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基于多cpu方式的自動識別控制系統(tǒng)

作者: 時間:2011-09-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

 技術(shù)是將數(shù)據(jù)自動識讀、自動輸入計算機的一種方法或手段。它是包括條碼技術(shù)、磁條(卡)技術(shù)、光學字符識別、系統(tǒng)集成化、射頻技術(shù)、聲音識別及視覺識別等集計算機、光、機電、通信技術(shù)為一體的綜合性高新科學技術(shù)。技術(shù)提供了快速、準確地進行數(shù)據(jù)采集輸入的有效手段,解決了手工數(shù)據(jù)輸入速度慢、錯誤率高等造成的“瓶頸”難題,因而技術(shù)作為一種革命性的高新技術(shù),日益為人們所接受。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/178564.htm

  自動識別則是集微機自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理與控制措施為一體的系統(tǒng),它涉及電子,機械,光學,計算機技術(shù),通訊技術(shù),生物技術(shù)等諸多新技術(shù)。是解決重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效措施。包括出入口門禁安全管理系統(tǒng)、電梯、車輛進出、物業(yè)消防監(jiān)控系統(tǒng)、保安巡檢管理系統(tǒng)等,適用各種機要部門,如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間,智能化小區(qū),工廠等。

  自動識別控制系統(tǒng)在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用。因此設(shè)計一款性能價格比較高的產(chǎn)品將有著廣泛的應(yīng)用前景。

  1、自動識別控制系統(tǒng)的功能組成

  作為一種通用性強、功能齊全的自動識別控制系統(tǒng),應(yīng)該具有眾多組成要素。下面我們就以一個4門門禁控制器為例來說明,它的功能模塊組成如下:

  4路開門繼電器控制電路+1路報警繼電器控制電路

  4路門位置信號偵測電路+4路開門按鈕信號偵測電路+4路防破壞信號偵測電路

  4路開關(guān)量輸入電路+4路開關(guān)量輸出電路

  8路WIGEN信號譯碼電路(用于接8個WIGEN讀卡器)

  2路ABA信號譯碼電路與2路鍵盤仿真信號電路(用于接2個ABA讀卡器或2個鍵盤仿真讀卡器)

  1路TTL232/RS232信號譯碼電路(用于接1個TTL232/RS232讀卡器)

  1路RS485信號控制電路(用于連接多達32個RS485的讀卡器)

  1路設(shè)備ID號設(shè)置撥斷開關(guān)

  時鐘芯片控制電路

  存儲芯片控制電路(用于存儲用戶信息和事件信息)

  系統(tǒng)監(jiān)控電路

  通訊電路(用于和上位機進行通訊)

  2、幾種主控設(shè)計方案的比較

  隨著電子技術(shù)的發(fā)展,各種CPU、存儲芯片、系統(tǒng)擴展芯片、時鐘芯片等層出不窮,在給設(shè)計人員有了更多選擇的同時,也帶來了另一個問題,就是該如何選擇一種適合于自身的一種方案。這個方案不但要能實現(xiàn)系統(tǒng)需求的基本功能,還要在可靠性、開發(fā)難易程度、芯片供貨情況以及價格等方面都要做到適宜。針對上面列出的4門控制器的功能特點,我們可做以下幾個方案:

  2.1 傳統(tǒng)形式

  這是一種為廣大嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員熟知的形式,在很多教科書及應(yīng)用系統(tǒng)中有著詳細的介紹。

  在主控方面,一般采用以應(yīng)用最廣的8051+EPROM程序存儲器或帶有大容量FLASH ROM 的CPU如SST89C58或P89C51RD2在系統(tǒng)擴展方面,2片74HC138用于譯碼,1片74HC373用于地位地址鎖存,1片74HC245用于總線驅(qū)動,3片74HC377用于信號輸出,4片74HC244用于信號輸入存儲方面,一片628128用于存儲事件信息和外部變量,一片28SF040或39SF040用于存儲各種有效卡片、非法卡片信息時鐘方面,采用一片串行的DS1302或并行數(shù)據(jù)的DS12C887通訊方面,2片485芯片,一片用于和上位機通訊,一片用于和RS485讀卡器通訊這種方式具有芯片價格較便宜,供貨渠道廣泛,編程調(diào)試較容易等優(yōu)點,但其體積龐大,芯片多,硬件故障點增多,而且由于任務(wù)眾多,導(dǎo)致CPU工作繁忙,軟件中的各種中斷處理容易干擾,雖然現(xiàn)在已有8051的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)可以解決此問題,但是這要求設(shè)計者一方面要選擇價格相對高的CPU,另一方面也要學習消化RTX51,而將其正確的應(yīng)用到系統(tǒng)中去需要更高的軟件技巧和更多的調(diào)試時間。否則軟件的可靠性無法保證。這對于產(chǎn)品的快速市場化是不利的。

  2.2 ARM+CPLD

  ARM芯片及CPLD芯片是最近幾年流行起來的嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成部件,他們將可能成為后PC時代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的首選。ARM是一款32位的精簡指令集(RISC)處理器架構(gòu),以其高性能、低功耗、低成本占有市場。 以PHILIPS的LPC2104為例,它具有128K 片內(nèi)Flash程序存儲器、最多64K靜態(tài)RAM、雙UART、兩個定時器、具有4路捕獲/比較通道、多達6路輸出的PWM單元、實時時鐘、看門狗定時器、通用I/O口、CPU操作頻率可達60MHz等特點。

  CPLD是復(fù)雜可編程邏輯陣列的簡稱,它具有口線多、速度快、可編程、純硬件電路等特點。

  根據(jù)我們提出的4門控制器的功能,一片ARM及一片CPLD,加上少許外圍電路,即可實現(xiàn)。這樣不僅使系統(tǒng)板的體積大大減少,而且增加了可靠性,這是其他方式所不能比擬的。但是,由于ARM及CPLD均是新興的技術(shù),對于一些8051單片機經(jīng)驗豐富的設(shè)計者而言,卻需要有一個不短的時間去學習消化實踐,另外,有關(guān)ARM及CPLD的開發(fā)工具,如仿真器、集成開發(fā)環(huán)境IDE都在一個比較高的價位上,且學習及使用都比8051難多了。這不僅對產(chǎn)品的快速市場化不利,而且也不適合對某些場合靈活多變的設(shè)計。而且,目前這兩種芯片的價格較8051組成的系統(tǒng)價格仍偏高,這也不太適合應(yīng)用于本文提出的通用控制器。

  2.3 多CPU系統(tǒng)

  在經(jīng)過對上述兩種方案的比較后,是否還有其他某種使用芯片數(shù)量最少、價格最便宜、功能最齊全、設(shè)計靈活多變的方案呢?答案是肯定的。那就是采用多CPU系統(tǒng)。8051芯片如AT89x52的廣泛使用,使單片機的價格大大下降。目前,89X52的市場零售價已經(jīng)低于8255、8279、8253、8250等專用接口芯片中的任何一種;而89X52的功能實際上遠遠超過以上芯片。因此,如把89x52作為接口芯片使用,在經(jīng)濟上是合算的。這樣就解決了系統(tǒng)擴展芯片眾多的缺點。一片89x52有32個I/O口,均可做輸入輸出,且有3個定時器和2個外部中斷,完全可以解決對ABA/WIGEN/232不同串行信號的處理。

  正如軟件可由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS來實現(xiàn)一樣,硬件一樣可用多CPU組成的系統(tǒng)來實現(xiàn)。

  這樣,本文提出得4門控制器將由3片CPU共同組成,它具有以下特點 芯片數(shù)目少。除了存儲芯片和時鐘芯片,基本只剩下3塊89S52 CPU用89S52價格低的特點,充當外設(shè)。使用靈活??筛鶕?jù)情況減少某個CPU或更改其程序完成不同的功能原來寫在一個CPU中的程序分離,使每個芯片基本上在8K之內(nèi)完成,也就是都可選擇89S52,不用采用昂貴的大容量FLASH 8051內(nèi)核的 CPU。加了看門狗的主CPU可以實時監(jiān)控另外兩個CPU的工作是否正常各CPU各司其職。提高了與上位機通訊的速度及準確性,提高了讀寫存儲的速度以及訪問FALSH的時間。由于將個任務(wù)分解,所以每個CPU所用的寄存器較少,均可以使用89S52自帶的256字節(jié)RAM即可,不必使用XDATA訪問RAM 中的CPU ,提高了各CPU執(zhí)行的速度。

  3、選擇FM3808為多功能存儲、時鐘、系統(tǒng)監(jiān)控芯片

  3.1 傳統(tǒng)方式的說明

  在確立了主控方式之后,要選擇存儲、時鐘及系統(tǒng)監(jiān)控芯片,我們先來分析以往芯片的選擇正如3.1種所描述的,除了選擇具有512K BYTES的FLASH ROM 芯片作為卡號存儲芯片外(因為無論有效無效卡號,其更改頻率是不高的,采用此芯片不會影響芯片),作為常用的信息存儲及外部寄存器芯片,一般采用SRAM如628128,雖然此芯片目前價格很便宜,但由于系統(tǒng)掉電后,其中的所有信息消失,所以必須加掉電保護電路和電池。而無論采用專用的掉電保護芯片和采用分立元件組成的對電路,都不能100%的保證數(shù)據(jù)部丟失,尤其是在電源不穩(wěn)定和干擾嚴重的環(huán)境下。

  時鐘有眾多選擇,如DS1302及12887,但價格不低監(jiān)控芯片也有很多種,如X25045,它集成了看門狗、電壓監(jiān)測、可靠復(fù)位及EEPROM等特點,但價格也不低。


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