项目实战之一：基于ADUC7061的Modbus智能传感器模块

项目实战之一：基于ADUC7061的Modbus智能传感器模块已经两周没写文章了，适逢金三银四，最近也打算换工作，好好把项目复盘下。目录项目实战之一：基于ADUC7061的Modbus智能传感器模块前言一、硬件二、软件1.CRC-16校验算法2.中位值平均滤波算法3.快速排序4.二分查找总结前言现在所在的这家公司是做仪器仪表的，所有的产品都是围绕传感器开发。传感器大部分来自美国Baseline和英国Alpha，一个上千；也有国产的，几百不等，不过说真的，性能差太多。这玩意核心还是材料，国产在这方面还有很长的路要走。靠卖传感器自然赚不到钱，主要收入还是靠产品定制。比如前一个客户需要TVOC，后一个客户需要NH3和H2S，只要稍微修改下就好了；传感器越多，仪表售价越高，特别是带显示的那种。由于是Modbus协议和4~20mA输出，所以在工业上用途很广。一、硬件我来这家公司的时候，源代码都没有，于是让我重新开发。硬件平台是ADUC7061，好家伙，内置24位ADC。于是我就自己画了个开发板，自己焊好，对于不擅长硬件的我来说，这MCU是真难焊。不过点灯成功的时候，还是成就感满满。这块芯片baidu上资料不多，直接开源了吧：二、软件当时老板提出的要求是：1、功能在原来的基础上增加多点标定、0.4-2V输出；2、输出协议改成RS485/Modbus协议；3、精度提升。于是软件功能模块很明显了：GPIO、ADC、DAC、UART、FLASH。软件算法主要用到了CRC-16校验、快速排序、中位值平均滤波、二分查找，其他好像也没了。1.CRC-16校验算法这个是比较常见的校验算法。//CRC校验//arr[]:要校验的数组//size:数组长度-2//比如010301010001D436，输入010301010001//输出CRC_tmp，(char)CRC_tmp和CRC_tmp>>8即D436u16CRC_Check(u8arr[350],u8size){ u16j,k,CRC_tmp=0xffff;//CRC寄存器初始值for(j=0;j<size;j++)//循环计算每个数据{CRC_tmp=arr[j]^CRC_tmp;//将八位数据与crc寄存器异或for(k=0;k<8;k++)//此处的8--指每一个char类型8bit，每bit都要处理{ if(CRC_tmp&0x01)//判断右移出的是不是1，如果是1则与多项式进行异或{CRC_tmp=CRC_tmp>>1;//先将数据右移一位CRC_tmp=CRC_tmp^0xa001; //与上面的多项式进行异或}else{CRC_tmp=CRC_tmp>>1; //如果不是1，则直接移出}}}returnCRC_tmp;}其他校验算法还有校验和、异或校验等。//校验和uint8_tCheckSum(uint8_t*Buf,uint8_tLen){uint8_ti=0;uint8_tsum=0;uint8_tchecksum=0;for(i=0;i<Len;i++){sum+=*Buf++;}checksum=sum&0xff;returnchecksum;}//异或校验uint8_tCheckXOR(uint8_t*Buf,uint8_tLen){uint8_ti=0;uint8_tx=0;for(i=0;i<Len;i++){x=x^(*(Buf+i));}returnx;}2.中位值平均滤波算法要提高精度，24bits的ADC已经足够高了，但是我测试中发现硬件并不能达到，于是还得在软件上增加滤波。一开始使用的是滑动平均滤波，测试中发现偶尔来一个干扰就会把平均值拉高；然后改成了中值滤波，发现又没有均值滤波稳定；于是就把两种滤波结合到了一起：#defineFilter_N9doublefilter(doubleADC_Rtd)//滑动均值滤波 {unsignedcharl,m;doublesum=0,value=0;doublefilter_buf[Filter_N];//滑动AdcBuf_Sliding[Sliding_N]=ADC_Rtd; if(Sliding_N==Filter_N){Sliding_N=0;}else{Sliding_N++;}for(l=0;l<Filter_N;l++){filter_buf[l+1]=AdcBuf_Sliding[l];}//冒泡排序 for(j=0;j<Filter_N-1;j++) {for(i=0;i<Filter_N-j;i++){if(AdcBuf_Filter[i]>AdcBuf_Filter[i+1]){temp=AdcBuf_Filter[i];AdcBuf_Filter[i]=AdcBuf_Filter[i+1];AdcBuf_Filter[i+1]=temp;}}}for(m=Filter_N/3+1;m<Filter_N*2/3+1;m++){//去掉最低1/3和最高1/3取平均sum+=filter_buf[m];value=sum*3/Filter_N;}return(value);}3.快速排序然后发现丢包有点高，把上面的冒泡排序改成了快速排序。intqusort(doubles[],intstart,intend)//快速排序{inti,j; //定义变量为基本整型i=start; //将每组首个元素赋给ij=end; //将每组末尾元素赋给js[0]=s[start]; //设置基准值while(i<j){while(i<j&&s[0]<s[j])j--; //位置左移if(i<j){s[i]=s[j];//将s[j]放到s[i]的位置上i++; //位置右移}while(i<j&&s[i]<=s[0])i++; //位置左移if(i<j){s[j]=s[i];//将大于基准值的s[j]放到s[i]位置j--; //位置左移}}s[i]=s[0]; //将基准值放入指定位置if(start<i)qusort(s,start,j-1);//对分割出的部分递归调用qusort()函数if(i<end)qusort(s,j+1,end);return0;}#defineFilter_N9doublefilter(doubleADC_Rtd)//滑动均值滤波{unsignedcharl,m;doublesum=0,value=0;doublefilter_buf[Filter_N];AdcBuf_Sliding[Sliding_N]=ADC_Rtd;//滑动if(Sliding_N==Filter_N){Sliding_N=0;}else{Sliding_N++;}for(l=0;l<Filter_N;l++){filter_buf[l+1]=AdcBuf_Sliding[l];}qusort(filter_buf,0,Filter_N);//快速排序for(m=Filter_N/3+1;m<Filter_N*2/3+1;m++)//去掉最低1/3和最高1/3取平均{sum+=filter_buf[m];value=sum*3/Filter_N;}return(value);}4.二分查找由于需要多点标定，浓度与ADC是成正线性关系，就满足了有序数列，于是就想到了用二分算法。#include<stdio.h>/*----------------------------------------------------------------------*Function:BinarySearch(int*arr,intkey,intmin,intmax)*Discription:二分查找首个大于等于指定数字的位置*Inputs:arr,指向被查找有序序列的指针；*key,被查找的数*min,左边界*msx,右边界*Outputs:none*return:-1,未找到；*-2,输入参数异常；*其他,被查找元素对应的数组下标*---------------------------------------------------------------------*/intBinarySearch(int*arr,intkey,intmin,intmax){intmid=0;if(arr==NULL){return-2;}else{while(min<=max){mid=(min+max)/2;if(arr[mid]<key){min=mid+1;//在右边}elseif(arr[mid]>key){min=mid-1;//在左边}else{if(min==max){returnmid;//找到}else{max=mid;//在左边或者mid}}}return-1;}}intmain(){inta[]={2,4,6,8,10,12,14},target=8;printf("等于%d的数组下标为%d\r\n",target,BinarySearch(a,target,0,sizeof(a)/4-1));return0;}//输出：等于8的数组下标为3根据实际项目需求改动：每次标定后，利用快速排序将标定的ADC从小到大写入；每次读取浓度时，计算实时ADC处于哪个区间，就可以快速计算出浓度。这就变成了一道算法题：查找首个大于等于指定数字的位置，注意(min+max)/2越界：#include<stdio.h>/*----------------------------------------------------------------------*Function:BinarySearch(int*arr,intkey,intmin,intmax)*Discription:二分查找首个大于等于指定数字的位置*Inputs:arr,指向被查找有序序列的指针；*key,被查找的数*min,左边界*msx,右边界*Outputs:none*return:-1,未找到；*-2,输入参数异常；*其他,被查找元素对应的数组下标*---------------------------------------------------------------------*/intBinarySearch(int*arr,intkey,intmin,intmax){intmid=0;if(arr==NULL){return-2;}else{while(min<=max){mid=min+((max-min)>>2);if(arr[mid]<key){min=mid+1;//在右边}else{if(min