基于uC/OS-II的智能窗系统设计

本文讨论了一种基于实时操作系统μC/OS-II的智能窗设计方法。

　　1系统功能

本系统功能如下：手动按钮开关窗户;红外遥控窗户的开关;雨天能够自动把窗户关闭;检测到可燃气体自动把窗户打开;遇有盗情，会发出刺耳的报警声，把窗户关闭，并发送一条短消息给住户。

　　2硬件设计

CPU的选择是嵌入式系统开发的关键所在。本系统的CPU采用了ATMEL公司生产的AT89S51单片机。主要基于以下几点考虑;相比其他CPU价格便宜;经过扩展后可以移植操作系统μC/OS-II;51单片机在国内研究的较早，技术成熟。系统还包括电源、存储、按键、煤气、湿度、盗情、电机等基本模块。系统架构如图1所示。


　　3软件设计

　　3.1 μC/OS-II简介

μC/OS-II是一个可移植(portable)、可固化的(rom-able)和占先式的(preemptive)实时内核，最多可以管理64个任务。μC/OS-II的源代码公开，绝大部分代码使用标准的ANSIC书写，所以可以方便地移植到很多不同种类的处理器或控制器上。μC/OS-II中的任务包括休眠态、就绪态、运行态、挂起态和被中断态5种状态。

3.2软件方案

3.2.1 设计思路简介

本设计的软件和以往设计的前后系统不同，采用了多任务机制来设计应用程序。CPU对大多数事件的处理都是放在任务中完成，而各个任务都是由对应的信号量激活的。信号量可以由任务或外中断INT0来发送，各个任务和外中断INT0之间的关系如图2所示。

图2中的箭头代表向相应的任务发送相应的信号量，箭头的起始端为信号量发送方，箭头的末端为信号量的接收方。

3.2.2系统任务和资源分配

μC/OS-II是一个实时多任务操作系统，所以把系统软件分割成多个任务，每个任务负责完成部分工作，系统功能由多个任务协作完成。任务分配方案的好坏将直接影响软件的编写的效率和性能。本系统的任务分配如表1所示。

在起始任务中建立了一系列信号量来协调各个任务的执行，各信号量的作用如表2所示。


3.2.3 主要任务描述

首先建立一个主函数(main函数)，在主函数中调用OSInit()函数初始化μC/OS-II，然后建立第一个任务(起始任务)，最后调用OSStart()函数启动多任务。当然，在建立主函数之前必须定义各个任务的堆栈，系统的全局变量和相关宏。主函数的程序清单如下：

起始任务(StartTask) 是系统建立的第一个任务，他主要有3个功能：完成对定时器、外中断0和串行口的初始化;建立系统所要用到的信号量;建立系统的其他任务。

起始任务部分程序清单如下：

电机开窗任务(openwintask) 在电机开窗任务中首先等待信号量sem_open。该信号量是由煤气处理任务、红外遥控处理任务和手动开窗任务发送的。如果其他任务发送了该信号量，程序就设置电机转动方向，并控制p3.4送出电机转动脉冲，直到窗户被打开。

电机关窗任务(closewintask) 该任务必须在信号量sem open有效时才会被激活。信号量sere_open有下雨处理任务、红外遥控处理任务和手动关窗任务发送。