基于ARM的SOM模块系统研究与网络化应用

论文摘要

随着计算机技术和通信技术的飞速发展,传感器技术的发展也进入了网络化阶段,网络传感器技术的发展对提高传感器的数据处理和数据传输能力具有十分重要的意义。而我国煤矿现用的传感器多为20世纪80年代研制的,主要为模拟信号的输出方式,这使得对传感器数据的分析和处理受到极大的限制。针对我国矿用传感器技术的现状,本文提出了一种基于ARM的SOM模块的矿用传感器网络化的解决方案,完成了SOM模块的设计,以及采用SOM模块的网络化传感器的设计。设计的SOM模块采用了32位ARM微处理器并移植μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统的解决方案。论文从系统的硬件和软件两个方面详细介绍了SOM模块的实现。该系统以32位高性能ARM处理器LPC2210为硬件核心,扩展了以太网接口、RS-232接口等通用接口;以嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ为软件平台,在ADS1.2开发环境下完成了系统软件的开发。首先,论文详细地阐述了SOM模块的硬件单元设计,在硬件系统的基础上完成了实时操作系统μC/OS-Ⅱ的移植。其次,论文详细介绍了TCP/IP协议栈中ARP、IP、ICMP、UDP、TCP协议以及Socket机制的实现,成功完成了TCP/IP协议栈的移植并通过了测试。最后,论文将自主研制的嵌入式SOM模块应用于矿用网络监控系统。提出了一种自适应加权算法对同种矿用传感器进行数据融合,并进行了仿真研究,仿真结果表明该算法能够充分考虑到各种环境因素的干扰,减小偏差较大的数据对测量准确度的影响,提高测量系统的准确性。通过对网络编程和数据库编程的实现,完成了对矿用传感器的网络监控实验。实验结果表明,本文所设计的SOM模块和基于SOM的网络传感器达到了设计的要求。

论文目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题学术和使用意义

1.4 本文主要工作

1.5 小结

2 嵌入式系统技术分析

2.1 嵌入式系统的概念

2.1.1 嵌入式操作系统特点分析

2.1.2 嵌入式处理器特点分析

2.1.3 嵌入式操作系统及应用现状分析

2.2 嵌入式系统的设计方法探讨

2.3 ARM 技术分析

2.4 ARM 微处理器LPC2210

2.4.1 CPU 内核概述

2.4.2 寄存器

2.4.3 异常

2.5 小结

3 SOM 核心模块系统设计

3.1 SOM 模块方案设计

3.1.1 SOM 模块设计思想

3.1.2 SOM 模块功能要求

3.1.3 SOM 模块实现方案分析

3.2 SOM 模块硬件设计

3.2.1 系统复位电路单元设计

3.2.2 电源单元设计

3.2.3 存储单元设计

3.2.4 通讯单元设计

3.3 SOM 模块软件方案设计

3.4 小结

4 μC/OS-Ⅱ的分析及其在 SOM 上的移植

4.1 嵌入式操作系统μC/OS-II 概述

4.2 μC/OS-Ⅱ的体系结构分析

4.2.1 任务

4.2.2 任务管理

4.2.3 任务调度

4.2.4 任务间通信与同步的实现

4.2.5 时钟控制的实现

4.3 μC/OS-Ⅱ的任务启动研究

4.3.1 任务建立

4.3.2 μC/OS-Ⅱ初始化与启动

4.4 μC/OS-Ⅱ操作系统在SOM 上的移植

4.4.1 μC/OS-Ⅱ的移植要求

4.4.2 μC/OS-Ⅱ的移植

4.4.3 SOM 模块中的任务分配

4.5 小结

5 嵌入式 TCP/IP 协议栈的设计和实现

5.1 TCP/IP 协议分析

5.2 各层协议的具体实现

5.2.1 网络接口层实现

5.2.2 ARP 协议的实现

5.2.3 IP 协议的实现

5.2.4 ICMP 协议的实现

5.2.5 UDP 协议的实现

5.2.6 TCP 协议的实现

5.2.7 SOCKET 机制的实现

5.3 小结

6 SOM 模块在网络化矿用传感器中的应用研究

6.1 基于SOM 的网络传感器设计

6.2 网络化应用相关技术分析

6.2.1 网络化测控技术分析

6.2.2 网络化测控的实现

6.3 数据处理与算法研究

6.3.1 数据融合的概念

6.3.2 自适应加权算法的提出

6.3.3 自适应加权算法的实现

6.4 网络编程的实现

6.5 数据库编程的实现

6.6 监控程序设计

6.7 实验研究

6.7.1 数据融合算法仿真实验

6.7.2 TCP/IP 测试实验

6.7.3 网络监控实验

6.8 小结

7 结论

7.1 全文总结

7.2 下一步研究工作和展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C

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