Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ 基于ＳＴＭ３２的便携式信息采集系统的设计 李进科 ，邓文怡 ，黄庭粱 （１．北京信息科技大学光电信息与通信工程学院，北京１００１９２； ２．北京创亿新世纪科技发展有限公司，北京１００１９２） 摘 要：针对垃圾的计量统计问题，设计了一种便携式信息采集系统。该系统以￣Ｃ／ＯＳ－ＩＩ和 ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ处理器作为软、硬件平台，并在此硬件平台上扩展了ＧＰＳ定位、射频识别和液晶显示等 功能模块。利用ＧＰＳ模块和ＲＦＩＤ模块采集非接触式ＩＣ卡的位置信息和编号信息，进而实现非接触 式ＩＣ卡的定位，通过“非接触式ＩＣ卡一垃圾桶一垃圾来源”这一途径，获取垃圾的收集来源。 关键词：ＧＰＳ；ＲＦＩＤ；ＳＴＭ３２ 中图分类号：ＴＰ３９９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—７７２０（２０１２）２０—００１７—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＭ３２ Ｌｉ Ｊｉｎｋｅ ，Ｄｅｎｇ Ｗｅｎｙｉ ，Ｈｕａｎｇ Ｔｉｎｇｌｉａｎｇ ｆ １．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｃｈｕａｎｇｙｉ Ｎｅｗ Ｃｅｎｔｕｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈ．Ｄｅｖｅ．Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｒｂａｇｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｓ￣Ｃ／ＯＳ—ＩＩ ａｎｄ ＳＴＭ３２ＦｌＯ３ＺＥＴ ＣＰＵ ａｓ ａ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ， ｔｈｅｎ ｅｘｐａｎｄｓ ｔｈｅ ＧＰＳ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｏｎ ｔｈｉｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ｐｌａｔ－ ｆｏＦｉｎ．Ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ＩＣ ｃａｒｄ ａｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ＧＰＳ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ＲＦＩＤ ｍｏｄｕｌｅ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｏｆ ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ＩＣ ｃａｒｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ”ｅｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ＩＣ ｃａｒｄ—ａｓｈｃａｎ－－ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｇａｒｂａｇｅ”．ａ１一 ＳＯ ｏｂｔａｉｎｓ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｇａｒｂａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ；ＲＦＩＤ；ＳＴＭ３２ 随着社会经济的发展和人们生活质量的提高，城市 生活垃圾的产出量越来越大。２０１１年２月２５日，北京 市人大常委会、市政府起草完成了《关于全面推进生活 垃圾处理工作的意见》，草案第二十五条提出：“本市产 生生活垃圾的单位和个人，应当按照有关规定交纳生活 垃圾处理费”。按照文件指示，生活垃圾的计量统计问题 尤为重要。本文设计的便携式信息采集系统运用了ＧＰＳ 技术、ＲＦＩＤ技术和ＡＲＭ嵌人式技术…，能够实现非接触 式ＩＣ卡的定位。该系统运用在环卫行业，先将Ｉｃ卡贴 图１便携式信息采集系统的总体框图 在垃圾桶上，通过采集垃圾桶的位置，进而实现垃圾来 位，模块采集到的时间信息经过解析处理后更新为系统 源的获取。 当前时间，模块采集到的经纬度数据经过解析处理后显 １系统的整体方案 示在液晶屏上；按下“读卡”按键后，ＲＦＩＤ模块通过天线 该便携式信息采集系统包括电源管理部分、ＧＰＳ模 自动搜索ＲＦＩＤ标签，如果检测到有标签存在，则模块直 块部分、ＲＦＩＤ模块部分、液晶显示模块部分、存储模块 接读取出该标签的编号并显示在液晶屏上；该标签的编 和微处理器部分。总体框图如图１所示。 号结合当前的定位信息重新组合成一组新的编码写入 系统的工作原理为：系统启动后，ＧＰＳ模块自动定 Ｆｌａｓｈ中，系统可以通过ＵＳＢ接口实现数据的离线上传。 《微型机与应用》２０１２年第３ｌ卷第２Ｏ期 欢迎网上投稿ｗｗｗ．ｐｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｒｎ １７ 万方数据Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ２系统硬件电路设计 ２．１主处理器 配合ＪＭＹ一５０４Ｌ模块可支持读卡距离６ ｃｍ。天线与模块 ＪＭＹ一５０４Ｌ采用分体设计，直接用４线连接［４１。 该系统选用ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ芯片作为主控处理器。 ＪＭＹ一５０４Ｌ与ＳＴＭ３２的ＵＡＲＴ５完成数据传输，具体 连接方式为：ＪＭＹ一５０４模块的ＴＸＤ和ＲＸＤ分别与处理 器的ＰＣ１２和ＰＤ２连接；片选引脚ＣＥ与处理器的ＰＧ８ 相连，ＩＣＣ引脚与处理器的ＰＧＩ５相连，以检测有无非 接触式ＩＣ卡。串口通信协议为：波特率１９ ２００ｂ／ｓ，８个 数据位，１个停止位，没有奇偶校验。 是因为该处理器功耗低、价格低，且具有丰富的外设 接口（如ＦＳＭＣ、多达５个ＵＳＡＲＴ和１个ＵＳＢ ２．０等［２１）， 能够很好地满足系统的需要；二是因为ｓＴ公司为 ＳＴＭ３２Ｆ１０３ｚＥＴ芯片提供了可升级的固件库，大大缩短了 系统的开发周期。 本系统中，处理器通过ＦＳＭＣ接口与外扩ＳＲＡＭ、 Ｆｌａｓｈ以及ＬＣＤ实现通信，通过２个ＵＳＡＲＴ接口分别与 ３系统软件设计 ３．１ ＧＰＳ数据处理 ＧＰＳ模块和ＲＦＩＤ模块实现数据采集，通过ＵＳＢ接口与 ＰＣ端完成数据交换。 ２．２电源管理单元 ＧＰＳ模块主要负责时间、日期和经纬度的采集。在 室外（或者靠近室外）环境下，ＧＰＳ模块自动定位并将采 集到的ＮＭＥＡ０１８３标准格式的定位数据通过串口４发 系统各模块所需的工作电压为：ＳＴＭ３２处理器为 ２．０ Ｖ～３．６ Ｖ，ＧＰＳ模块ＳＲ一９２为３．３ Ｖ～３．５ Ｖ，ＲＦＩＤ模 块ＪＭＹ一５０４Ｌ为２．７ Ｖ～５．０ Ｖ，电池ＢＡＴ为３．７ Ｖ，ＬＣＤ背 光电压和工作电压均为２．３Ｖ～３．５Ｖ。因此，选择３．３Ｖ 输出即可。本系统电源管理采用二级降压的方式，即ＡＣ 或ＵＳＢ提供的５Ｖ电压先通过ＢＱ２４０３２芯片转为４．４Ｖ， 再通过４片ＳＰ６２０１芯片得到各模块的供电电压ＶＧＰＳ、 ＶＲＦＩＤ、ＶＬＣＤ以及ＶＣＣ。其中ＢＱ２４０３２是一块可编程的 电源管理芯片，能够实现锂电池的充放电管理以及ＡＣ、 ＵＳＢ和锂电池的自动切换［ 。 送到处理器。如果ＧＰＳ数据有效，则处理器将当前经纬 度与存储器中已存储的参考点经纬度（该经纬度已经有 地名编号１相比较，若在范围内则匹配该参考点的地名 编号，否则不能匹配地名编号，需要手动输入一个地名 编号。处理器把处理过的当前时间、经纬度以及地名编 号信息存储在数据结构中，显示屏上会显示“已定位标 志”、“北京时间”、“日期”和“当前经纬度”；在室内，ＧＰＳ 模块定位失败时，显示屏上将显示ＲＴＣ时钟提供的“时 间”、“Ｅｌ期”和“上一次有效的经纬度”。图２是ＧＰＳ数 据处理流程图。 １８ 万方数据《微型机与应用》２０１２年第３１卷第２Ｏ期 万方数据Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ 表３改进ＩＩ型电流跟随器测试数据表（仿真实测） 本文以Ｖ／Ｉ转换电路变形得到的电流跟随器为原 型，提出两种改进方案，得到两种实用型电流跟随器，在 跟随精度上显著提高，同时带载能力也明显增强。电路 结构简单，易于集成化，集成后的性能将更加优越。由于 各电路均继承了运算放大器的优良性能，使该电流跟随 器具有精度高、输出阻抗高、频率响应好等特点。集成运 放的性能越好，则精度越高，带载能力越强。两种改进型 电路具有输入阻抗低、输出阻抗高的特点，可以应用在 仪表放大器、电流传输器中。由于电压跟随器具有输入 阻抗高、输出阻抗低的特点，当配合电压跟随器，则可以 根据信号源阻抗、负载阻抗和信号传送时的周围环境等 因素，选择一种由它们组成的最有利的配置对信号进行 放大或传送。 参考文献 【１】彭良玉，吴杰．用改进的电流传送器实现电流模式滤波 器［Ｊ】．电子测量与仪器学报，１９９５，９（４）：６—１０． 【２】彭建华，陈向东，杜广涛．一种轨对轨输入的低压低功耗 图５改进ＩＩ型电流跟随器 ＣＭＯＳ电流传输器【Ｊ】＿微电子学与计算机，２００８，２５（１１）： ７２－７６． ＲＬ关系表，如表４所示，反映了三种电路的带载能力。 表４表明原型电流跟随器带载能力很差，两种改进型电 流跟随器的带载能力都显著提高，尤其是改进Ｉ型性能 【３】ＦＡＢＲＥ Ａ，ＳＡＡＩＤ ０，ＢＯＵＣＨＥＲＲＯＮ Ｃ．Ｈｉｓｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｎｅｗ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｏｎｖｅｙｏｒ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ－Ｉ：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ 更为突出。 Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９６，４３（２）：８２—９２． （收稿Ｅｌ期：２０１２—０７—３０） 表４三种形式电流跟随器的带栽能力测试数据 作者简介： 杜磊，男，１９８９年生，本科，主要研究方向：电源设计、 信号处理、ＦＰＧＡ设计。 赵柏树，男，１９５９年生，副教授，主要研究方向：电子技 术应用、电视技术、集成电路设计。 陈笑风，女，１９９１年生，本科，主要研究方向：电子技术 应用、移动通讯。 （上接第ｌ９页） 北京：北京航空航天大学出版社，２００９． 电信息处理技术。 邓文怡 女，１９５１年生，教授，硕士生导师，主要研究方 向：数字图像处理、视觉测量。 黄庭梁，男，１９６８年生，高级工程师，主要研究方向：环 （收稿Ｅｌ期：２０１２－０８—２３） 作者简介： 卫信息化。 李进科，男，１９８７年生，硕士研究生，主要研究方向：光 《微型机与应用》２０１２年第３１卷第２Ｏ期 万方数据欢迎网上投稿ＷＷＷ．ｐｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｒｎ ２３ 基于STM32的便携式信息采集系统的设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
李进科， 邓文怡， 黄庭梁
李进科,邓文怡(北京信息科技大学光电信息与通信工程学院,北京,100192)， 黄庭梁(北京创亿新世纪科技发展有限公司,北京,100192)微型机与应用
Microcomputer & Its Applications2012,31(20)
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