基于嵌入式系统的绿色能源测控系统研究

论文摘要

ARM、DSP等32位微处理器以及VxWorks、Linux等嵌入式操作系统的广泛使用,使嵌入式系统的处理能力大大提高。随着测控对象复杂化、测控功能多样化的发展,嵌入式系统越来越多的应用到分布式测控系统中,以满足系统低功耗、高性能的测控要求。本文以“加拿大家居绿色能源系统的控制子系统”项目为背景,对嵌入式平台构建分布式测控系统的相关技术实现进行了研究。本文给出了项目的整体设计方案,并实现了以ARM微处理器为核心的中央控制单元和以DSP微处理器为核心的终端测控节点的电路设计,重点说明了中央控制单元CAN总线接口电路和终端测控节点无刷直流电动机控制电路的具体设计。在对嵌入式软件开发模式和软件结构进行分析的基础上,建立了嵌入式Linux软件开发环境,并在中央控制单元实现了Linux操作系统、嵌入式数据库和FTP服务器的移植。为实现中央单元CAN总线通讯,针对本文设计的具体电路,给出了Linux系统下CAN总线接口设备驱动程序的实现。为提高控制性能,针对终端节点控制对象特点,设计了基于单神经元自适应PID算法的无刷直流电动机控制程序。为验证系统运行的可靠性,建立多CAN节点测试平台对系统进行了测试。以ARM/Linux为平台实现中央控制单元,以DSP为核心处理器实现终端测控节点,使用CAN现场总线连接中央单元与各终端节点,构成嵌入式分布测控系统的结构参考模型,并实现嵌入式数据库、FTP服务器等高级功能,为建立复杂高性能的测控系统提供了切实可行的设计方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的研究背景及目的
• 1.3 嵌入式分布测控系统的发展
• 1.3.1 嵌入式处理器
• 1.3.2 嵌入式操作系统
• 1.3.3 现场总线技术
• 1.4 本论文研究工作的意义和主要内容
• 第二章 测控系统硬件设计
• 2.1 系统方案设计
• 2.2 系统硬件总体结构
• 2.3 中央控制单元方案设计
• 2.3.1 微处理器53C2410A
• 2.3.2 总体结构组成
• 2.4 CAN 接口硬件电路设计
• 2.4.1 设计方案选择
• 2.4.2 CAN 接口时序设计
• 2.4.3 具体电路设计实现
• 2.5 终端测控节点设计
• 2.5.1 终端节点总体结构
• 2.5.2 无刷直流电动机控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 测控系统软件设计
• 3.1 嵌入式软件开发模式
• 3.2 嵌入式LINUX软件开发环境
• 3.2.1 交叉编译环境
• 3.2.2 Linux 操作系统
• 3.2.3 Linux 内核移植
• 3.3 嵌入式系统软件结构
• 3.3.1 系统引导加载程序
• 3.3.2 系统内核
• 3.3.3 文件系统
• 3.3.4 应用程序
• 3.4 测控系统中央单元应用程序实现
• 3.4.1 嵌入式数据库实现
• 3.4.2 嵌入式FTP 服务器实现
• 3.5 终端测控节点电动机控制程序实现
• 3.5.1 单神经元自适应PID 控制算法
• 3.5.2 无刷直流电动机控制程序
• 3.6 本章小结
• 第四章 CAN 总线接口设备驱动程序设计
• 4.1 CAN 总线协议
• 4.1.1 CAN 协议结构
• 4.1.2 CAN 协议物理帧
• 4.2 CAN 总线接口驱动程序开发
• 4.2.1 Linux 驱动程序概述
• 4.2.2 Linux 系统驱动程序结构
• 4.2.3 CAN 总线接口驱动程序
• 4.3 本章小结
• 第五章 测控系统总体测试
• 5.1 测控系统测试平台的构成
• 5.1.1 测试平台构成
• 5.1.2 测试流程设计
• 5.2 系统测试
• 5.2.1 功能测试
• 5.2.2 性能测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文