基于uCOS-II的睡枕控制系统设计

基于uCOS-II的睡枕控制系统设计摘要:介绍了一种采用STM32F103芯片,并基于嵌入式实时操作系统卩C/OS-II的睡枕控制系统的研究设计。针对睡眠时因翻身产生的睡枕高度不适,在用户睡眠时通过三轴加速度传感器MMA7361LC采集数据分析用户睡眠姿态,进而通过芯片控制充放气装置对睡枕内置气囊高度进行实时地调节。该系统相比传统基于单任务机制的控制系统具有更好的实时控制性能和可靠性能。经过调试验证,系统能满足用户睡姿数据的实时采集和枕头高度调节要求。所设计的控制系统可用于数据实时采集和反馈控制等复杂系统中。关键词:STM32uC/OS-II加速度计任务调度消息邮箱中图分类号:TP271+.5文献标识码:A文章编号:1674-098X(2016)07(a)-0095-04DesignofthePillowControlSystemBasedon»C/OS-II①WangWeiyangDingJiayueWangPenghongZhaNingwenLiXiaoning(SchoolofInformation&ElectronicEngineering,ZhejiangGongshangUniversity,HangzhouZhejiang,310018,China)Abstract:ApillowcontrolsystembasedonSTM32F103andembeddedreal-timeoperatingsystemUC/OS-IIisdesignedinthispager.Analyzingtheusers,postureofsleepingbytheaccelerationsensorMMA7361LC,thesystemusestheairpumpsandreleasevalvestoadjusttheheightoftheballoonsinthepillow.Thesystemhasbetterreal-timecontrolperformanceandrelia-bilitythanthetraditionalsystembasedonasingletask.Af-terexperiments,thedesignofthecontrolsystemcanmeettherequirementofreal-timedataacquisitionandpillowheightadjustment.Anditcanbeappliedtocomplexsys-temswhichhavereal-timedataacquisitionpartandfeed-backcontrolpart.KeyWords:STM32;uC/OS-II;Accelerometer;Taskscheduling;Mailbox枕头高度不合适会对我们的颈椎健康造成影响。现在市面上的枕头大多都为普通枕头,高度不可调节。用户睡眠时无意识翻身,会使枕头高度处于一个不合理的状态,影响我们的颈椎健康。相比之下,记忆枕虽然能实现枕头高度符合个人需要,但它在用户改变睡姿后枕头的形态改变较为缓慢,实际使用效果并不理想。因此,该文设计了一个能在用户睡眠时根据睡姿来调节高度的智能睡枕[1]。系统基于嵌入式实时操作系统uC/OS-II,采用STM32单片机实时采集传感器数据,对用户睡姿进行判断,并进行反馈,从而控制睡枕高度。系统有足够的实时性和稳定性,能够满足用户所需睡眠时对睡枕高度的实时控制要求。1系统整体方案设计该系统设计由硬件与软件两部分构成。硬件以STM32处理器作为主控芯片,三轴加速度传感器采集数据分析用户睡姿,睡枕内置气囊外接微型充气泵以及泄气阀。整个睡枕控制系统设计有按键操作、TFT-LCD液晶屏显示和气泵控制功能。系统可增设实时时钟显示和闹铃功能,实用性强。所设计的睡枕控制系统的硬件平台结构如图1所zj\O传统程序设计是基于单任务机制的,在实际应用中如果其中一个任务运行出现了错误,可能直接导致系统程序跑飞或者陷入死循环而无法工作。因此,系统软件以嵌入式实时操作系统uC/OS-II为基础,该操作系统最初便是为微控制器应用设计的,有着内核小、多任务、可裁剪、实时性好、系统服务丰富和使用方便等特点,广泛用于飞行器、医疗设备、手机通信和工业控制等各类产品中[2,3]ouC/OS-II可以支持包括8个系统保留任务在内的多达64个任务,满足一般控制系统的任务数量要求,且系统本身具有任务调度和任务监控功能,使系统具有较高的实时性和可靠性,完全适用于睡枕系统设计的需要。2系统的硬件部分2.1供电电路设计系统釆用6V直流稳压电源作为电源输入。由于STM32控制器芯片、MMA7361LC和LCD显示屏均采用3.3V直流供电,所以釆用AMS1117-3.3芯片将输入电源降压给其供电。该降压模块设置有LED灯,当模块正常工作输岀电压时LED灯亮。电源另一路则直接以6V直流接入电路给充气泵及泄气阀供电。降压模块电路如图2所示。2.2主控芯片外围电路设计主控芯片采用意法半导体(ST)集团的基于ARMCortex-M3内核的STM32F103ZET6芯片,该控制器由3.3V直流电压供电,最高工作频率可以达到72MHz,并且芯片内已经集成12位逐次逼近型模拟数字...

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