CN108536240B - 双cpu协同的沙漠信息采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双CPU协同的沙漠信息采集方法及系统，所述系统包括上位机和至少一个下位机单元；所述下位机单元包括电源、主单片机电源控制电路、主单片机、从单片机电源控制电路、从单片机、信号转化模块、信息采集模块、传感器节点和实时通讯模块。本发明提供的沙漠信息采集系统，主从单片机同时启动，主单片机运行正常的基本功能，进行数据采集，与上位机之间的通信。从单片机以监听主单片机运行为主要任务，在主单片机不能正常工作的情况下，承担主单片机的任务。主从单片机之间在功能上相互独立，主单片机不受从单片机加入的影响，实现其固有功能，减小了测量数据丢失的风险。

Description

双CPU协同的沙漠信息采集系统及方法

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种用于沙漠信息采集的系统及方法， 具体涉及一种双CPU协同的沙漠信息采集系统及方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，工业4.0、互联网+、智慧农业等新理念正在 颠覆传统、引领变革，智能化、互联网、物联网等新技术必将彻底颠覆传统 的生产销售的观念和模式。目前，沙漠是待开发利用的最大的资源之一，通 过改良沙化土壤结构并突出生态安全特性而不断提升土地资源优势，是当前 应着重解决的重大课题，对沙漠各生态环境信息的采集显得尤为重要。

通常，远程信息的采集是通过上位机和下位机的配合实现的，而沙漠恶 劣的环境对各种物联网设备的稳定性是个极大的考验，下位机如果发生故障 而使数据无法完整传输，会造成数据丢失，给信息采集工作带来极大的不便； 且，沙漠环境下电信运营商基站数量较少，可能导致某些区域的GPRS信号太 弱，因此，利用GPRS无线传输可能会发生无信号的情况，一旦设备出现故障， 将不能得到及时的维护，从而造成数据的丢失。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种双CPU协同的沙漠信息采集系统 及方法，减少数据丢失的风险。

本发明是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种双CPU协同的沙漠信息采集系统，用以实现 上述方法，所述系统包括：

上位机和下位机；

所述下位机包括电源、主单片机电源控制电路、主单片机、从单片机电 源控制电路、从单片机、信号转化模块、信息采集模块、传感器节点和实时 通讯模块；

所述信号转化模块包括：第一信号转化模块、第二信号转化模块、第三 信号转化模块和第四信号转化模块；

所述主单片机和所述从单片机分别通过所述主单片机电源控制电路和所 述从单片机电源控制电路与所述电源相连；

所述传感器节点与所述信息采集模块相连；

所述主单片机和所述从单片机并列设置；

所述实时通讯模块通过所述第一信号转化模块和所述第三信号转化模块 分别与所述主单片机和所述从单片机连接；

所述信息采集模块分别通过所述第二信号转化模块和所述第四信号转化 模块分别与所述主单片机和所述从单片机连接；

所述上位机与所述下位机通过所述实时通讯模块进行通讯，所述通讯模 块包括卫星通讯子模块和GPRS无线通讯子模块。

系统可根据两模块各自信号强度进行智能切换或根据上位机指令进行切 换，减少因GPRS无线传输无信号而使数据丢失的风险。

所述的主单片机和从单片机也可以设置为主CPU和从CPU，此时，需要 另外设置与主CPU和从CPU连接的SD卡存储模块。以保存数据。

作为改进，所述主单片机和所述从单片机芯片内的FLASH进行了重新划 分：

可编程FLASH包括两部分，第一部分为BootLoader区，存放引导程序， 用于实现引导应用程序的启动，第二部分为应用程序区；

比可编程FLASH更高地址的FLASH包括三部分，第一部分为程序地址区， 第二部分为缓冲程序区，第三部分为升级标志区；

所述程序地址区为地址0x20000到0x200FF的FLASH空间，分为15部分， 每部分包括15个字节，其中，第1-2字节储存程序开始地址，第3-5字节储 存本段缓存程序的开始地址，第6-8字节储存本段缓存程序的结束地址，第 9-10字节储存本段缓存程序的总字节数，第11-15字节做保留使用；

所述缓冲程序区为地址0X20100到0X2FEFF的FLASH空间，用于储存应 用程序的二进制代码；

所述升级标志区为地址0X2FF00-0X2FFFF的FLASH空间，作为重启系统 后是否烧写新应用程序的升级标示，记为标志A，作为应用程序完整性标志， 记为标志B。

高地址(地址范围0X20000-0X2FFFFF)是相对于可编程FLASH(地址范 围0X5C00-0XFFFF)的低地址范围而言的，可编程FLASH是应用程序真正存 放的空间，而高地址的FLASH只是暂时储存应用程序的二进制代码，在升级 的时候将高地址中的应用程序二进制代码根据相应的地址写入到可编程的 FLASH空间中，体现了可离线升级的特性。

所述标志A和标志B只是作为程序升级和完整性的标记，并没有实际意 义，还可以采用标志C、标志D等来表示。

作为改进，本发明提供的双CPU协同的沙漠信息采集系统中，所述电源 的外部设置有电源保护装置，所述电源保护装置包括箱体和盖体，所述盖体 固定于所述箱体的顶部，所述盖体包括对称设置的左盖体和右盖体，且所述 左盖体和所述右盖体的结构相同，所述左盖体为平行设置的多层结构，每一 层结构相同，每一层都包括固定板和隔沙板，所述固定板的前后两端分别固 定于所述箱体的前后两个内壁上，且最下层的固定板(1)的右边缘固定于所 述箱体的左侧壁的顶部，所述隔沙板呈“V”字形结构，所述隔沙板的左端固定于所述固定板的右端，所述隔沙板的右端可活动的固定于所述箱体的顶部 中心位置，所述隔沙板的下表面设置有“V”形结构的通风板，所述通风板的 一端固定于所述隔沙板的下表面上，所述隔沙板和所述通风板上均设置有通 孔，且所述隔沙板上的通孔和所述通风板上的通孔不连通。

电源保护装置的盖体设置为多层结构，相邻两层之间有空隙，沙漠里有 风且风力较大，能够吹动沙土飞扬时，飞沙可能进入相邻两层固定板之间的 空隙，由于隔沙板为“V”形结构，飞沙进入隔沙板后囤积在“V”形结构的 底部，不会继续进入，即使继续进入，由于左盖板和右盖板连接，且最下层 的固定板的边缘固定于箱体左右壁的顶部，将箱体密封，盖体的相邻两层结 构之间形成通路，飞沙也不会进入箱体内，当沙漠里无风或者风很小时，由 于隔沙板的前后两端与箱体的前后内壁并未固定，且隔沙板的一端固定于固 定板的一端，另一端并未固定，则可以将隔沙板的一端举起，使其与固定板 形成斜向外的通路，将飞沙从隔沙板倒出，此时通风板与隔沙板是贴合的， 飞沙倒出后可将隔沙板恢复至初始状态，此时可将通风板与隔沙板拉开一定 距离，因为隔沙板和通风板上均设置通孔，通风板与隔沙板之间形成间距后 交错的通孔内也进入空气和微风，使箱体内的电源进行散热和通风。本发明 提供的电源保护装置既可以对飞沙进行阻隔，又不影响电源通风和散热，结 构简单，使用方便。

作为优选，所述电源保护装置还包括控制装置，所述控制装置包括隔沙 板升降杆、通风板升降杆、传感器和控制器，所述隔沙板升降杆、所述通风 板升降杆和所述传感器分别与所述控制器电连接，所述隔沙板升降杆的一端 固定于所述隔沙板的下表面上，所述通风板升降杆的一端固定于所述通风板 的下表面上，所述传感器设置于所述箱体的外侧。

控制器内可以预先设置风力阈值，传感器可以间隔一定的时间检测风的 大小并传送至控制器，当传感器检测到的风力大于预设阈值时，保持隔沙板 和通风板不动，且隔沙板下表面与通风板上表面紧密接触，避免飞沙进入， 当传感器检测到的风力小雨预设阈值时，控制器控制隔沙板升降杆和通风板 升降杆同时上升，使隔沙板的“V”字结构展开，使隔沙板与固定板形成斜向 外的通道，将囤积的沙土倾倒出来，然后控制隔沙板升降杆和通风板升降杆 同时下降至初始位置，然后控制通风板升降杆下降，使通风板与隔沙板隔开一定间距，通过隔沙板和通风板上的通孔实现电源的通风和散热；当传感器 检测到风力大于预设阈值时再将通风板升降杆上升，使通风板与隔沙板紧密 接触，避免飞沙进入。

第二方面，本发明提供一种基于上述双CPU协同的沙漠信息采集系统的 沙漠信息采集方法，所述方法包括如下步骤：

上位机发送信息采集指令；

下位机单元中并列的主单片机和从单片机分别接收上位机发送的信息采 集指令；

主单片机将接收到的信息采集指令转发至信息采集模块；

主单片机接收信息采集模块发送的数据，并将所述数据打包处理后发送 至实时通讯模块；

从单片机检测主单片机是否成功向信息采集模块转发信息采集指令；

若主单片机未成功向信息采集模块转发信息采集指令，则从单片机向信 息采集模块转发信息采集指令；

若主单片机成功向信息采集模块转发信息采集指令，则接收信息采集模 块发送的数据并检测主单片机是否成功将数据发送至实时通讯模块；

若主单片机未成功将数据发送至实时通讯模块，则向实时通讯模块发送 数据；

若主单片机成功将数据发送至实时通讯模块，则进入初始状态。

上位机发出采集信息的指令，本指令由下位机的主单片机和从单片机同 时接收，主单片机将打包好的可由信息采集模块识别的命令下发至信息采集 模块，从单片机对主单片机的工作进行检测，主单片机未成功发送信息采集 指令时，则从单片机发送；上位机发出的采集指令与下位机单片机发出的采 集指令具体内容不同，因为模块协议不同，但都是提出信息采集的指令。

本发明提供的沙漠信息采集系统，主从单片机同时启动，主单片机运行 正常的基本功能，进行数据采集，与上位机之间的通信。从单片机以监听主 单片机运行为主要任务，在主单片机不能正常工作的情况下，承担主单片机 的任务。主从单片机之间在功能上相互独立，主单片机不受从单片机加入的 影响，实现其固有功能，减小了测量数据丢失的风险。

作为优选，所述方法还包括：

所述主单片机接收信息采集模块发送的数据，并将数据打包存储至SD卡 储存模块。

作为优选，所述方法还包括：

所述从单片机接收信息采集模块发送的数据，并将数据打包存储至SD卡 储存模块。

主单片机和从单片机在接收到数据后，将数据打包发送至实时通讯模块 的同时，将数据存储在单片机的SD卡储存模块中，对数据进行备份，避免了 实时通讯模块故障时数据的丢失，保证数据的安全性，同时，上位机可以通 过获取指令获得SD卡储存模块中保存的某个时段的采集数据。

作为改进，所述方法还包括升级方法：

步骤一：应用程序在接受到升级指令并将升级程序代码写入缓冲区后， 置位标志A，并在主单片机的CPU空闲状态下利用看门狗定时器溢出产生PUC 系统复位并进入引导程序；

步骤二：引导程序利用标志A的状态判断是否进行程序烧写，进行烧写 则执行步骤三，否则执行步骤四；

步骤三：复位标志B并进行程序烧写，烧写成功则执行步骤五，否则执 行步骤三；

步骤四：利用标志B判断应用程序是否完整，完整则执行步骤六，否则 执行步骤三；

步骤五：复位标志A，执行步骤六；

步骤六：进入应用程序并置位标志B。

实现离线远程对主单片机的升级。

具体的，所述上位机和所述下位机之间的协议规定为：

一个数据包以0xa5作为开始标志，0xae作为结束标志，不区分大小写；

上位机下发的指令若在包头和包尾之间若有字符0xa5、0xae、0xaa，则 需要将字符0xa5转换为0xaa 0xa5，将字符0xae转换为0xaa 0x0e，将字符 0xaa转换为0xaa 0x0a；

下位机指令接收规则为：接收到符号0xa5，表示一个包的开始；接收到 符号0xae，表示一个包的结束；在0xa5，0xae之间接收的数据，当接收到 0xaa时，需要与其后的一个字节合成还原为转义前的字符；具体为：将字符 0xaa 0x05转换为0xa5，将字符0xaa 0x0e转换为0xae，将字符0xaa 0x0a 转换为0xaa。

本发明实施例提供的技术方案可以包含以下有益效果：

本发明能够长时间自动采集沙漠中的各项生态指标数据，代替了人工取 样分析，减轻了工作人员的劳动强度，免去了大量劳动力的浪费，大大提高 了工作效率；通过所采集的数据建立沙漠生态指标模型，可对不同沙漠的沙 化土壤改良及农作物的栽培提供一定的指导。

本发明采取双单片机或双CPU协同的工作方式，提高了系统运行中的稳 定性，对沙漠的恶劣环境有较强的适应能力；可根据沙漠环境的变化实时远 程对系统代码进行升级。

本发明所采集的数据采用远程上传服务器和本地SD卡两种方式进行储 存，减小了数据丢失的风险。

本发明采用卫星通讯和GPRS无线通讯双模块的工作模式，系统可根据各 模块的信号强度自动切换上传通道，降低了数据在上传过程中丢失的风险。 其中，卫星通讯模块支持全天候的双向短报文通讯和导航定位功能；支持 BDS/GPS双模工作，工作更加稳定，集成化程度高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本 领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种沙漠信息采集方法的流程图。

图2是本发明实施例一提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统的结 构示意图。

图3是本发明实施例一提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统中 BootLoader应用下的内存分配图。

图4是本发明实施例一提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统中 BANKC分区的FLASH分配图。

图5是本发明实施例一提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统中缓 存程序的程序地址区地址分配图。

图6是本发明实施例一提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统中主 单片机和从单片机的升级方法的流程图。

图7是本发明实施例二提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统的结 构示意图。

图8是本发明实施例二提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统的电 源保护装置的结构示意图。

图9是本发明实施例二提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统的电 源保护装置的盖体的结构示意图。

图10是本发明实施例二提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统的电 源保护装置的局部结构示意图。

图中所示：固定板1、隔沙板2、通风板3、隔沙板升降杆4、通风板升 降杆5。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合 本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

图1是本发明实施例提供的一种沙漠信息采集方法的流程图。如图所示， 该方法包括：

S101：上位机发送信息采集指令。

当需要采集数据时，操作人员通过上位机向下位机发送信息采集指令。

S102：下位机的主单片机和从单片机分别接收上位机发送的信息采集指 令。

S103：主单片机将接收到的信息采集指令转发至信息采集模块。

主单片机接收上位机发送的信息采集指令，并将接收到的信息采集指令 处理成信息采集模块能够接收的形式转发至信息采集模块。

S104：主单片机接收信息采集模块发送的数据，并将所述数据打包处理 后发送至实时通讯模块。

信息采集模块接收大信息采集指令后进行信息采集，并将采集到的数据 发送至主单片机，主单片机在接收到信息采集模块发送的数据后，将数据打 包发送至实时通讯模块，通过实时通讯模块发送至上位机。

S105：从单片机检测主单片机是否成功向信息采集模块转发信息采集指 令。

从单片机接收到信息采集指令后，检测主单片机是否将接收到的信息采 集指令发送至信息采集模块，以使信息采集模块进行数据采集。

S106：若主单片机未成功向信息采集模块转发信息采集指令，则从单片 机向信息采集模块转发信息采集指令。

当主单片机未成功向信息采集模块发送信息采集指令时，从单片机进行 主单片机未完成的工作，将信息采集指令发送至信息采集模块，以使信息采 集，模块进行信息采集。

S107：若主单片机成功向信息采集模块转发信息采集指令，则接收信息 采集模块发送的数据。

当从单片机检测到主单片机成功向信息采集模块发送了信息采集指令 后，便等待信息采集模块返回数据，从单片机和主单片机同时接收信息采集 模块返回的数据。

S108：检测主单片机是否成功将数据发送至实时通讯模块。

S109：若主单片机未成功将数据发送至实时通讯模块，则从单片机向实 时通讯模块发送数据。

S110：若主单片机成功将数据发送至实时通讯模块，则从单片机进入初 始状态，在上位机发送信息采集指令时继续接收上位机发送的信息采集指令 并检测主单片机的工作。

本发明实施例中，主单片机和从单片机同时启动，主单片机运行正常的 基本功能，进行信息采集、与上位机之间的通信，从单片机以监听主单片机 运行为主要任务，在主单片机不能正常工作的情况下，承担主单片机的任务。 主从单片机之间在功能上相互独立，主单片机不受从单片机加入的影响，实 现其固有功能，通过两套系统的协作避免测量数据的丢失。

在本发明的另一个实施例中，在所述步骤S103中可以同时将接收到的数 据保存至主单片机的SD卡存储模块，以便后续查找，在所述步骤S107中， 从单片机接收数据后可以将数据保存至从单片机的SD卡存储模块，避免因实 时通讯模块损坏而导致的数据丢失。

图2是本发明实施例提供的一种双CPU协同的沙漠信息采集系统的结构 示意图。如图2所示，所示系统包括：

上位机和下位机。

所述下位机包括电源、主单片机电源控制电路、主单片机、从单片机电 源控制电路、从单片机、信号转化模块、信息采集模块、传感器节点和实时 通讯模块。

所述信号转化模块包括：第一信号转化模块、第二信号转化模块、第三 信号转化模块和第四信号转化模块。

所述主单片机和所述从单片机分别通过所述主单片机电源控制电路和所 述从单片机电源控制电路与所述电源相连。

所述的电源由太阳能板充电，并分别给主单片机电源控制电路和从单片 机电源控制电路供电，并且两电源控制电路互不影响，避免了由于电源控制 电路输出电压不稳定或电路出现故障导致的主单片机和从单片机同时出现异 常的情况。

所述传感器节点与所述信息采集模块相连。

所述实时通讯模块通过所述第一信号转化模块和所述第三信号转化模块 分别与所述主单片机和所述从单片机连接。

所述信息采集模块分别通过所述第二信号转化模块和所述第四信号转化 模块分别与所述主单片机和所述从单片机连接。

主单片机和从单片机采用MSP430F5438芯片，主单片机和从单片机的 USART0和USART1外围设计TTL转485电路，达到通信多对多的状态。其中 USART0做采集通信线路，USART1做通信传输线路。主从单片机的采集电路及 数据传输电路以并联的方式共存。

信号转换模块采用MAX487芯片，实现RS485信号与TTL信号的互相转换， 实现与信息采集模块的连接。主要用于将主单片机和从单片机输出的TTL信 号转换成RS485信号，实现一对多的通信状态，主要实现方法为将主单片机 和从单片机的USART0串口分别与信号转换模块的输入端相连，两信号转换模 块的输出端并联用与采集模块的通讯接口相连；主单片机和从单片机的 USART1串口分别与信号转换模块的输入端相连，两信号转换模块的输出端并 联用与实时通信模块的通讯接口相连。

所述上位机与所述下位机通过所述实时通讯模块进行通讯，所述通讯模 块包括卫星通讯子模块和GPRS无线通讯子模块。

系统可根据两模块各自信号强度进行智能切换或根据上位机指令进行切 换，其中，卫星通讯子模块支持全天候的双向短报文通信和导航定位功能； 支持BDS/GPS双模工作，工作更加稳定；集成化程度高，RDSS模块、RNSS模 块及天线融为一体。能够进行数据短报文通讯及获取所在位置信息、实时日 期与时间，用于对外围实时时钟模块的校准。

本发明实施例提供的沙漠信息采集系统，主从单片机同时启动，主单片 机运行正常的基本功能，进行数据采集，与上位机之间的通信。从单片机以 监听主单片机运行为主要任务，在主单片机不能正常工作的情况下，承担主 单片机的任务。主从单片机之间在功能上相互独立，主单片机不受从单片机 加入的影响，实现其固有功能，减小了测量数据丢失的风险。

本实施例提供的沙漠信息采集系统可以对主单片机和从单片机进行离线 远程升级，本实施例根据所述主单片机和所述从单片机芯片内的FLASH进行 了重新划分，将可编程FLASH分为两部分，第一部分为BootLoader区，存放 引导程序，主要是实现引导应用程序的启动；第二部分为应用程序区，如图 3所示。

并将高地址的FLASH划分为了三部分，如图4所示，第一部分为地址 0x20000到0x200FF的FLASH空间作为程序地址区，一共分为15部分，每部 分分为15个字节，如图5所示，其中前两个字节储存程序开始地址，第3-5 字节储存本段缓存程序的开始地址，第6-8字节储存本段缓存程序的结束地 址，第9-10字节储存本段缓存程序的总字节数，第11-15字节做保留使用； 第二部分为地址0X20100到0X2FEFF的FLASH空间作为缓冲程序区，储存应 用程序的二进制代码；第三部分为地址0X2FF00-0X2FFFF的FLASH空间作为 重启系统后是否烧写新应用程序的升级标示，记为标志A，同时为了避免在 引导程序进行固件更新的时候由于其他因素导致的更新中断，设置一个应用 程序完整性标志，记为标志B。

根据事先规定好的协议，原程序在接受到上位机发送的应用程序下载标 志时，进入应用程序下载模式，将各程序段放入缓冲FLASH中，并将标志A 置位，并在系统处于空闲状态下利用看门狗定时器溢出产生PUC系统复位而 进入BootLoader模式。具体实现方法如图6所示的方法流程：

S201：接收上位机的指令，根据上位机的指令判断是否下载程序。

当需要对主单片机和从单片机的软件进行升级时，上位机发出升级指令， 下位机的主单片机和从单片机芯片中的应用程序在接收到升级指令后，根据 升级指令下载升级程序。

S202：缓存应用程序并置位标志A。

将下载的升级程序代码写入缓冲区后，置位标志A。

S203：判断是否进入应用程序。

缓存好应用程序并置位标志A后，在CPU空闲状态下利用看门狗定时器 溢出产生PUC系统复位并进入引导程序。

S204：引导程序初始化。

S205：引导程序根据标志A的状态判断是否进行程序烧写，进行烧写则 执行步骤S206，否则执行步骤S209。

应用程序在接收到升级指令后将标志A置位，此处，进入引导程序后， 引导程序根据标志A的状态，即根据标志A是置位还是复位状态来判断是够 进行程序烧写，标志A置位时进行程序烧写，标志A复位时不进行程序烧写。

S206：复位标志B并进行程序烧写。烧写后执行步骤S207。

S207：判断烧写是否成功。烧写成功则执行步骤S208，烧写不成功则继 续执行步骤S206，直至烧写成功。

S208：复位标志A。烧写成功后将标志A复位，不再烧写。

S209：判断应用程序是否完整。

当标志A复位时，不进行程序烧写，此时，利用标志B判断程序是否完 整，程序完整则执行步骤S211，程序不完整则执行步骤S206。

S211：应用程序初始化并置位标志B。

引导程序根据标志A的状态判断是否进行程序烧写时，由于应用程序接 收到升级指令时，已经将标志A置位，此时，标志A通常为置位状态，即进 行程序烧写，当标志A为复位状态时，即已经完成程序烧写，此时则需要利 用标志B来判断程序是否完整，程序完整时则应用程序初始化，进入应用程 序，程序不完整则复位标志B重新进行程序烧写。

所述步骤S211中，应用程序初始化后进入应用程序，此时进入的应用程 序为已经升级的应用程序，应用程序执行其任务，当需要下次升级时，继续 执行步骤S201，形成循环，如图6所示。

现有的常规升级方法为CPU在线通过引导程序将上位机下发的程序二进 制代码直接写入到可编制FLASH中，没有储存至高地址缓冲区的过程，是直 接在线升级的过程，本实施例中，首先将程序二进制代码写入划分好的高地 址FLASH中，等待合适的时机再进行固件升级，避免了因外部原因导致的升 级失败而出现的无法进入应用程序的情况(应用程序在在线升级的过程中已 被擦除掉了一部分)；对实时系统来说，系统在处理外部事务时不适合进行 程序升级，将程序二进制代码写入高地址缓存区，等待外部事务完成后再进行升级避免了这个问题；另外本系统的工作环境是在沙漠中，通讯会受到沙 漠环境的影响(信号差)，在常规升级方法下，若有数据包的丢失会导致整 个程序的崩溃。

本实施例中，上位机和下位机之间的数据包协议规定为：一个数据包以 0xa5作为开始标志，0xae作为结束标志，不区分大小写。上位机下发的指令 若在包头和包尾之间若有字符0xa5、0xae、0xaa，则需要按下表1转换为对 应的2个字符。

表1：字符转换表

转换前	转换后	意义
			0xa5	0xaa 0xa5	目的是避免与起始符0xa5相同，防止误认为包头
0xae	0xaa 0x0e	目的是避免与结束符0xae相同，防止误认为包尾
			0xaa	0xaa 0x0a	目的是避免与转义符0xaa相同

下位机指令接收规则为：接收到符号0xa5，表示一个包的开始；接收到 符号0xae，表示一个包的结束；在0xa5，0xae之间接收的数据，当接收到 0xaa时，需要与其后的一个字节合成还原为转义前的字符。具体为：

下位机接收到指令后将地址段数保存作为接收段地址信息的依据，进入 段地址信息接收程序，并发送接收到的地址段数通知上位机已就绪。若上位 机长时间未发送段地址信息包，则系统通过定时器退出段地址信息接收程序。 上位机发送的升级指令为：

下位机回复收到的升级指令为：

上位机发送的段地址信息为：

下位机回复收到的段地址信息

下位机对所有段地址信息接收完毕，进入程序代码接收程序，并发送接 收到的总字节数通知上位机已就绪。若上位机长时间未发送程序代码包，则 系统通过定时器退出程序代码接收程序。

本实施例中，在电源的外侧设置了电源保护装置，保护电源持久耐用， 如图8所示，所述电源保护装置包括箱体和盖体，所述盖体固定于所述箱体 的顶部，所述盖体包括对称设置的左盖体和右盖体，且所述左盖体和所述右 盖体的结构相同，所述左盖体为平行设置的多层结构，每一层结构相同，每 一层都包括固定板1和隔沙板2，所述固定板1的前后两端分别固定于所述 箱体的前后两个内壁上，且最下层的固定板1的右边缘固定于所述箱体的左 侧壁的顶部，所述隔沙板2呈“V”字形结构，所述隔沙板2的左端固定于所 述固定板1的右端，所述隔沙板2的右端可活动的固定于所述箱体的顶部中 心位置，所述隔沙板2的下表面设置有“V”形结构的通风板3，所述通风板 3的一端固定于所述隔沙板2的下表面上，所述隔沙板2和所述通风板3上 均设置有通孔，且所述隔沙板2上的通孔和所述通风板3上的通孔不连通。

本实施例中将电源保护装置的盖体设置为多层结构，相邻两层之间有空 隙，沙漠里有风且风力较大，能够吹动沙土飞扬时，飞沙可能进入相邻两层 固定板1之间的空隙，由于隔沙板2为“V”形结构，飞沙进入隔沙板2后囤 积在“V”形结构的底部，不会继续进入，即使继续进入，由于左盖板和右盖 板连接，且最下层的固定板1的边缘固定于箱体左右壁的顶部，将箱体密封， 盖体的相邻两层结构之间形成通路，飞沙也不会进入箱体内，当沙漠里无风 或者风很小时，由于隔沙板2的前后两端与箱体的前后内壁并未固定，且隔 沙板2的一端固定于固定板的一端，另一端并未固定，则可以将隔沙板2的 一端举起，使其与固定板1形成斜向外的通路，将飞沙从隔沙板倒出，此时 通风板3与隔沙板是贴合的，飞沙倒出后可将隔沙板2恢复至初始状态，此 时可将通风板3与隔沙板拉开一定距离，因为隔沙板2和通风板3上均设置 通孔，通风板3与隔沙板2之间形成间距后交错的通孔内也进入空气和微风， 使箱体内的电源进行散热和通风。本实施例设置的电源保护装置既可以对飞 沙进行阻隔，又不影响电源通风和散热，结构简单，使用方便。

进一步，如图9所示，所述电源保护装置还包括控制装置，所述控制装 置包括隔沙板升降杆4、通风板升降杆5、传感器和控制器，所述隔沙板升降 杆4、所述通风板升降杆5和所述传感器分别与所述控制器电连接，所述隔 沙板升降杆4的一端固定于所述隔沙板4的下表面上，所述通风板升降杆5 的一端固定于所述通风板3的下表面上，所述传感器设置于所述箱体的外侧。

本实施例中，如图10所示，所述箱体的前后两个壁的高度较高，以便隔 沙板2升高时，不会有飞沙从隔沙板2与箱体顶部之间的空间进入箱体内， 且所述箱体的前后两个壁的宽度大于左右两个壁之间的距离，以使固定板1 的前后两端固定。本实施例可以在控制器内预先设置风力阈值，传感器可以 设置为每间隔一定的时间检测风的大小并传送至控制器，控制器将传感器检 测到的风的大小和预设的阈值进行比较，当传感器检测到的风力大于预设阈 值时，保持隔沙板2和通风板3不动，此时隔沙板2下表面与通风板3上表 面紧密接触，即使有飞沙从相邻两个固定板1之间的空隙进入，也会囤积在 隔沙板2的“V”字形的底部，避免飞沙进入箱体；当传感器检测到的风力小 雨预设阈值时，控制器便控制隔沙板升降杆4和通风板升降杆5同时上升， 使隔沙板2的“V”字结构展开，使隔沙板2与固定板1形成斜向外的通道， 将囤积的沙土倾倒出来，然后控制隔沙板升降杆4和通风板升降杆5同时下 降至初始位置，然后控制通风板升降杆5下降，使通风板3与隔沙板2隔开 一定间距，通过隔沙板2和通风板3上的通孔实现电源的通风和散热；所述 的隔沙板升降杆4可以设置两个，分别设置于左盖体和右盖体的连接处的前 后两端，在箱体的前后两个内壁上可以设置与隔沙板升降杆4对应的滑槽， 使隔沙板升降杆4升降方便，通风板升降杆5可以与隔沙板升降杆4的设置 相同；所述箱体的顶部的中心位置可以设置与箱体底面平行的支撑杆，左盖 体和右盖体的连接处搭置在支撑杆上，减少盖体对隔沙板升降杆4和通风板 升降杆5的压力。当传感器检测到风力再次大于预设阈值时再将通风板升降 杆5上升，使通风板3与隔沙板2再次紧密接触，避免飞沙进入，如此，达 到对电源的保护的目的，使电源既不会收飞沙侵害，又能够进行通风和散热， 结构简单，使用方便。

图7是本发明实施例二提供的一种沙漠信息采集系统的结构示意图。如 图7所示，该系统包括：

上位机和一个下位机单元；

所述下位机单元包括电源、主CPU电源控制电路、主CPU、从CPU电源 控制电路、从CPU、SD卡储存模块、信号转化模块、信息采集模块、传感器 节点和实时通讯模块；

所述SD卡储存模块分别连接所述主CPU和所述从CPU；

所述信号转化模块包括：第一信号转化模块、第二信号转化模块、第三 信号转化模块和第四信号转化模块；

所述主CPU和所述从CPU分别通过所述主CPU电源控制电路和所述从CPU 电源控制电路与所述电源相连；

所述传感器节点与所述信息采集模块相连；

所述主单片机和所述从单片机并列设置；

所述实时通讯模块通过所述第一信号转化模块和所述第三信号转化模块 分别与所述主CPU和所述从CPU连接；

所述信息采集模块分别通过所述第二信号转化模块和所述第四信号转化 模块分别与所述主CPU和所述从CPU连接；

所述上位机与所述下位机通过所述实时通讯模块进行通讯，所述通讯模 块包括卫星通讯子模块和GPRS无线通讯子模块。

本实施例与上述实施例的区别在于，将上述主单片机和从单片机分别用 主CPU和从CPU取代，并设置了与主CPU和从CPU连接的SD卡储存模块。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可 以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明 本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进 行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人 员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明 的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种双CPU协同的沙漠信息采集系统，其特征在于，所述系统包括：上位机和至少一个下位机单元；所述每个下位机单元包括电源、主单片机电源控制电路、主单片机、从单片机电源控制电路、从单片机、信号转化模块、信息采集模块、传感器节点和实时通讯模块；所述信号转化模块包括：第一信号转化模块、第二信号转化模块、第三信号转化模块和第四信号转化模块；所述主单片机和所述从单片机分别通过所述主单片机电源控制电路和所述从单片机电源控制电路与所述电源相连；所述传感器节点与所述信息采集模块相连；所述主单片机和所述从单片机并列设置；所述实时通讯模块通过所述第一信号转化模块和所述第三信号转化模块分别与所述主单片机和所述从单片机连接；所述信息采集模块分别通过所述第二信号转化模块和所述第四信号转化模块分别与所述主单片机和所述从单片机连接；所述上位机与所述下位机通过所述实时通讯模块进行通讯，所述通讯模块包括卫星通讯子模块和GPRS无线通讯子模块；所述电源的外部设置有电源保护装置，所述电源保护装置包括箱体和盖体，所述盖体固定于所述箱体的顶部，所述盖体包括对称设置的左盖体和右盖体，且所述左盖体和所述右盖体的结构相同，所述左盖体为平行设置的多层结构，每一层结构相同，每一层都包括固定板(1)和隔沙板(2)，所述固定板(1)的前后两端分别固定于所述箱体的前后两个内壁上，且最下层的固定板(1)的右边缘固定于所述箱体的左侧壁的顶部，所述隔沙板(2)呈“V”字形结构，所述隔沙板(2)的左端固定于所述固定板(1)的右端，所述隔沙板(2)的右端可活动的固定于所述箱体的顶部中心位置，所述隔沙板(2)的下表面设置有“V”形结构的通风板(3)，所述通风板(3)的一端固定于所述隔沙板(2)的下表面上，所述隔沙板(2)和所述通风板(3)上均设置有通孔，且所述隔沙板(2)上的通孔和所述通风板(3)上的通孔不连通。

2.根据权利要求1所述的双CPU协同的沙漠信息采集系统，其特征在于，所述主单片机和所述从单片机芯片内的FLASH重新划分：可编程FLASH包括两部分，第一部分为BootLoader区，存放引导程序，用于实现引导应用程序的启动，第二部分为应用程序区；比可编程FLASH更高地址的FLASH包括三部分，第一部分为程序地址区，第二部分为缓冲程序区，第三部分为升级标志区；所述程序地址区为地址0x20000到0x200FF的FLASH空间，分为15部分，每部分包括15个字节，其中，第1-2字节储存程序开始地址，第3-5字节储存本段缓存程序的开始地址，第6-8字节储存本段缓存程序的结束地址，第9-10字节储存本段缓存程序的总字节数，第11-15字节做保留使用；所述缓冲程序区为地址0X20100到0X2FEFF的FLASH空间，用于储存应用程序的二进制代码；所述升级标志区为地址0X2FF00-0X2FFFF的FLASH空间，作为重启系统后是否烧写新应用程序的升级标示，记为标志A；作为应用程序完整性标志，记为标志B。

3.根据权利要求1所述的双CPU协同的沙漠信息采集系统，其特征在于，所述电源保护装置还包括控制装置，所述控制装置包括隔沙板升降杆(4)、通风板升降杆(5)、传感器和控制器，所述隔沙板升降杆(4)、所述通风板升降杆(5)和所述传感器分别与所述控制器电连接，所述隔沙板升降杆(4)的一端固定于所述隔沙板(4)的下表面上，所述通风板升降杆(5)的一端固定于所述通风板(3)的下表面上，所述传感器设置于所述箱体的外侧。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的双CPU协同的沙漠信息采集系统的沙漠信息采集方法，其特征在于，所述方法包括：上位机发送信息采集指令；下位机单元中并列的主单片机和从单片机分别接收上位机发送的信息采集指令；主单片机将接收到的信息采集指令转发至信息采集模块；主单片机接收信息采集模块发送的数据，并将所述数据打包处理后发送至实时通讯模块；从单片机检测主单片机是否成功向信息采集模块转发信息采集指令；若主单片机未成功向信息采集模块转发信息采集指令，则从单片机向信息采集模块转发信息采集指令；若主单片机成功向信息采集模块转发信息采集指令，则接收信息采集模块发送的数据并检测主单片机是否成功将数据发送至实时通讯模块；若主单片机未成功将数据发送至实时通讯模块，则向实时通讯模块发送数据；若主单片机成功将数据发送至实时通讯模块，则进入初始状态。

5.根据权利要求4所述的沙漠信息采集方法，其特征在于，所述方法还包括：所述主单片机接收信息采集模块发送的数据，并将数据打包存储至SD卡储存模块。

6.根据权利要求4所述的沙漠信息采集方法，其特征在于，所述方法还包括：所述从单片机接收信息采集模块发送的数据，并将数据打包存储至SD卡储存模块。

7.根据权利要求4所述的沙漠信息采集方法，其特征在于，升级方法为：步骤一：主单片机中的应用程序在接收到升级指令并将升级程序代码写入缓冲程序区后，置位标志A，在主单片机的CPU空闲状态下利用看门狗定时器溢出产生PUC系统复位并进入引导程序；步骤二：引导程序根据标志A的状态判断是否进行程序烧写，进行程序烧写则执行步骤三，否则执行步骤四；步骤三：复位标志B并进行程序烧写，烧写成功则执行步骤五，否则执行步骤三；步骤四：利用标志B判断应用程序是否完整，完整则执行步骤六，否则执行步骤三；步骤五：复位标志A，执行步骤六；步骤六：进入应用程序并置位标志B。

8.根据权利要求7所述的沙漠信息采集方法，其特征在于，所述上位机和所述下位机之间的协议规定为：一个数据包以0xa5作为开始标志，0xae作为结束标志，不区分大小写；上位机下发的指令若在包头和包尾之间若有字符0xa5、0xae、0xaa，则需要将字符0xa5转换为0xaa 0xa5，将字符0xae转换为0xaa 0x0e，将字符0xaa转换为0xaa 0x0a；下位机指令接收规则为：接收到符号0xa5，表示一个包的开始；接收到符号0xae，表示一个包的结束；在0xa5，0xae之间接收的数据，当接收到0xaa时，需要与其后的一个字节合成还原为转义前的字符；具体为：将字符0xaa 0x05转换为0xa5，将字符0xaa 0x0e转换为0xae，将字符0xaa0x0a转换为0xaa。

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