基于Internet技术的嵌入式数据采集与控制系统的研究

论文摘要

嵌入式系统是面向具体应用的将底层硬件、实时操作系统和应用软件相结合的专用计算机系统。目前,已广泛应用于控制、消费电子产品、国防、运输、医疗等各个领域,已成为现代电子领域的重要研究方向之一。在控制领域,随着工业自动化的高速发展,对嵌入式控制系统数据处理能力的高效性、实时性、交互界面的友好性、对生产现场信息的协调和自诊断能力、网络互联功能等方面提出了新的要求。与此同时,芯片设计技术、计算机和网络通信技术的飞速发展,使得将传感器技术、嵌入式计算技术、控制技术和网络通讯技术都集成在一个设备成为可能。本文以嵌入式实时操作系统和32位ARM微处理器为软、硬件核心,构建了一套基于以太网通讯的嵌入式数据采集与控制系统,以改进现有嵌入式控制系统在智能化、网络化、实时性、升级与维护等方面的不足。系统基于ARM7 LPC2210硬件平台和嵌入式实时系统内核μC/OS-Ⅱ软件平台。根据嵌入式控制系统的一股特点,设计通用模拟输入/输出模块,通用离散输入/输出模块,控制模块和显示模块等。扩展RTL8019AS网络控制芯片,移植嵌入式TCP/IP协议栈,编写相应API接口函数,以实现基于Internet的网络通讯。编写网络监控模块,以实现网络监控功能。最后,利用该系统构建了一套远程温度监控系统用以对整个系统进行测试,并对测试中发现的问题进行了分析和解决。系统测试结果表明:移植后的嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ在ARM处理器上运行良好,能够完成系统各个模块（任务）进行调度。嵌入式TCP/IP协议栈及其它各模块功能正常且运行良好。设计的嵌入式数据采集与控制系统基本达到预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.1.1 嵌入式系统
• 1.1.2 嵌入式系统在控制领域的应用
• 1.2 本文的主要任务
• 1.3 本文的涉及的主要技术
• 第2章 系统硬件电路设计
• 2.1 系统硬件平台的总体设计
• 2.2 中央处理器LPC2210
• 2.3 电源模块
• 2.4 主复位电路
• 2.5 系统时钟电路
• 2.6 JTAG接口电路
• 2.7 系统存储器电路
• 2.8 系统模拟量输入电路
• 2.9 系统模拟量输出电路
• 2.10 系统离散输入/输出电路
• 2C—LED显示电路'>2.11 I²C—LED显示电路
• 2.12 网络接口电路
• 2.13 DS18B20温度检测电路
• 2.14 本章小结
• 第3章 嵌入式操作系统的选择、移植和启动代码编写
• 3.1 系统软件平台
• 3.1.1 引入嵌入式操作系统的原因
• 3.1.2 嵌入式操作系统选型
• 3.2 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的移植
• 3.2.1 μC/OS-Ⅱ系统移植的前提条件
• 3.2.2 μC/OS-Ⅱ到LPC2210的移植
• 3.3 系统启动代码的编写
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统软件程序设计
• 4.1 系统模拟输入/输出模块
• 4.1.1 A/D子模块
• 4.1.2 D/A子模块
• 4.2 系统离散输入/输出模块
• 4.2.1 DI子模块
• 4.2.2 DO子模块
• 4.3 数字型传感器采集模块
• 4.3.1 DS18B20数据采集任务
• 4.3.2 DS18B20数据采集任务的实现
• 4.3.3 注意事项
• 4.4 DS18B20数据处理模块
• 4.4.1 DS18B20数据处理任务的依据
• 4.4.2 DS18B20数据处理任务的实现
• 4.5 控制算法模块
• 4.6 本地显示模块
• 4.7 TCP/IP协议栈模块
• 4.8 监控模块
• 4.8.1 Internet网络监控技术分析
• 4.8.2 Internet网络监控任务的设计与实现
• 4.9 本章小结
• 第5章 系统运行与测试
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究生履历