基于ARM的上片機與上位機通訊的實現(xiàn)

周亮 馮晟 曾赤良

摘要： 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的提高，ARM的應用越來越廣泛。我公司研制的顯微鏡載玻片自動上片機就運用了自行開發(fā)的以ARM作為主控芯片的控制器，它是我公司研制的一種用于醫(yī)學檢測上的設(shè)備，它的應用實現(xiàn)了分析儀上片操作自動化，大大節(jié)省時間，提高工作效率。本文著重介紹了基于ARM的上片機與上位機之間的串口通訊，通過串口通訊的實現(xiàn)，使得自動上片機能更好地、更有效地完成所需功能。

【關(guān)鍵詞】自動上片機 ARM 通訊協(xié)議 串口通訊

1 引言

隨著現(xiàn)代化水平的不斷發(fā)展進步，越來越多的設(shè)備向著高性能、高效率、高自動化和高可靠性的方向發(fā)展，其中在醫(yī)學上也更多的用到了這類微型化、智能化的現(xiàn)代化設(shè)備，它給醫(yī)學研究與發(fā)展提供了更高效、更可靠的保障。

現(xiàn)在越來越多的醫(yī)療機構(gòu)需要這類智能化設(shè)備。本文介紹一下這類設(shè)備中的一種，即顯微鏡載玻片自動上片機。它是我院研制的一種用于醫(yī)學檢測上的設(shè)備，其主要功能是能夠由機械手將載有細胞樣本的玻片從玻片庫內(nèi)取出，放置在顯微鏡的載物臺上進行檢測，分析儀檢測完畢后自動上片機接受到分析儀的指令后，自動地將玻片放回到玻片庫內(nèi)。真正實現(xiàn)分析儀上片操作自動化，這樣能大大節(jié)省時間，提高工作效率。

自動上片機由玻片庫、玻片抓取裝置、玻片移動裝置、條碼識別裝置、電控系統(tǒng)等部分組成。玻片庫一次可容納50片，由以步進電機為驅(qū)動源的機構(gòu)驅(qū)動上下運動。玻片抓取裝置通過電動夾緊方式和定制夾具來抓取玻片；玻片移動裝置實現(xiàn)XY坐標上的二維運動，實現(xiàn)玻片在玻片庫和平臺之間來回轉(zhuǎn)運；條碼識別裝置安裝有條碼識別器，通過自動識別條形碼的方式來分辨出不同病人的玻片。

本文首先簡單介紹了自動上片機。它的電控部分采用了自行開發(fā)的定制控制器，該控制器運行穩(wěn)定可靠，能應用于各種工業(yè)控制場合。然后介紹了專門為自動上片機與PC機之間制定的通訊協(xié)議，具有傳輸時間短，受干擾概率低，通信實時性好等優(yōu)點。通過對ARM微控制器模塊的選擇、通訊協(xié)議的制定以及相關(guān)程序的編寫，使我們能更好地實現(xiàn)自動上片機與上位機之間的串口通訊，更好地實現(xiàn)設(shè)備的功能。

2 ARM微控制器模塊的選擇

自動上片機的控制系統(tǒng)運用ARM芯片作為主控芯片?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)一般采用單片機或DSP作為主控芯片，而ARM芯片以其高效的處理性能和豐富的處理器資源，較單片機和DSP更能滿足醫(yī)療設(shè)備的控制系統(tǒng)要求，并且ARM芯片已經(jīng)被越來越廣泛地應用于工業(yè)控制和移動計算領(lǐng)域，其應用已趨于成熟。

自動上片機的電控系統(tǒng)采用了自行開發(fā)的控制器，該控制器是基于TI公司的EASYARM1138微控制器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。它選用TI公司的ARM CortexTM-M3處理器，該處理器提供出色的計算性能和對事件的卓越系統(tǒng)響應，同時可以應對低動態(tài)和靜態(tài)功率限制的挑戰(zhàn)。定位精度能達到30μ?？刂破魈峁┝烁咝阅艿?2位運算能力，包含了PWM輸出，此特點特別適合控制步進電機等驅(qū)動器件，內(nèi)置的ADC和DAC避免外接單獨的轉(zhuǎn)換芯片的麻煩。I2C、SPI、UART、USB等豐富的外設(shè)端口，使得控制器能應用于各種工業(yè)控制場合。軟件方面，直接采用“C語言+驅(qū)動庫”的新概念開發(fā)模式。圖1為控制器的功能示意圖。

3 上片機與上位機之間的通訊協(xié)議

上片機與上位機之間的通信（即控制器與上位機之間的通信）用的是串行通信，采用RS232標準?！按小笔侵竿庠O(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，CPU與接口之間卻是按照并行方式工作的。串行通信包括四個重要參數(shù)：波特率、奇偶校驗位、數(shù)據(jù)位和停止位，我方設(shè)計的通訊協(xié)議用到的參數(shù)具體為波特率9600bps，無校驗，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位。

我們?yōu)榱藵M足客戶要求自定義了6條通信指令。簡單介紹如下：

（1）抓撥片傳參數(shù)狀態(tài)。其功能碼為21H。

詢問幀：

詢問幀由10個字節(jié)組成，其格式如表1。

應答幀：

應答幀由9個字節(jié)組成，其格式如表2，（狀態(tài)碼為OOH/OIH）。

（2）通知上位機玻片條碼。其功能碼為22H。

發(fā)送幀如表3。

（3）上位機傳遞完成信號狀態(tài)（檢測結(jié)束指令）。其功能碼為30H，命令碼為OOH。

（4）上位機發(fā)送機器回零指令。其功能碼為30H，命令碼為OIH。

（5）復位完成指令。其功能碼為30H，命令碼為02H。

（6）所有玻片已經(jīng)抓完指令。其功能碼為30H，命令碼為03H。

（3）～（6）4條通信指令其格式均為：

詢問幀：

詢問幀由6個字節(jié)組成，其格式如表4。

應答幀：

應答幀由6個字節(jié)組成，其格式如表5。

4 上片機部分串口通訊的實現(xiàn)

上片機部分實際上主要是其控制器部分，它直接采用了“C語言+驅(qū)動庫”的新概念開發(fā)模式。由于Luninary Micro官方免費提供驅(qū)動庫軟件包，這樣我們就能更方便的實現(xiàn)其串口通訊。這里，我方要用到UART，UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信，該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。其初始化如下：

SysCtlPeriEnable（SYSCTL_PERIPHUART2）；

//使能UART模塊

SysCtlPeriEnable（SYSCTL_PERIPHGPIOG）；

//使能RX/TX所在的GPIO端口

GPIOPinTypeUART（GPIO_PORTGBASE，

//配置RX/TX所在管腳為

GPIO_ PIN O GPIO PIN_ 1）；//UART收發(fā)功能

UARTConfigSet（UART2_BASE，//配置UART端口

9600.波特率：9600

UART CONFIG WLEN 8//數(shù)據(jù)位：8

UART__ CONFIG STOP_ ONE//停止位：1

UART_CONFIG_PAR_NONE）；//校驗位：無

UARTEnable（UART2_BASE）；//使能UART端口

我們編寫函數(shù)，通過功能封裝為函數(shù)的方式來實現(xiàn)自定義的6條通信指令，從而實現(xiàn)上片機部分的串口通訊。

fSend_2 l_GrabSlide_TransParameter（）用于發(fā)送抓玻片傳參數(shù)狀態(tài)；fSend_22_Send_SlideBarcode（）用于實現(xiàn)通知上位機玻片條碼的功能；fSend_30_OO_PosirionMachineTransFinish（）用于發(fā)送檢測結(jié)束指令；fSend_ 30 01 Retum to_ zero（）用于發(fā)送上位機發(fā)送機器回零指令；fSend_30_02ResetCompletion（）用于發(fā)送復位完成指令；fSend_30_03_AlICompletion（）用于發(fā)送所有玻片發(fā)送完畢指令。

通過對上位機發(fā)送的通信指令進行解碼，并返回相應的應答幀，就可以實現(xiàn)上片機與上位機的實時通訊，使自動上片機完成相對應的功能。

5 上位機部分串口通訊的實現(xiàn)

上位機部分采用Visual C++6.0作為開發(fā)平臺，具體串口通訊功能選擇應用MSComm控件來編寫實現(xiàn)。

將此控件拉至對話框中，在類視圖中添加CMSComm類。MSComm6.0控件只有一個事件，即Oncomm事件。在通信時如果發(fā)生錯誤或者事件，將會引發(fā)Oncomm事件并且改變其屬性值，通過GetConunEvent（）可獲得Oncomm產(chǎn)生事件或錯誤的代碼。在與上片機控制器進行通信的過程中，使用MSC，omm6.0控件和自定義的通訊協(xié)議可以完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。

端口的主要設(shè)置如下：

if（m_Comm.GetPortOpen（》

m_Comm.SetPortOpen（FALSE）；

m_Comm.SetCommPort（l）；//設(shè)置串口

if（Im_Comm.GetPortOpen（》//打開串口

m_Comm.SetPortOpen（TRUE）；

else

{

AfxMessageBox（”cannot open serialport”）；

return false；

}

m_Comm.SetSettings（”9600，n，8，1”）；

m_Comm.SetInputMode（l）；

m_Comm.SetRThreshold（l）；

m_Comm.SetInputLen（0）；

m_Comm.Getlnput（）；

我們通過在上位機界面上設(shè)置起始地址和抓取數(shù)量，來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而達到上位機串口通訊的目的。的圖2、圖3為起始地址為10，抓取數(shù)量為5，所得到的抓取命令、檢測結(jié)束命令的上位機界面。

通過上位機發(fā)送相應的指令進行與上片機控制器的通訊，使我們能夠?qū)崿F(xiàn)抓取、檢測等一系列設(shè)備工藝設(shè)定，并能更好的完成自動上片機的所需功能。

6 結(jié)束語

近年來，隨著自動化及信息技術(shù)的迅速發(fā)展，各種設(shè)備己逐步向高質(zhì)量、多功能、集成化、自動化、系統(tǒng)化、智能化的方向發(fā)展，ARM也被越來越多的運用其中。通過基于ARM的上片機與上位機串口通訊的實現(xiàn)，使得自動上片機能更好地、更有效地完成所需功能。目前，我院研制的自動上片機已經(jīng)在某醫(yī)療公司投入運用，并且運行情況良好，為他們大大節(jié)省時間，提高工作效率。

參考文獻

[1]周立功.ARM微控制器基礎(chǔ)與實戰(zhàn)[M].北 京：北京航天航空大學出版社，2005.

[2] LM3S1138微控制器數(shù)據(jù)手冊[z].廣州周立功單片機發(fā)展有限公司，2008： 20-24.

[3]何欽銘.C語言程序設(shè)計[M].北京：科學出版社，2010.

[4]李現(xiàn)勇，精通Visual C++串口通信技術(shù)與工程實踐（第三版）[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[5]張筠莉，劉書智.Visual C++實踐與提高（串口通信與工程應用篇）（第二版）[M].北京：中國鐵道出版社，2009.