一种固件可重构的手机数据采集控制器及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到一种利用智能手机，通过蓝牙、OTG等形式连接外部传感器实现数据 采集和控制的方法及装置。涉及到嵌入式数据采集控制器设计，单片机程序设计技术和手 机程序设计技术。
【背景技术】
[0002] 智能手机是电脑和手机的结合，既可以用来通话，又可以像电脑一样进行文字处 理、视频播放和玩游戏等。用户可以在智能手机应用商店中查找自己所需的应用程序，下载 并安装到智能手机中。文字处理、网页浏览等很多我们熟悉的计算机软件的功能现在都可 以在智能手机软件上实现。因此，完全可以将传感器测量、控制中的计算机虚拟仪器技术和 软件移植到智能手机上，从而形成一种新的手机仪器技术和测控技术。
[0003] 无论是计算机、还是智能手机都是数字设备，都不能直接接入模拟量形式的传感 器信号，必须先通过一个数据采集控制器将传感器信号转换为数字信号；对外控制则需要 通过数据采集控制器提供的各类外部控制接口，对继电器开关、电机等进行控制。目前实现 数据采集控制器技术相对成熟、成本低廉，仅名片大小的STM32、MSP430等微控制器设计的 核心板就具有模拟输入/输出（ADC/DAC)和丰富的数字接口（GPIO、SPI、I2C、PffM等）接 口，而价格不过一百元左右。市面流通的Arduino卡就是一个典型代表，目前已在世界各地 的电子制作中广泛应用。
[0004] 如果我们能将智能手机与STM32、MSP430等微控制器相结合，配置必要的传感器 件，就可形成一个低成本的智能手机测量、控制、处理和显示装置，实现手机心电图机、血压 计、PM2. 5测量仪、甲醛浓度测量仪等一系列的应用。
[0005] 对上述每一个测量应用，我们需要在智能手机上安装一个应用程序，同时在微控 制器实现的数据采集控制器上也要安装一个对应的固件程序。在手机上安装多个应用程序 没有问题，但在微控制器实现的数据采集控制器上则只能安装一个固件程序。当运行不同 的手机测量程序时，需要更换数据采集控制器的固件程序，而传统的微控制器固件烧写方 法需要通过计算机来完成，十分不便。因此，现在的许多手机测量应用的外部数据采集控制 器功能往往是专用的，例如心电模块只能测量心电信号，温度模块只能测量温度，这在无形 中提高了智能手机的测量应用成本。如果数据采集控制器为了兼容各类测量应用，则需要 编写一个庞大而复杂的固件程序，这样不仅会对程序的运行效率造成影响，还不能够便捷 地添加新的测量应用。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，我们提出一种固件可重构的手机数据采集控制器，其特征在于，包 括执行器和手机；
[0007] 所述执行器包括微控制器、通信模块和固件模块；所述微控制器与通信模块相连； 所述固件模块与微控制器相连，作为微控制器重构及正常运行的支撑；
[0008] 所述微控制器包括数字接口、模拟接口以及Flash存储单元，用于完成外部传感 器的驱动、数据采集控制、固件的存储；
[0009] 所述通信模块一端连接微控制器，另一端与手机相连，用于手机与执行器进行通 ?目；
[0010] 所述固件模块包括重构子模块、标记子模块和采集控制子模块；其中重构子模块 读取和更新标记子模块的信息；其中重构子模块完成采集控制子模块的固件重构操作； [0011] 所述重构子模块用于与手机执行握手协议、采集控制固件的烧写、以及向采集控 制固件跳转操作；标记子模块用于标记采集控制固件存储信息；采集控制子模块，包括针 对不同应用的采集控制固件，是由第三方预先编写的程序，用于完成数据采集控制任务，预 先存储在微控制器中或者通过手机写入；
[0012] 所述手机为智能手机，安装有采集控制应用模块；
[0013] 所述采集控制应用模块包括通信控制子模块、存储控制子模块、工作控制子模块， 以及引导子模块；通信控制子模块与工作控制子模块相连，完成采集控制的数据交互；弓丨 导子模块分别与存储控制子模块、通信控制子模块相连，读取存储控制子模块中的执行器 采集控制固件，完成执行器固件重构的引导；
[0014] 通信控制子模块用于建立手机与执行器的通信连接和数据交互；
[0015] 存储控制子模块用于从云端下载执行器采集控制固件，存储在手机存储器中；所 述云端为第三方发布执行器的采集控制固件以及手机采集控制应用模块的互联网存储平 台；
[0016] 工作控制子模块负责将执行器采集、传入的数据进行显示、分析，以及包括启动、 停止的控制操作；
[0017] 引导子模块用于通过执行器重构子模块，执行与执行器的握手协议，读取执行器 的标记子模块信息，将从云端下载的采集控制固件传送至执行器中，通过重构子模块进行 烧写，指令完成从执行器的重构引导子模块向采集控制固件的跳转；
[0018] 工作中，根据实际的采集控制应用需要，在执行器的微控制器模块中接入相应的 传感器件，手机与执行器进行通信连接，手机通过读取执行器标记子模块信息，判定执行器 是否存在相应的采集控制固件；是则开始执行数据采集控制任务；否则判断手机是否存有 该采集控制固件，是则将该采集控制固件传送至执行器进行烧写，否则从云存储中下载相 应的采集控制固件，再传送至执行器进行烧写；使执行器跳转至相应的采集控制固件，执行 数据采集控制任务。
[0019] 进一步的，所述的手机数据采集控制器中，固件模块中的采集控制固件是根据不 的数据采集控制对象预先编写的，可从云端经手机传至执行器进行烧入。
[0020] 进一步的，所述的手机数据采集控制器中，微控制器的Flash存储单元空间进行 了分块，可以预先存储多个不同的采集控制固件。
[0021] 进一步的，所述的手机数据采集控制器中，手机安装的采集控制应用模块，根据用 户所要执行的采集控制任务，指令执行器跳转至相应的采集控制固件中，也可以由用户自 己选择执行器所要跳转的采集控制固件。
[0022] 进一步的，所述的手机数据采集控制器中，手机安装的采集控制应用模块的存储 控制子模块能从云端下载手机端的采集控制应用模块，通过手机完成各子模块的功能更 新。
[0023] 总体而言，一种固件可重构的手机数据采集控制器及方法，利用微控制器芯片的 在线固件烧写功能，提供智能手机对其进行固件烧写操作的接口，并对数据采集控制器的 固件存储Flash存储单元空间进行分块，能够在一个微控制器中安装多个采集控制固件。 由手机来启动微控制器对应的采集控制固件。当微控制器中未安装对应的采集控制固件 时，则由手机自动从网上查找、下载相应的采集控制固件，并安装到数据采集控制器的空闲 块区中。这既可以避免更换手机测量功能时对数据采集控制器采集控制固件的重新烧写， 又可以避免将固件程序设计得十分复杂和庞大而带来的效率损失。
【附图说明】
[0024] 图1是执行器固件可重构的数据采集控制器框架图；
[0025] 图2是微控制器芯片Flash存储单元固件存放空间分配；
[0026] 图3是手机智能手机框架图；
[0027] 图4是固件重构引导模块工作流程图；
[0028] 图5是手机操作执行器执行固件烧写工作流程；
[0029] 图6是手机操作执行器执行已有固件应用程序工作流程；
[0030] 图7是固件可重构的手机数据控制采集器的整体框架图；
[0031] 图8是固件可重构的手机数据采集控制器的总体工作流程。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所