论文摘要
随着海洋开发事业的迅猛发展,人们对海洋环境监测有了巨大的需求,同时也对环境监测平台的性能提出了更高的要求,使其向综合性观测与试验平台方向发展。而现有的海洋环境监测平台在设计方案上强调了低功耗、高可靠性等原则,没有在高速度、大容量存储、开放性等方面进行较多的考虑,在一些功耗大、要求高速处理的海洋科学实验仪器的应用以及扩展较多的传感器等方面较难适用。因此,研制新的高速、实时、模块化、可任意扩展的海洋监测平台系统是非常必要的。本课题针对海洋环境监测平台系统的具体要求,对以往系统取长补短,做了基于CAN总线网络的海洋监测平台系统的分析和研究。本文重点论述了CAN总线网络系统的搭建及其应用层协议的设计方案,并在此基础上研究设计了CAN总线网络智能控制器节点和智能传感器节点,完成了硬件设计和软件编写。在系统架构设计上,采用CAN总线技术对海洋环境监测平台进行改进,并针对具体应用编制了CAN总线应用层协议。CAN总线技术的应用提高了系统稳定性、抗干扰性与可靠性,并且可以根据具体的现场应用情况,动态地增加或删除传感器采集单元,而无需对监测平台硬件作任何的变动,这也极大地改善了系统的灵活性和可扩展性。在硬件设计上,采用实用高可靠的模块化设计原则,根据系统功能需求把系统划分为若干模块,针对不同模块开发具体功能的智能控制器。本系统中的智能控制器不仅具有CAN总线通信功能,而且还可以根据需要动态扩展触摸屏中文显示操作功能、数据存储功能、监测报警功能以及控制功能等,实现了更高的智能水平。在软件设计上,为了满足大批量数据处理与显示的实时性要求,引入嵌入式多任务开发理念。设计中采用实时多任务嵌入式操作系统uC/OSII,实现了uC/OSII操作系统在LPC2292上的移植,并以uC/OSII为平台编写了相关的驱动程序。最后,根据本系统实际研究开发的结果,总结分析了基于CAN总线网络的海洋监测平台系统的特点,并对进一步设计工作进行了展望。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 海洋环境监测平台建设的背景和意义1.2 本课题在国内外的研究概况和发展趋势1.3 本课题的研究主要内容1.4 本课题研究的意义1.5 章节小结第2章 海洋环境监测平台系统总体设计方案2.1 系统需求分析2.1.1 基本功能要求2.1.2 测量参数需求2.1.3 应用环境需求2.2 系统解决方案的选择2.2.1 传统的实施方案2.2.2 CAN 总线实施方案2.2.2.1 现场总线监测系统特点2.2.2.2 目前流行的现场总线2.2.2.3 CAN 实施方案的确立2.2.2.4 系统主控制器的选择2.3 章节小结第3章 CAN 总线网络的总体设计3.1 CAN 总线网络拓扑结构的划分3.2 CAN 总线网络功能单元的模块化3.3 CAN 总线应用层协议的制定3.3.1 信息类型3.3.2 信息标识符分配方案3.3.2.1 信息标识符分配原则3.3.2.2 信息标识符结构3.3.3 命令描述和说明3.3.4 数据分类信息描述3.4 章节小结第4章 CAN 总线智能控制器节点的设计4.1 CAN 总线智能控制器节点的硬件设计4.1.1 智能控制器节点的功能和结构4.1.1.1 智能控制器的功能4.1.1.2 智能控制器的结构4.1.1.3 器件空间分配列表4.1.2 智能控制器节点的硬件实现4.1.2.1 微处理器的选择4.1.2.2 电源及复位电路4.1.2.3 CAN 总线收发器电路4.1.2.4 串口电平转换电路4.1.2.5 调试接口电路4.1.2.6 实时时钟4.1.2.7 总线驱动电路4.1.2.8 触摸屏及LCD 显示接口电路4.1.2.9 SRAM 扩展电路4.1.2.10 CF 卡的扩展电路4.2 CAN 总线智能控制器节点的软件设计4.2.1 实时操作系统uC/OSII 的选择4.2.2 uC/OSII 在LPC2292 上的移植4.2.2.1 uC/OSII 在LPC2292 上的移植和配置4.2.2.2 系统任务的划分4.2.2.3 系统任务的调度4.2.3 智能控制器驱动程序的设计4.2.3.1 CAN 总线驱动程序4.2.3.2 节点报警程序4.2.3.3 串口驱动程序4.2.3.4 触摸屏驱动程序4.3 硬件抗干扰措施4.4 章节小结第5章 CAN 总线智能采集节点的设计5.1 CAN 总线智能采集节点的设计5.2 ADP 节点的设计5.3 风传感器节点的设计5.4 章节小结第6章 海洋监测仪器网络系统的调试6.1 节点模块单元的调试6.2 总线CAN 网络功能调试6.3 驱动程序的调试6.4 章节小结第7章 结论与展望7.1 课题总结7.2 课题展望7.3 章节小结参考文献致谢个人简历硕士期间发表（录用）论文及研究成果情况硕士期间独立完成的项目
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