基于ARMCortexM3内核的微控制器STM32F107VC的宾馆信息管理系统学士学位论文.docx
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基于ARMCortexM3内核的微控制器STM32F107VC的宾馆信息管理系统学士学位论文
摘要
本文在分析国内外商务旅馆以及嵌入式单片机的现状与发展趋势的基础上，针对旅馆安全化、智能化以及信息化的功能要求，设计了一个旅馆信息管理系统。
系统以ARMCortex-M3内核的微控制器STM32F107VC为核心，一方面研究了主控器STM32的存储器结构，针对信息采集增加串口通信，并将信息经过AD转化器处理，暂存在Flash中，对于视频监视需要存储大容量的信息，通过扩展外设SDcard与USB来存储信息，以达到备份的目的；另一方面，通过10M/100M以太网模块、RJ45接口连接到Internet中从而实现智能家电的远程控制。
再者，通过触摸屏LCD实现人机交互，可将智能家电的信息、视频信息及最近软件更新提示等内容显示出来，同时也可以通过触摸屏将相应的控制信息发送出去。
使系统更加人性化，安全化。
系统实现了信息的采集和显示、数据信息的自动更新，人机交互、视频监视以及对智能家电的远程控制等功能，完成了设计的要求。
关键词：
旅馆；微控制器STM32；信息存储管理
Abstract
Thispaperanalyzestheglobalhotel,andtheEmbeddedsituationanddevelopmenttrend,basedonthehotelsecurity,intelligenceandinformationofthefunctionalrequirements,asaresultitneedtodesignahotelmanagementinformationsystem.
ThissystemusethemicrochipbasedonthecoreofARMCortex-M3fromthemicrocontrollernamedSTM32F107VC,thesystemononehandofthemasterSTM32frameofmemory,addtheserialportcommunicationfordataacquisitionandprocessingofinformationthroughtheADconverter,temporarystorageinFlash,thevideomonitoringneedtostorelargeofinformation,byextendingtheSDcardandUSBperipheralstostoredatainordertoachievethepurposeofbackup;onotherhand,by10/100MEthernetmodule,RJ45interfacetoconnecttotheInternetinordertoachieveintelligenthomeappliancesremotecontrol.Furthermore,throughthetouchscreentoachievehuman-computerinteraction,thecontentofintelligentinformationappliances,videoinformationandrecentsoftwareupdatenotificationsandothercontentdisplayed,thetouchscreencanalsobesenttotheappropriatecontrolinformation.Makethesystemmoreuser-friendly,enhancesafety.
Systemachievetheinformationcollectionanddisplay,dataautomaticallyupdated,human-computerinteraction,videosurveillance,remotecontrolofsmartappliancesandotherfunctionstocompletethedesignrequirements.
Keywords:
hotel;STM32microcontroller;informationstoragemanagement
毕业论文（设计）原创性声明
本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
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3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
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图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
目录
1概述1
1.1研究的目的和意义1
1.2国内外现状和发展趋势2
1.2.1旅馆行业国内外的现状及发展趋势2
1.2.2嵌入式单片机国内外现状4
1.3课题研究的主要内容6
2系统总体设计7
2.1系统总体设计方案7
2.2各模块的功能介绍8
3硬件系统设计10
3.1ARMCortex-M3微处理系统10
3.1.1ARMCortex-M3内核介绍10
3.1.2STM32系列处理器选型15
3.1.3STM32时钟和复位系统20
3.1.4系统电源系统22
3.2触摸屏设计23
3.2.1触摸屏的工作原理23
3.2.2触摸屏驱动芯片与接口24
3.3信息采集模块26
3.3.1信息采集的硬件电路设计26
3.3.2视频压缩技术27
3.4存储模块28
3.4.1存储电路设计28
3.4.2DMA数据存储29
3.4.3SD卡数据转移模块29
3.4.4USB大容量存储30
3.5通信模块设计32
3.5.1CAN总线介绍32
3.5.2CAN总线接口电路33
3.5.3网络硬件电路设计34
4软件系统设计36
4.1系统软件流程36
4.1.1软件总体框架36
4.1.2系统流程图36
4.2独立看门狗程序设计37
4.3触摸屏流程图38
4.4信息采集模块39
4.5存储设计40
4.5.1DMA中断处理40
4.5.2软件的自动更新40
4.6通信软件设计41
5系统的仿真与调试43
5.1调试方法43
5.2调试工具及调试过程43
5.2.1调试工具43
5.2.2集成开发及调试环境RealViewMDK44
5.2.3各功能模块调试47
6结论与展望53
参考文献54
致谢56
附录57
1概述
1.1研究的目的和意义
随着科学技术的进步,以及科学知识的普遍推广,计算机的应用已普及到经济和社会生活的各个领域并发挥着越来越重要的作用。
在人们生活水平提高的同时,人们的安全防范意识也得到了提高。
中型商务旅馆信息管理系统也就应该把安全作为重要的竞争手段。
智能化、安全化以及信息化是中型旅馆的发展趋势，智能化在于更加人性化，用户可以自己定义不同场景智能信息家电的响应；安全化是实时监控非法闯入（视频监控）、火灾、紧急呼救的发生；信息化是提供最新的股市情报、新闻、天气预报、电视节目预报、甚至当前公路上的交通流量状况，还可以自动管理用户的水电账单、银行和信用卡账户等财务信息，电话通话时间、费用结算等。
[1]
中型商务旅馆智能化、安全化及信息化的实践意义主要表现在以下几点：
1）提高旅馆经济效益
借助现代科技的旅馆内部多种管理信息系统和基于Internet的旅馆集团管理信息系统，不仅可以降低旅馆运营成本、提高管理效率、全面整合旅馆资源，而且数字信息产品培植了旅馆新的营业收入增长点。
2）强化核心竞争能力
信息时代互联网的发展和应用，改变了旅馆的营销方式、拓宽了营销领域、丰富了营销技术，如何借助网络的信息化平台开展旅馆网络营销、开展有特色的服务、优化酒店管理的流程，成为酒店业竞争的新内容，这对我国众多的经济型酒店具有重大的意义。
同时企业经营管理思想和理念可以说是旅馆的核心竞争力之所在，旅馆信息化建设的过程也是贯彻实施管理理念的重要途径，谁先采用了先进的科技手段，谁就将增加自身的核心竞争力，谁就将抢占市场的先机。
3）适应未来发展需要
从目前我国旅馆的客源市场构成来看，随着中国对外开放和参与国际经济交流和合作的不断深入，旅游业的蓬勃发展，来华外国客人的数量逐年增加，世界旅游组织预测中国在2020年将成为世界最大旅游目的地，接待旅游者人数将达13710万人次，庞大数量的接待任务需要高效率的信息流程管理，信息化商务旅馆将为客人营造良好的网络环境，顺应我国制定的旅游信息化战略决策，更好的适应未来旅馆发展的需要。
1.2国内外现状和发展趋势
1.2.1旅馆行业国内外的现状及发展趋势
1）旅馆行业的现状
在酒店信息化建设上，大多数酒店只重视硬件的高档配置，而没有考虑实际和未来的发展需要，除了少数高档次、大型饭店和饭店集团外，很少配备专业计算机网络人才，对系统的开发缺乏专业论证，总想一步到位，事实上酒店信息化设计实施过程也是贯彻酒店经营管理理念和经营思路的过程，是将信息化技术和酒店服务相结合的新发展，它完全改变了酒店的经营理念和竞争模式，大多数酒店经营者没有把信息化建设与提高酒店的经营管理、竞争和长期效益结合起来。
另一方面，我国国内饭店集团与国外饭店集团相比规模还是很大，饭店集团内部缺少较为先进的信息网络系统，早在1965年假日饭店集团就建立了自己独立的电脑预订系统，而国内饭店集团在这方面的投入和研发不足。
[14]
2）未来酒店的发展
（1）转化观念，再造流程
不同的酒店管理者对信息化持有不同的态度和认识，国内大多数酒店经营者认为酒店属于传统的服务行业，通常把投资信息化与影响和改善酒店的经营、管理效率等方面的功效挂起钩来，没有把信息化的价值融入酒店自身价值链在竞争中发挥的作用挂起钩来。
现在酒店管理流程正由传统的资金流导向高速信息流和服务流导向转变，酒店信息化得过程实际上市管理方式和服务流程的再而IT行业属技术密集型行业，由于这种行业间本质上的差异，致使很多IT公司尽管竭尽全力将最先造，彻底的改变着酒店。
（2）加强管理，统一标准
由于酒店业属于劳动密集型服务行业，进的产品设备或解决方案推销给酒店，单就客房网络的具体实施来说，就有ISDN、ADSL、XDSL、802.11无线网卡、光纤、双绞线等方案，然而其结果通常是酒店付出了昂贵的代价却不尽如人意，供应商和酒店没有利益上的一致性，技术功能与酒店需求错位，因而在酒店信息化得过程中需实施行业认证管理，制定统一的酒店行业信息化标准和等级，统一对酒店信息化内涵的理解，规范IT公司在酒店信息化中技术开发。
（3）内外兼修，多方参与
酒店信息化总体上可以分为内部和外部两个方面，内部是基于局域网的管理信息系统，外部是基于互联网的电子商务，内部信息化是外部信息化的基础，外部信息化是内部信息化得延展，在酒店信息化进程加快得今天，国内酒店要内部和外部两个方面同时着手，同时可以与第三方旅游网站网络预订合作，增加产品信息，争取对客房分销渠道的控制权。
（4）长远规划，系统开发
酒店信息化是一项复杂的系统工程，酒店需要投入大量的人力、物力和资金。
因而，酒店信息化应该根据自己的规模和目标，从业务流程重组、系统设计、产品选型、工程实施、工程监理等全面考虑，提出总体方案设计，并由行业管理部门组成专家组，对总体方案进行论证和审核，以确保方案的先进性、可行性。
（5）逐步导入，不断升级
酒店在资源的结构上有非常鲜明的即时响应特征，如何提高自有资源的使用效率和社会资源的配置效率应该是最关心的问题。
来自客户对会议、客房、餐饮的预定需要信息，不停的通过在线或者离线的方式传到酒店方，那么酒店就应该在自己的细分市场内为能够实现或者潜在的客户提供快速的预定服务，从而链动对其他内部的或者外部的“供”的资源的配置，这个也就是海尔说的“前台一张（需求认定）网，后台一条（供应满足）链。
”
1.2.2嵌入式单片机国内外现状
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
嵌入式单片机可以称为后PC时代和后网络时代的新秀。
与传统的通用计算机，数字产品相比，利用嵌入式单片机的产品有其自己的特点：
[3]
1）由于嵌入式单片机采用的是微处理器，实现相对单一的功能，所以往往不需要大量的外围器件。
因而在体积上，功耗上有其自身的优势。
相比之下，一个使用WindowsCE的PDA，仅靠机内电源就可以使用几天，而任何一台笔记本仅仅能够支持3小时左右。
2）嵌入式单片机是将计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一门综合技术学科。
3）嵌入式单片机是一个软硬件高度结合的产物。
为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式单片机中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。
4）为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向21世纪的嵌入式单片机要求配备标准的一种或多种网络通信接口。
5）因为嵌入式单片机往往和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式单片机产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。
未来的几年内，随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式单片机技术也将获得广阔的发展空间。
美国著名未来学家尼葛洛庞帝99年1月访华时预言，4～5年后嵌入式智能（电脑）工具将是PC和因特网之后最伟大的发明。
我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士98年11月在武汉全国第11次微机学术交流会上发表的《计算机的发展与技术》一文中，对未来10年以嵌入式芯片为基础的计算机工业进行了科学的阐述和展望。
1999年世界电子产品产值已超过12000亿美元，2000年达到13000亿美元，预计2005年，销售额将达18000亿美元。
嵌入式单片机是这个后PC时代的擎天之柱。
我们有理由相信，未来的电子技术就是嵌入式单片机的天下。
1.3课题研究的主要内容
1）对非法闯入（视频监控）、火灾、紧急呼救的安全防范；
2）对旅馆内部消费电子产品的智能控制；
3）可以通过语音识别技术实现对家用电器的智能控制：
4）智能信息家电可以通过服务器直接从制造商的服务网站上自动下载、更新驱动程序和诊断程序，实现智能化的故障自诊断维护等。
●安全防范：
智能安防可以实时监控非法闯入（视频监控）、火灾、紧急呼救的发生。
●消费电子产品的智能控制：
例如可以自动控制加热时间、加热温度的微波炉，可以自动调节温度、湿度的智能空调，可以根据指令自动搜索电视节目并摄录的电视机/录像机等等。
●交互式智能控制：
可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能；通过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能信息家电的主动性动作响应。
用户还可以自己定义不同场景智能信息家电的响应。
●自动维护：
智能信息家电可以通过服务器直接从制造商的服务网站上自动下载、更新驱动程序和诊断程序，实现智能化的故障自诊断、新功能自动扩展。
2系统总体设计
2.1系统总体设计方案
根据中型商务旅馆信息管理系统要实现的功能和实际情况的需求，选用意法半导体（ST）公司STM32增强型系列STM32F107VC，该芯片的最高工作频率为72MHz。
系统设计的目标是对旅馆进行实时监控，对智能家电的智能控制，人机交互。
系统总体框架图如图2.1所示，该系统主要有触摸屏系统、信息采集模块、存储模块和通信模块四部分组成。
图2.1总体设计框架图
在系统结构图中，各监视器之间都有CAN总线网络接口，满足网络总线协议规范。
监视信息可以通过总线接口上传到监控平台（人机接口）显示，同时监视平台也可以对信息进行处理，并将相关的信息进行存储（备份），从而达到远程控制的目的。
STM32F107微控制器制作的各功能模块框图，如图2.2所示。
图2.2各模块框图
2.2各模块的功能介绍
1）人机交互模块
通过触摸屏实现对信息的显示（输出），同时可以对信息进行控制（输入）。
在硬件上主要通过LCD及其对相应的驱动芯片进行相应的管理。
在这里将相关的
驱动程序和界面设置等程序放到相应的驱动芯片中，启动后微控制器启动相关的程序，从而实现触摸屏的人机交互。
2）信息采集模块
在这里信息采集主要是微控制器控制通过串口对视频监控信息的采集，将搜集到的图像信息通过AD转换器转换，再将相应的信息存储到SDcard或是USB外接的优盘。
3）存储模块
存储模块主要是通过扩充外围设备达到大容量的存储的目的，增加了SDcard和USB模块来扩大存储；存储信息采集模块的信息（备份），同时还有通信模块中下载的智能家电的驱动程序。
4）通信模块
通信模块要实现远程控制，通过增加一个以太网10/100MAC模块，实现网络连接，可以将远方的指令传达到指定的智能家电，达到远程控制的目的。
3硬件系统设计
3.1ARMCortex-M3微处理系统
3.1.1ARMCortex-M3内核介绍
ARMCortex发布于2005年，为各种不同性能需求的应用提供了一整套完整的优化解决方案，该系列的技术划分完全针对不同的市场应用和性能需求。
目前ARMCortex定义了三个系列，其中Cortex-M系列是针对价格敏感应用领域的嵌入式处理器，只支持Thumb-2指令集，强调操作的确定性，以及性能、功耗和价格的平衡。
为降低器件成本，Cortex-M3处理器采用了与系统部件紧耦合的实现方法，来缩小芯片面积，其内核面积比现有的三级流水线内核缩小了30%。
Cortex-M3处理器实现了Thumb-2指令集架构，具有很高的代码密度，可降低存储器需求，并能达到非常接近32位ARM指令集的性能。
ARMCortex-M3处理器是一个低功率处理器，特点是门数低、中断延迟短且调试成本低。
它专用于要求快速中断响应的深层嵌入式应用程序，包括微控制器、汽车和工业控制系统。
对于系统和软件开发，Cortex-M3处理器具有以下优势：
[5]
●小的处理器内核、系统和存储器，可降低器件成本；
●完整的电源管理，很低的功耗；
●突出的处理器性能，可满足挑战性的应用需求；
●快速的中断处理，满足高速、临界的控制应用；
●可选的存储器保护单元（MPU），提供平台级的安全性；
●增强的系统调试功能，可加快开发进程；
●没有汇编代码要求，简化系统开发；
●宽广的适用范围:
从超低成本微控制器到高性能SoC。
图3.1Cortex-M3处理器系统方框图
注释：
虚线框中的MPU和ETM是可选组件。
表3.1方框图中的缩写及其定义
缩写
含义
NVIC
嵌套向量中断控制器
SYSTICKTimer
一个简单的周期定时器，用于提供时基，亦被操作系统所使用
MPU
存储器保护单元（可选）
CM3BusMatrix
内部的AHB互连
AHBtoAPB
把AHB转换为APB的总线桥
SW-DP/SWJ-DP
串行线调试端口/串行线JTAG调试端口。
通过串行线调试协议或者是传统的JTAG协议（专用于SWJ-DP），都可以用于实现与调试接口的连接。
AHB-AP
AHB访问端口，它把串行线/SWJ接口的命令装换成AHB数据传送。
ETM
嵌入式跟踪宏单元（可选组件），调试用。
用于处理指令跟踪。
DWT
数据观察点及跟踪单元，调试用。
这是一个处理数据观察点功能的模块。
ITM
仪器化跟踪宏单元
TPIU
跟踪单元的接口单元。
所有跟踪单元发出的调试信息都要先送给它，它再转发给外部跟踪捕获硬件的。
FPB
Flash地址重载及断电单元
ROM表
一个小的查找表，其中存储了配置信息。
Cortex-M3处理器紧密结合一个可配置的嵌套向量中断控制器（NVIC），提供了工业领先的中断处理性能。
标准的NVIC实现包括一个不可屏蔽中断（NMI），加上具有优先级的32个通用物理中断。
通过简单的综合选择，控制器可以被配置为1-244个物理中断。
另外，抢占式优先级的数目，在综合时配置到255个。
与处理器内核的紧密结合，使处理器可以更快地执行中断服务程序（ISR）。
典型情况下，从中断发生到进入服务可减少70%的周期数，这是通过寄存器硬件堆栈，加上退出和重启多寄存器Load-Store操作完成的。
这种实现也意味着不需要任何汇编代码来完成寄存器数据传送，大大简化了代码。
NVIC采用尾链（Tail-Chaining）技术，简化了在激活与挂起的中断之间的数据传送。
它用简单的6个周期的取指，取代了传统的串行堆栈通常需要超过30个时钟周期的Push-Pop操作，与ARM7TDMI相比较有很更快的中
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