【RT Thread作品秀】多功能气压计设计 电路方案

作者:杨红超 绪论 本章主要阐述多功能气压计的应用背景,包括根据大气压强判断和确定建筑工人的楼层位置、帮助建筑工人感知周围环境温度变化等,同时也可根据大气压强判断无人机的GPS定位。其次着重介绍气压计的具体功能,如可以通过对工人周围的气压和温度的采集计算出当前所在的楼层位置,并将数据信息通过ONENET上传到云服务器上,通过语音识别实现设备在线升级功能。最后对本次设计的组织结构进行介绍,以表明每章节的主要内容和作用。 1.1应用背景 为确保建筑工人在工地施工时的人身安全,故此设计一款工人们的“运行手环”——多功能气压计。它内置气体压强检测装置可实时检测建筑工人身处的大气压强和周围的环境温度,进而根据采集的数据推算出工人所在的楼层高度,并将数据实时上传到云服务器上通过管理者对数据的检测给建筑工人提供一份双保险。 此外,该多功能气压计还具有无人机GPS定位和判断吸尘器吸力大小等应用于多对象、多环境的特点。 1.2实现功能 本次多功能气压计的设计硬件采用ART-Pi开发板、LPS22HH气压传感器和LD3320语音识别模块,操作系统使用RT-Thread 4.0.3,软件使用RT-Thread Studio 1.1.5开发平台和使用C语言实现软件编程,具有如下功能: (1)利用LPS22HH气压传感器实时对大气压的压强进行采集,并通过SPI4接口将采集的数据传给单片机。 (2)利用AP6212 WIFI模块实时将经过处理后的数据,如温度值和楼层信息等上传到云服务器;同时通过WIFI模块实现在线升级用户程序。 (3)语音识别模块通过SPI2实现与开发板的数据交互,完成语音重启设备和语音在线升级功能。 1.3设计组织结构 本次基于ART-Pi开发板的多功能气压计设计,主要分为五个章节其具体设计组织结构如下: 第一章绪论,主要介绍多功能气压计的实际应用背景和具有的具体功能,以及设计组织结构的规划。 第二章RT-Thread概述,主要对在本设计中涉及的RT-Thread内核、及其组件和软件包进行阐述,欲以说明对RT-Thread操作系统的使用情况和了解程度,同时对其内容作些简单的介绍。 第三章硬件设计,主要阐述硬件模块的电气连接和本次设计使用的硬件电路,如LPS22HH气压传感器、ART-Pi开发板和语音识别模块等。 第四章软件设计,主要阐述软件实现的设计流程和各个软件模块设计的框架,以及模块之间的通讯方式。 第五章总结与展望,主要阐述对本次设计的评估,即软件设计存在的不足和功能与性能存在的不足,以及针对不足之处提出的具体改进措施和方案、参加比赛的感悟和心得。 1.4本章小节 本章主要介绍多功能气压计的应用背景和具体的应用功能,以及对软硬件开发环境和该设计文档的组织结构进行阐述。 RT-Thread概述 本章主要阐述在软件设计中关于RT-Thread操作系统的应用情况,如与线程运行有关的采用动态方式创建线程,与线程同步有关的信号量的动态创建、释放和获取,以及与网络有关的SAL组件、OneNET软件包等。 2.1内核 为了提高软件运行的并发性和数据采集的实时性,故使用内核中的核心部分——线程,使其维护和管理每个任务的运行,同时以使用信号量和事件集等的同步方式,以及使用邮箱和消息队列等的通信方式来确保每个任务在运行过程中能“自由飞翔”。 不仅如此,为增加任务在运行状态中的时间和提高每个任务响应的快慢速度,故使用线程中重要的两个属性即线程优先级和时间片,并根据应用的具体环境和软实时性的要求将每个任务赋予各自该具有的任务优先级和时间片。同时,使用rt_thread_mdelay延迟函数来定时释放线程(任务)确保在其处于非运行态时可以退出时间片以让其它任务能及时运行。 2.2驱动 在bootloader程序中主要初始化SPI和SFUD驱动实现对外部SPI FLASH的读写操作,同时结合使用FAL软件包将操作FLASH的函数进行分层,进而实现在bootloader程序中读取“download”分区的升级固件,以及使用ota_downloader软件包完成升级固件的下载,最后使用出厂W25QXX函数实现固件搬运工作进而完成在线升级应用。 2.3组件 SAL组件完成并提供了基于RT-Thread操作系统的对不同网络协议栈或网络实现接口的抽象和与上层应用有关的一组标准BSD Socket API,在网络开发设计时可只需关心和使用网络应用层提供的网络接口,而无需关心底层具体网络协议栈类型和具体实现,如TCP/IP协议栈、LWIP和AT Socket网络。SAL组件不仅提高了软件系统对底层驱动的兼容性,而且缩短了网络开发周期。此外,SAL组件还具有一下功能特点[1]: 抽象、统一多种网络协议栈接口; 提供Socket层面的TLS加密传输特性; 支持标准BSP S