16

10、000lux到 64000lux通信时序图FIGURE1.OCREAETIMINGDIAGRAMSAMPLE图 5.8 读时序图 5.7 写时序1.3.2.3 读取光照度的流程图代以Ek配皿IM* 以 制CMI*CttK巾除1皿皿HummBBRimwFCDATAPCSCAhDCVICEADORESSWAREGISTERADORESSAFUNCTIONSASTOPFCCLKhFIGURE2.2CWRITETIMINGDIAGRAMSAMPLELPC11C14的ADC外设10 位逐次逼近式模数转换器；在 8 个管脚间实现输入多路复用；掉电模式；测量范围：03.6V,不超出 VDD(3V3)的电压;

11、10 位转换时间2.44s；一个或多个输入的突发转换模式；可选择由输入跳变或定时器匹配信号触发转换； 每个 A/D 通道的独立结果寄存器减少了中断开销。M0 的 ADC 转换原理图如下图 5.9图 5.9ADC 原理图三轴加速度采用飞思卡尔 MMA7455 三轴加速度传感器MMA7455 是一款数字输出、低功耗、紧凑型电容式加速度计。特征?数字出(I2C/SPI)-10 位在 8g 的模式下3 毫米 X5 毫米？LGA-14x1 毫米的封装?功耗电流低:400AA自我测试 z 轴?彳氐电压操作:2.4V-3.6V用户指定的寄存器偏移校准可编程阈值中断输出?水平/点击检测运动识别(如冲击、振动、

12、落体)?对脉冲检测单或双脉冲识别?灵敏度(64LSB/2g 和8g 在 10 位模式下)?可选敏感度(2g,4g,8g)?鲁棒设计、高冲击生存性(10000 克)?RoHS 兼容?低成本三轴加速度电路连接图 5.11PZ16DBD221射频卡模块CY14431CY-14443A 系列射频读写模块采用基于 ISO14443 标准的非接触卡读卡机专用芯片，采用0.6 微米 CMOSEEPROM 工艺，支持 ISO14443typeA 协议，支持 MIFARE 标准的加密算法。RFID 读卡模块通过 SPI0 接口与 M0 进行连接，它的中断引脚与 M0 的 IO相连，在主程序中，只要判断该 IO

13、口的电平高低，即可判断是否有卡，如果有卡，则进行相应的读卡操作。SCLSDAAS3_INT1公二图 5.11 原理图SCUSCKVDDGND1S口A/SHNC1SOOAOGND3GND2WC2AVDDIMT2INT1/RDYL2C/SP1U10MMA7455LnI0.1uF工23-KV3321TFB2C3310UF（2）射频卡电路连接图：CY14443M3CY14443/SPIAGND1TX1AGND2TX2AGND3RXRFIDSPI_MSCKSP?MISOSPLMOSISPI_SSRESETBUZZSIGVCCGND1SCKO/2MISOOs3MOSIO74RfidnCS；5RESET；6

14、IRfidnINT、3一，卜C410.1uFV3.3RfidnINTSCKOMISODMOSIORfid_nCSnRESET射频模块数据读取过程模块工作在半双工方式，即模块接受指令后才会做出应答，由于 SPI 接口发送数据的同时接受上一时钟周期的从机响应数据，因此在命令发送结束后，需要稍作延时，等待模块处理命令并作出响应，读响应时可以发送 0 数据给模块。按照如下时序图对 CY14443 进行相应的数据读取，因用户使用要求只需将卡中内容读取出并将数据发送到 A8 中即可。首先将，设置 PORT0_6 为工作在 SCK0 状态。再将 PIO2_8 设置为输入状态以接受中断信息，并进行相应的数据采

15、集、发送。最后将 CS 片选线拉低，这时就可以通 SPI 总线进行发送接收数据。但发送的方式需要按厂家所指定的顺序即：前导头(0 xAA0 xBB)+通讯长度+命令字+数据域+校验码。前导头：0 xAA0 xBB 通讯长度：去掉前导头之外的通讯帧所有字节数。命令定：各种用户可用的命令(详见说明书)。校验码：去掉前导头和校验码之外，所有通讯帧字节异或的值接收：正确：前导头+通讯长度+上次发送的命令字+数据域+校验码错误：前导头+通讯长度+上次发送的命令字的取反+校验码举例：读取数据块内容命令格式：0 xaa,0 xbb0 x0a0 x210 x000 x010 xff,0 xff,0 xff,0

16、 xff,0 xff,0 xff)校验字节前导头长度命令字密钥标志块号 6 字节密钥正确返回：0 xaa,0 xbb0 x120 x2116 字节数据校验码CPU 发送命令帧之后，需要等待读取返回值，返回值的格式如下：前导头+通讯长度+上次所发送的命令字+数据域+校验码项目中所使用到的命令只有读取卡中数据块。CY14443 射频模块工作流程图:SCK(CPOL=0)mode0SAMPLEIULXMS8MHDCRD=gMSBBit4Bit3SPI匚作方式CHAhGE0MOSIPINCHANGE0_MISOPIN泰Bit6BitsXXZigBee无线通信设备ZICM2410ZigBee 实现无线传

17、输ZigBee 模块选用周立功公司出产的 ZICM2410ZigBee 模块实际上用串口和它连接即可以收发数据。特点SPI 高速串行接口；能自动感应到靠近天线区的卡片，并产生中断信号；采用高集成 ISO14443A 读卡芯片，支持 MIFARE 标准的加密算法；具有 TTL/CMOS 两种电压工作模式，工作电压 3-5.5V;采用工业级高性能处理器，内置硬看门狗，具备高可靠性；抗干扰处理，EMC 性能优良；把复杂的底层读写卡操作简化为简单的几个命令；但 M0 开发板 CPU(LPC11C14)唯一的一路串口用于了串口转 USB。所以开发板上用了一款芯片 SC16IS7521 将 SPI1 信号

18、转换成串口和 ZigBee 模块相连接，实现通信。所以通过 ZigBee 模块发送数据即变成了写 SPI1 发送数据程序。OCUCHHHBHHHflBfcJEWOirt-mSPJ+O外i中断ZICM2410 模块对外部系统提供的接口包括：(1)UART0 和 UART1(2)I2c(3)SPI(4)GPIO(5)AD-4 路(6)IIs-输入输出ZigBee 通信部分ZigBee 模块提供了多种数据接口，这里我们选择的是SC16IS752 转换芯片进行连接，如图 5.5 所示。SPIUARTSC16IS752；:ZigBeeUART 串口，它与 M0 之间是通过申 mIIS声也而人刷山roZi

19、gBee 接收函数流程图SPI 时序图解析:先简易分析一下写过程：SCK 时钟线空闲状态为低电平（CPOL=0）且一直以时钟信号传输。在时钟线第一次发生跳变时（CPHA=0）,开始采集数据。首先在 SDI 输入第一个字节，包括写标志，寄存器地址，管道号，和一个保留位。然后便可往该寄存器内写入相关数据再来看一下读操作：跟前面类似，首先在 SDI 输入第一个字节，包括读状态，寄存器地址，管道号，和一个保留位。注意，关键的地方来了！若想读出数据，必须要先写入一个空字节即 0,才能读出数据。所以当写入空字节后，便可在 SDO 上读出想要数据。ZigBee 收发数据的流程图：选择 channal,初始化

20、各个引脚和寄存器选贝 Ispi0,并设置 pio0_8/9 为spi_miso/spi_mosi一使能时露设置 GPIOpin 为RFID/FLASHOLEDSpi 基础知识:Spi 中分 master 主设备和 slave 从设备。数据发送都是由 master 控制。Spi 有四根线：SCLK：serialclock(串行时钟)MISO:masterinslaveout(主设备输入，从设备输出)MOSI:masteroutslavein(主设备输出，从设备输入)SS：slaveselect 选中从设备，片选Spi 主要应用在 EEPROM,FLASH,实时时钟，AD 转换器，数字信号处理，数字信号解码器之