工业无线监控终端的研究与开发

论文摘要

随着工业自动化的不断发展,人们对工业监控系统的要求也越来越高。目前,在工业监控系统中,基于现场总线和基于工业以太网的工业监控技术都得到了较好的应用。但是,由于上述监控系统存在布线困难、成本较高等缺点,无线工业监控技术的研究迅速成为了研究热点。论述了国内外工业监控系统的发展概况和无线通信技术的研究现状。对无线监控终端的方案选择进行了论证,确定了无线通信的方案为ARM控制器、无线数传模块和自定义协议。提出了基于ARM9微处理器的硬件设计总体方案,并给出了嵌入式系统的硬件设计的原理图,包括：电源、时钟及复位电路、系统存储器电路、系统的外围电路和无线收发模块的设计以及PCB设计。在软件方面,搭建了基于ARM9平台的嵌入式系统,包括建立交叉编译环境、制作引导程序BOOTLOADER、裁剪内核、制作根文件系统,开发了相关的驱动程序。编制了无线收发模块的软件,并根据MODBUS协议规范自定义了无线通信协议。对无线收发模块以及无线监控终端进行了测试。然后将无线监控终端应用在水计量系统中,组成了系统的硬件结构,进行了应用软件开发,给出了系统的硬件结构框图。上位机利用组态王软件设计了主监控界面,下位机在QT环境下设计了良好的人机交互界面。其应用效果说明了本系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外研究现状与水平
• 1.1.1 无线局域网
• 1.1.2 Zigbee无线模块和zigbee协议栈
• 1.1.3 无线数传模块和自定义协议
• 1.1.4 GSM/GPRS无线技术
• 1.2 论文研究意义
• 1.3 课题的研究内容
• 第二章 无线监控终端的硬件设计
• 2.1 无线监控系统的总体硬件设计方案
• 2.1.1 系统方案选择
• 2.1.2 S3C2440A引脚分布及信号描述
• 2.1.3 S3C2440A控制器主电路
• 2.2 电源时钟及复位电路设计
• 2.3 系统存储器电路设计
• 2.3.1 SDRAM设计
• 2.3.2 Nand Flash设计
• 2.4 系统外围电路设计
• 2.4.1 串口电路设计
• 2.4.2 LCD显示接口电路设计
• 2.4.3 A/D电路接口设计
• 2.5 无线收发模块的设计
• 2.6 PCB设计
• 2.7 本章总结
• 第三章 无线监控终端系统软件设计
• 3.1 构建嵌入式软件平台
• 3.1.1 建立交叉编译环境
• 3.1.2 引导程序BOOTLOADER
• 3.1.3 内核配置及编译
• 3.1.4 制作根文件系统
• 3.2 驱动程序编写
• 3.2.1 LED和按键驱动程序
• 3.2.2 串口驱动程序
• 3.2.3 LCD驱动程序编程
• 3.2.4 A/D驱动程序编程
• 3.3 无线模块的软件设计
• 3.4 无线通信协议的实现
• 3.4.1 MODBUS两种传输方式
• 3.4.2 主要MODBUS功能码介绍
• 3.4.3 自定义无线通信协议
• 3.5 本章总结
• 第四章 无线监控终端在水计量系统中的应用
• 4.1 水计量系统结构
• 4.1.1 系统硬件设计
• 4.1.2 系统软件设计
• 4.2 系统调试
• 4.2.1 无线监控终端调试
• 4.2.2 无线模块收发数据调试
• 4.2.3 调试过程中出现的问题以及解决方法
• 4.3 本章总结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录1 无线收发模块原理图
• 附录2 驱动的部分程序
• 附录3 PCB设计图
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果