CN2810050Y

CN2810050Y - 嵌入式报考机系统

Info

Publication number: CN2810050Y
Application number: CN 200520110214
Authority: CN
Inventors: 张晓凌; 晋永康; 吴强; 耿志刚; 陈健中
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2015-06-20

Abstract

一种嵌入式报考机系统，用于实现考生自助报考。嵌入式报考机系统包括服务器、PC控制机、协议转换器、嵌入式报考机，是基于CAN总线和TCP/IP两级网络结构的系统。其中嵌入式报考机包括处理器和CPLD逻辑模块、汉字显示模块、CAN通讯模块、读卡器模块、打印模块，键盘模块。该系统具有注册考生报考课程，信息查询、课程和考试基本信息显示、报名单打印、数据库操作等功能。可以减轻工作人员的劳动强度和考生的压力，减少人为操作错误，加快报考速度，提高工作效率。另外，还具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高同时能够获得大型数据库的支持并且经过简单的软件修改能与其它管理信息系统实现无缝连接，系统的可升级性好等优点。

Description

嵌入式报考机系统

技术领域

嵌入式报考机系统用于考生自助报考，是计算机技术、网络通讯技术、自动控制技术、现场总线技术以及信息处理技术等在教育考试中的应用，属于计算机信息处理技术领域。

背景技术

根据调查，自学考试是适合中国国情的教育方式，由于国外在教育体制方面和国内存在差异，目前未见国外同类设备应用的事例。国内，目前北京地区尚无嵌入式报考设备的研究和应用，其它省市也未有大规模的应用。仅有一些分立式基于PC的报考机虽然可以实现考生独立报考，但考生的误操作以及网络打印机的故障使得系统维护成本高、灵活性不也足。

目前，自学考试报考大多采用集中报考的方式，由于考生的信息输入必须有工作人员的指导和参与，环节较多，易出差错，报考信息的输入已成为整个系统瓶颈。采用单片机作为处理器可以大幅度降低成本，但是由于单片机的本身的接口和寻址范围等资源非常有限，而报考机要实现的功能很多，所以采用单片机作为处理器实现一个完整的报考机系统在技术上存在有一定困难。

实用新型内容

本实用新型就是为了解决上述问题而设计的。系统整体结构如图1所示，首次将CAN现场总线和嵌入式系统应用到教育考试报考领域。根据自学考试的特点(分散学习，分散考试)，为了满足考生报考课程的要求，本实用新型具有注册考生报考课程，信息查询、课程和考试基本信息显示、报名单打印、数据库操作等功能。

本实用新型设计的嵌入式报考机系统如图1所示，特征在于：包括服务器1、PC控制机2、协议转换器3、嵌入式报考机4；其中，嵌入式报考机系统的网络结构采用CAN总线连接方式，所有嵌入式报考机4挂在同一CAN总线上，连接到一台CAN总线协议转换器3，协议转换器3通过RS232连接到PC控制机2，PC控制机2通过TCP/IP局域网同服务器相连；嵌入式报考机把考生的操作指令和报考数据加密后通过CAN总线传给协议转换器，协议转换器把收到的信息转换成RS232格式传送给PC控制机，PC控制机通过运行在其上的监控程序对收到的数据校验后对服务器数据库进行操作；PC控制机把从数据库中读到的数据经过加密打包后传送给协议转换器，协议转换器对数据包进行简单校验后转换成CAN格式分发送给各个嵌入式报考机；所述的嵌入式报考机2如图2所示，包括处理器和CPLD逻辑模块5、汉字显示模块、CAN通讯模块、读卡器模块、打印模块，键盘模块；键盘模块中的键盘通过一个8574芯片直接同处理器连接；读卡器模块中的读卡器通过串口直接连入处理器；汉字显示模块中的LCD显示屏、打印模块中的微型打印机、汉字显示模块中的字库和CAN总线芯片组的数据/地址总线直接连到处理器的数据/地址总线上；处理器通过一组控制总线连入CPLD逻辑模块5，从CPLD逻辑模块出来的控制线分别连到汉字显示模块中的LCD显示屏、打印模块中的微型打印机、汉字显示模块中的字库和CAN总线芯片组。服务器1用于存储整个系统的数据库，存储有考生的基本信息、开考专业和开考课程等重要报考数据，它是整个报考系统的核心。基于该网络结构的系统，能够使嵌入式终端获得大型数据库的支持并且经过简单的软件修改能与管理信息系统实现无缝连接，极大地扩展了系统的功能，提高了系统的可升级性。PC控制机可选用公知的微型计算机，是报考终端与服务器数据交换的枢纽。一台PC控制机能够同时处理多台报考机终端的请求，完成多个考生的课程报考，充分利用了计算机的处理能力、节约了成本，极大地提高了系统的吞吐量。PC控制机上运行的监控程序具有可靠性高，容错能力强，执行效率高等特点，以保证数据库中数据处理的完整性和一致性，保证考生能够顺利完成整个报考过程，它与服务器采用以太网协议进行通信。既满足了报考课程，信息查询、课程和考试基本信息显示、报名单打印、数据库操作等功能同时又提高了系统的可靠性，降低了成本、简化了网络结构和操作。

所述的处理器和CPLD逻辑模块5分别由单片机和CPLD逻辑芯片组成如图3所示，单片机的P1.2引脚连接到CPLD逻辑模块5芯片的一个I/O引脚，在CPLD逻辑模块5中设计两个3-8译码器，其中一个3-8译码器的片选信号由P1.2反向后接入，输出信号通过CPLD芯片的一个I/O连接到字库芯片的片选引脚；另一个3-8译码器的片选信号由P1.2直接接入，输入信号分别连接到单片机的P2.5、P2.6、P2.7，输出信号分别接到打印模块、显示模块、CAN通讯模块、外存储器等芯片的片选引脚。这样单片机通过P1.2、P2.5、P2.6、P2.7几个信号相互协作可以把对汉字字库模块的访问同对其它模块的访问区别开，很好地扩展了系统的接口资源，使多功能于一体的单片机系统得以实现。

所述的汉字显示模块如图4所示，根据逻辑划分，由有18条地址线的27C020芯片、带有控制器的LCD液晶屏、CPLD逻辑芯片及其外围电路组成；采用单片机的P1口的两条I/O引脚作为扩展地址线，连接到27C020汉字库芯片地址引脚的高两位；27C020汉字库芯片的片选信号来自CPLD逻辑芯片的一个I/O引脚；通过单片机的18条地址线和由单片机P1.2控制的CPLD芯片产生的逻辑片选信号来实现对字库的正确访问；单片机把从字库取到的字型数据通过CPLD逻辑模块5的控制，经过内部总线传给LCD显示屏上显示存储器来进行显示，来实现汉字显示和字库访问。

所述的打印模块如图5所示，根据逻辑划分，由74HCT245芯片、带有字库的微型打印机和CPLD逻辑芯片5组成；单片机的外部数据写选通引脚连接到CPLD的一个I/O引脚；在CPLD中接入外部数据写选通引脚的I/O信号通过一个反向器与打印机片选信号相与后接入到打印机芯片的数据选通引脚。这样通过单片机外部数据写选通信号和由其它信号所产生的打印机片选信号两个信号对打印机进行写操作，其它芯片的读操作的信号不需要通过CPLD芯片直接连接到单片机外部数据写选通写引脚。这样就解决了对多个设备进行读写的总线冲突问题。使系统能够正确地对各个设备进行操作。

所述的协议转换器是报考终端与PC控制机通信的中介，主要进行协议转换和路由功能，该协议转换器为带有CAN接口和RS232接口的双口协议转换器，该协议转换器完成由CAN总线向主控计算机RS-232接口的双向转换，负责传输数据和命令，同时在该协议转换器中对数据的完整性进行控制。以防止帧传送过程中出现丢包和丢数据，提高系统的可靠性。

本实用新型是一种组合创造式系统，主要创新点在于将单片机、复杂可编程逻辑器件、现场控制网络、软件设计、数据库等几大关键技术组合应用，构成报考领域中一个全新概念的嵌入式报考系统。它允许考生直接进行报考操作，大大减轻了工作人员的劳动强度和考生的压力，减少人为操作错误，加快报考速度，提高工作效率。另外，还具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高同时能够获得大型数据库的支持并且经过简单的软件修改能与其它管理信息系统实现无缝连接，极大地扩展了系统的功能，提高了系统的可升级性等优点。

附图说明

图1嵌入式报考机系统结构图

图2嵌入式报考机结构图

图3处理器和CPLD模块电路原理图

图4汉字显示模块电路原理图

图5打印模块电路原理图

图6读卡器和键盘模块电路原理图

图7CAN模块原理图

图8网络拓扑结构图

图9CPLD芯片内部电路图

图中，1-服务器 2-PC控制机 3-协议转换器 4-报考机 5-CPLD逻辑模块

具体实施方式

本实用新型具体实施例如下：

根据对实际分布情况的分析，设计了如图8所示报考系统的网络拓扑结构。从图中可以看出，协议转换器将嵌入式报考机和PC控制机连接起来，交换机将PC控制机和服务器连接起来，各个嵌入式报考机通过CAN总线连接成一个小型局域网络。嵌入式报考机主要完成报考和打印考生信息功能，协议转换器完成数据的双向传递，PC控制机完成访问数据库取考生课程信息，服务器是后台数据库系统，所有考生的信息都在这里保存，后台数据库采用Oracle大型数据库，发卡机发卡时要求考生的基本信息写入卡和数据库中。整个网络是一个树形结构。

服务器可根据实际网络的功能进行选型。PC控制机可以选择一台普通PC机，因为它要同时处理多台报考机终端的服务请求，完成多个考生的课程报考且对数据库进行操作，它的处理能力和速度与提高整个系统的吞吐量有很大关系。PC控制机上的软件采用C++语言开发，采用多线程技术使各个报考机终端请求能够并发进行。

嵌入式报考机功能的实施是通过软硬件相互协作完成。

硬件结构部分：如图3所示系统采用8051系列单片机WINBOND 78E58作为核心控制器，该CPU运行速度可达40MHz，且内部有32K字节的FLASH存储器，可以存放部分报考机的应用程序，扩展32K字节的外部程序存储器用于存放其余程序；汉字显示系统如图4所示，因为8051单片机仅有16条地址线，仅能够寻址64K字节的存储器空间，而仅存放字库的芯片27C020就需要18条地址线，因此必须采用P1口的两条IO引脚作为地址线，同时字库的芯片27C020的片选信号必须与外部的程序存储器和数据存储器的片选地址分开，设计选择P1口的P1.2作为选择片外数据存储器和汉字字库的选择线；系统的设计采用独立的CAN智能节点，89C52作为节点处理器，在CAN通信接口中如图7所示，CAN通信控制器采用SJA1000，CAN总线驱动器采用82C250等芯片；LCD液晶接口如图4所示和打印机接口如图5所示，可以由单片机总线扩展得到，逻辑接口可由CPLD芯片EPM7032实现；如图6所示，读卡模块通过单片机的串口实现；键盘通过单片机一个外部中断由一个8574芯片来实现。所有的逻辑设计在CPLD里完成，见图9。另外，在报考机和协议转换器中都设计有“看门狗”电路，当“喂狗”信号出现故障时，系统自动复位，杜绝死机的情况出现。

报考机软件主要包含以下功能程序：总监控程序、显示驱动程序、读卡程序、打印程序、CAN通讯程序。

总监控程序是控制单片机系统按预定操作方式运转。完成人机对话和远程控制等功能。监控程序基本工作流程：报考机开机后进行联机请求，检测网络是否处于正常连接状态。联机成功后，进入报考界面，提示考生插入准考证。检测考生准考证是否正常插入，若正常，则调用读卡模块读取准考证上储存的考生基本信息，并在显示器上显示。提示按任意键让考生选择要报考的专业。考生选择专业后调用CAN总线模块发送考生基本信息和所报考的专业，从服务器数据库中读取当次考试计划课程表。报考机接收当次考试计划课程表并显示。进入选报课程界面。考生选报课程，确认后发送报考课程请求。考生得到报考成功确认信息后，打印考试通知单，退出报考卡，结束报考。系统控制重新回到初始报考界面。

显示程序作为公用子程序供其它程序调用，因此涉及LCD显示器的程序有两部分，开机初始化和基础显示子程序。

CPU通过串口操作读卡器进行读卡。程序设计包括：初始化读卡器子程序init_comReadCard、自动弹卡子程序autopop_card、判断是否有卡插入子程序nocard_wait、读取考生的准考证信息子程序read。init_comReadCard子程序设置串口参数并向读卡器发送初始化指令来判断读卡器是否正常；autopop_card子程序在读卡结束，向读卡器发送弹出指令，自动弹卡；nocard_wait子程序在主监控程序中需要等待插卡，可以调用此函数来判断是否有卡插入；read子程序用于读取考生的准考证信息。

打印机选择带有汉字库的针式微型打印机，通过并行接口同主机相连，并行口与CENTRONICS标准兼容。驱动程序设计包括：子程序printinit完成打印机初始化、行距设置、汉字点阵选择和制表值设置等，单个字符打印print子程序和字符串打印prints子程序。

CAN总线智能节点的软件设计主要包括三大部分：CAN节点初始化、报文发送、报文接收。初始化主要包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器的设置等。这些功能在函数CanBusInit(uchar acceptcode，ucharacceptmask)中完成。在完成SJA1000的初始化后，SJA1000就可以回到工作状态，进行正常的通信任务。报文发送时只需将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文，送入SJA1000发送缓冲区中，然后启动SJA1000发送即可。当然在往SJA1000发送缓冲区送报文之前，必须判断上次发送是否结束和发送缓冲区是否锁定等。为了使程序的模块功能更加明确，设计了两个函数来实现，函数CanBusSend(uchar size，uchar ksxi[])完成对数据分包并加校验，函数CanBusTransmit(uchar TargetAddr，uchar DataLength)负责把要发送的数据送到SJA1000发送缓冲区，发送前对状态寄存器的判断等。

本系统的接收过程在外部中断子程序中进行。接收子程序负责节点报文的接收以及其他情况处理。接收子程序在处理接收报文的工作中，同时需要诸如关闭总线、错误报警、接收溢出等情况进行处理。用三个函数service_INTO()，CanBusRecive()，loaddata(uchar 1data[]，uchar n)来完成。

协议转换器的实施包括两部分：一部分是一个完整的CAN节点，硬件结构同CAN节点设计，用于同报考机通讯；一部分是串口电路，用于同PC控制机通讯。其中，报考机与协议转换器的通信方式为CAN(Controller AreaNetwork)协议通信，传输速率为125Kbps；上位机与网络协议转换器采用RS-232串行接口通信，传输速率为9600bps。在协议转换器中采用看门狗，以防止帧传送过程中出现丢包和丢数据，从而造成协议转换器死机。

Claims

1、嵌入式报考机系统，其特征在于：包括服务器(1)、PC控制机(2)、协议转换器(3)、嵌入式报考机(4)；其中，嵌入式报考机系统的网络结构采用CAN总线连接方式，所有嵌入式报考机(4)挂在同一CAN总线上，连接到一台CAN总线协议转换器(3)，协议转换器(3)通过RS232连接到PC控制机(2)，PC控制机(2)通过TCP/IP局域网同服务器(1)相连；嵌入式报考机把考生的操作指令和报考数据加密后通过CAN总线传给协议转换器，协议转换器把收到的信息转换成RS232格式传送给PC控制机，PC控制机通过运行在其上的监控程序对收到的数据校验后对服务器数据库进行操作；PC控制机把从数据库中读到的数据经过加密打包后传送给协议转换器，协议转换器对数据包进行简单校验后转换成CAN格式分发送给各个嵌入式报考机；所述的嵌入式报考机(4)，包括处理器和CPLD逻辑模块(5)、汉字显示模块、CAN通讯模块、读卡器模块、打印模块，键盘模块；键盘模块中的键盘通过一个8574芯片直接同处理器连接；读卡器模块中的读卡器通过串口直接连入处理器；汉字显示模块中的LCD显示屏、打印模块中的微型打印机、汉字显示模块中的字库和CAN总线芯片组的数据/地址总线直接连到处理器的数据/地址总线上；处理器通过一组控制总线连入CPLD逻辑模块(5)，从CPLD逻辑模块出来的控制线分别连到汉字显示模块中的LCD显示屏、打印模块中的微型打印机、汉字显示模块中的字库和CAN总线芯片组。

2、根据权利要求1所述的嵌入式报考机系统，其特征在于：所述的处理器和CPLD逻辑模块(5)分别由单片机和CPLD逻辑芯片组成，单片机的P1.2引脚连接到CPLD逻辑模块(5)芯片的一个I/O引脚，在CPLD逻辑模块(5)中设计两个3-8译码器，其中一个3-8译码器的片选信号由P1.2反向后接入，输出信号通过CPLD芯片的一个I/O连接到字库芯片的片选引脚；另一个3-8译码器的片选信号由P1.2直接接入，输入信号分别连接到单片机的P2.5、P2.6、P2.7，输出信号分别接到打印模块、显示模块、CAN通讯模块等芯片的片选引脚。

3、根据权利要求1所述的嵌入式报考机系统，其特征在于：所述的汉字显示模块由有18条地址线的27C020芯片、带有控制器的LCD液晶屏、CPLD逻辑芯片及其外围电路组成；采用单片机的P1口的两条I/O引脚作为扩展地址线，连接到27C020汉字库芯片地址引脚的高两位；27C020汉字库芯片的片选信号来自CPLD逻辑芯片的一个I/O引脚；通过单片机的18条地址线和由单片机P1.2控制的CPLD芯片产生的逻辑片选信号来实现对字库的正确访问；单片机把从字库取到的字型数据通过CPLD逻辑模块(5)的控制，经过内部总线传给LCD显示屏上显示存储器来进行显示，来实现汉字显示和字库访问。

4、根据权利要求1所述的嵌入式报考机系统，其特征在于：所述的打印模块由HCT245芯片、带有字库的微型打印机和CPLD逻辑芯片(5)组成；单片机的外部数据写选通引脚连接到CPLD的一个I/O引脚；在CPLD中接入外部数据写选通引脚的I/O信号通过一个反向器与打印机片选信号相与后接入到打印机芯片的数据选通引脚。

5、根据权利要求1所述的嵌入式报考机系统，其特征在于：所述的协议转换器(3)为带有CAN接口和RS232接口的双口协议转换器，该协议转换器完成由CAN总线向主控计算机RS-232接口的双向转换，负责传输数据和命令，同时在该协议转换器中对数据的完整性进行控制。