基于freeRTOS的多模融合位移监测装置的制作方法

基于freertos的多模融合位移监测装置
技术领域
1.本技术涉及激光位移监测仪技术领域，具体涉及一种基于freertos的多模融合位移监测装置。


背景技术：

2.激光位移监测仪采用无害激光，能够检测到由地震、炸弹、瓦斯爆炸等产生的危房及其它建筑结构(如：地板、地板砖、柱子、墙体)的任何细微的移动，是一种便携式自动装置，可在远距离连续监测任何不稳定结构或建筑物的轻微移动，建筑物用一种无害的激光瞄准，当物体发生0.1mm的移动即可立即发出声光报警信号，从而保证救援人员的安全。
3.但是，现有的激光位移监测仪普遍采用裸机，没有嵌入式的实时操作系统支持，发生位移偏移后报警有延时，实时性差。而且，现有的激光位移监测仪普遍采用oled显示屏，色彩单一，不能实现复杂精美的ui显示功能，信息同步性差。


技术实现要素：

4.为此，本技术提供一种基于freertos的多模融合位移监测装置，以解决现有技术存在的激光位移监测仪没有嵌入式的实时操作系统支持以及不能实现复杂精美的ui显示功能，信息同步性差的问题。
5.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
6.一种基于freertos的多模融合位移监测装置，包括主控单元、无线数据传输模块、双路激光位移传感器、报警模块、显示屏、gps定位模块和按键模块，所述无线数据传输模块、所述双路激光位移传感器和所述gps定位模块与所述主控单元电连接，所述按键模块的输出端与所述主控单元电连接，所述报警模块和所述显示屏的输入端与所述主控单元电连接，所述双路激光位移传感器用于实时采集位移数据并将位移数据传输至所述主控单元。
7.作为优选，所述主控单元采用主频为64mhz的stm32g0系列。
8.作为优选所述无线数据传输模块采用基于usart通信方式的433mhz无线数据传输模块。
9.作为优选，所述显示屏采用spi通信方式的tft彩屏。
10.作为优选，所述tft彩屏为2.8寸。
11.作为优选，所述gps定位模块采用北斗+gps双模结构。
12.作为优选，所述主控单元与所述双路激光位移传感器之间采用dma方式进行数据交互。
13.作为优选，还包括数据存储模块，所述数据存储模块与所述主控单元电连接，所述数据存储模块用于实时记录工作状态及观测数据。
14.作为优选，所述数据存储模块采用基于fatfs文件系统的sd卡。
15.作为优选，还包括电源管理模块，所述电源管理模块的输出端与所述主控单元电连接，所述电源管理模块为整个装置供电。
16.相比现有技术，本技术至少具有以下有益效果：
17.本技术提供了一种基于freertos的多模融合位移监测装置，包括主控单元、无线数据传输模块、双路激光位移传感器、报警模块、显示屏、gps定位模块和按键模块，无线数据传输模块、双路激光位移传感器和gps定位模块与主控单元电连接，按键模块的输出端与主控单元电连接，报警模块和显示屏的输入端与主控单元电连接，双路激光位移传感器用于实时采集位移数据并将位移数据传输至主控单元。本技术提供的基于freertos的多模融合位移监测装置，利用freertos系统的嵌入式操作系统架构弥补了freertos系统实现位移监测的空白，优化了位移测量模式，并对数据进行严格滤波处理，让采集到的数据更加准确可靠，大量的冗余设计，保证了产品的连续稳定运行。
18.显示屏采用spi通信方式的tft彩屏，色彩丰富，实现了复杂精美的ui显示功能。
附图说明
19.为了更直观地说明现有技术以及本技术，下面给出几个示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本技术时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本技术揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。
20.图1为本技术提供的一种基于freertos的多模融合位移监测装置的结构框图。
21.附图标记说明：
22.1、主控单元；2、双路激光位移传感器；3、gps定位模块；4、按键模块；5、电源管理模块；6、无线数据传输模块；7、显示屏；8、报警模块；9、数据存储模块。
具体实施方式
23.以下结合附图，通过具体实施例对本技术作进一步详述。
24.在本技术的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本技术中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。
25.本技术中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本技术揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本技术表述的范畴。
26.请参阅图1，本技术提供了一种基于freertos的多模融合位移监测装置，包括主控单元1、无线数据传输模块6、双路激光位移传感器2、报警模块8、显示屏7、gps定位模块3和按键模块4，无线数据传输模块6、双路激光位移传感器2和gps定位模块3与主控单元1电连接，按键模块4的输出端与主控单元1电连接，报警模块8和显示屏7的输入端与主控单元1电连接，双路激光位移传感器2用于实时采集位移数据并将位移数据传输至主控单元1。本技术提供的基于freertos的多模融合位移监测装置，由freertos系统提供底层内核操作系统架构，利用freertos系统的嵌入式操作系统架构中的内存管理机制、硬件设备管理机制、线程调度机制、文件系统管理机制和中断管理等功能，弥补了freertos系统实现位移监测的
空白；通过优化位移测量模式，并对数据进行严格滤波处理，让采集到的数据更加准确可靠；大量的冗余设计，保证了产品的连续稳定运行。
27.具体的，本技术的主控单元1采用高性能、小尺寸、主频高达64mhz的stm32g0系列mcu作为主控单元，型号优选为stm32g070rbt6；stm32g070rbt6采用lqfp-64封装，包含4路串口、2路iic和2路spi，为7通道的dma控制器，含有128kb的flash，并且还集成有rtc实时时钟。
28.主控单元1在关键代码区和中断里面不会执行像遍历列表这样的时间非确定性任务，高效的软件定时器，不需要损耗额外的cpu时间，除非需要执行定时器任务；任务间直接的消息传递，相对于通用的信号量、消息队列等方式，速度较快，不需要定时的去查询阻塞或者挂起列表。freertos的队列使用模型(消息队列、互斥信号量、信号量等都是基于此队列模式设计的)使得它简单并且灵活。
29.无线数据传输模块6采用基于usart通信方式的433mhz无线数据传输模块，传输距离不低于800米，可外接天线。
30.显示屏7采用spi通信方式的2.8寸tft彩屏，能够显示双路激光位移传感器2的实时状态，包括实时距离、偏差距离、电压状态和偏压阈值，还具有开机logo和熄屏功能。
31.gps定位模块3采用北斗+gps双模的形式，采用精确的定位数据坐标转换算法，将gps原始wgs84坐标系下的经纬度数据转换成百度地图经纬度坐标，定位精度更高。
32.报警模块8包括声光报警和语音播报，声光报警的报警灯选用1000lux，蜂鸣器选用120db；语音播报包括位移警报、过近警报、过远警报、电量过低和观察异常警报。
33.按键模块4包括9个调整固定报警阈值按键、2个任意报警阈值调整按键、测量模式切换按键、复用和静音按键等；本技术使用硬件防抖加软件消抖相结合的方式，使按键控制更加稳定可靠。
34.本技术提供的基于freertos的多模融合位移监测装置还包括数据存储模块9，数据存储模块9与主控单元1电连接；数据存储模块9采用基于fatfs文件系统的sd卡用于实时记录工作状态及观测数据，为灾后分析提供可靠保障和数据依据；sd卡的存储数据条数达2000，存储内容为序号-时间-位移量；存储频率可以为10s一次或60s一次。
35.本技术提供的基于freertos的多模融合位移监测装置还包括电源管理模块5，电源管理模块5的输出端与主控单元1电连接，电源管理模块5为整个装置供电；电源管理模块5的电池采用12v 10ah可充电电池，能使整个装置的工作时间不低于8小时，还能够实现电压监测、低电量报警功能。
36.本技术的主控单元1与双路激光位移传感器2之间采用dma方式进行数据交互，直接在内存和外设之间进行数据交互，具有数据传输速度高，传输速率仅受内存访问时间的限制，避免了传统中断及轮询方式数据处理效率低的缺点。
37.综上，本技术具有以下优势：
38.(1)具有独立的数据有效性判定机制，能实时检测双路激光位移传感器的工作状态，高效快速的避免数据观测异常；
39.(2)多种数字滤波算法融合，滤除因偶然因素引起的数据波动，避免误报警情况；
40.(3)实现多种观测模式切换：双路快速、双路慢速、单a路快速、单a路慢速、单b路快速、单b路慢速，可适用多种不同工作场所的实际工作需求；
41.(4)具有信息确认反馈机制，主控单元和双路激光位移传感器的通信采用握手协议，双路激光位移传感器收到数据后会返回相应的确认信息；
42.(5)采用实时操作系统，控制同步性更好；
43.(6)主控单元和双路激光位移传感器的通信采用dma+空闲中断的方式，直接在内存和外设之间进行数据交互，具有数据传输速度高，传输速率仅受内存访问时间的限制。避免了传统中断及轮询方式数据处理效率低的缺点。
44.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
45.上文中通过一般性说明及具体实施例对本技术作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本技术的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本技术的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本技术的权利要求保护范围。