嵌入式控制器在船舶电站监控系统中的应用研究

论文摘要

现代船舶自动化技术的巨大进步得益于电子、传感器、通信和计算机控制等技术的发展。嵌入式系统技术是计算机技术的一个重要分支,目前已经深入到信息家电、工业控制、汽车电子等各个领域当中,同样也给船舶自动化领域带来新的机遇和活力。嵌入式系统不仅具有一般计算机系统的功能和特点,还在可靠性、实时性、结构和体积等方面性能卓越。现代船舶自动化系统正朝着智能化、数字化、网络化的方向发展,而嵌入式系统的诸多优点完全适应船舶自动化系统进一步发展所提出的要求,并将成为新一代船舶自动化系统的发展趋势。本文的研究内容就是嵌入式系统技术在船舶自动化系统中的具体应用。嵌入式系统技术的应用包含了硬件和软件两个层面。新一代的船舶机电设备的监控系统,都以一个基于计算机技术的控制装置作为核心控制单元。嵌入式控制器以一个高性能的微处理器为核心,通过对外围电路的设计,可形成强大的数据处理、通信、存储及扩展接口等功能,同时可以运行一个多任务的实时操作系统对资源和任务进行调度,嵌入式控制器完全可以作为船舶机电设备监控系统的核心器件。嵌入式系统开发的整个过程包括硬件设计与开发、BSP（板极支持包）开发,操作系统剪裁与移植、应用程序设计等一系列过程。BSP开发又包括引导程序（Boot loader）设计、OEM适应层（OAL）程序设计、驱动程序设计。论文根据船舶机电设备监控系统的特点,朝着现代船舶网络化、智能化、标准化的发展目标,选择EP9315片上系统处理器和Windows CE嵌入式操作系统的为软硬件平台,设计了应用于船舶机舱监控系统的嵌入式控制器。控制器具有数据采集和处理、数据存储、通信等多种功能。论文在设计的硬件平台上,基于微软提供的集成开发环境——Platform Builder 5.0,完成了控制器BSP开发和操作系统的定制与移植;并以船舶电站为对象,以自行设计的嵌入式控制器为核心控制单元,提出了嵌入式电站监控系统的架构,应用Embedded Visual C++ 4.0开发环境,在搭建的船舶电站监控系统的试验平台上进行了数据采集与输出控制、以太网通信等应用程序开发。本文在具体内容上侧重于介绍嵌入式控制器软硬件的开发过程,以及Windows CE操作系统平台下通过串口对I/O模块的控制、利用Socket开发网络通信程序的具体方法,旨在说明嵌入式系统技术在船舶自动化中的应用情况,特别是标准化、模块化、网络化设计的嵌入式控制器在监控系统中应用的一般方法和特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 计算机控制技术与船舶机舱自动化发展
• 1.2 各种控制技术在机舱自动化中的应用
• 1.2.1 单片机控制
• 1.2.2 PLC 控制
• 1.2.3 工控机控制
• 1.2.4 嵌入式系统控制
• 1.3 课题研究的目的、意义及主要内容
• 第二章 嵌入式控制器功能及硬件原理设计
• 2.1 嵌入式控制器功能
• 2.1.1 控制器功能概述
• 2.1.2 嵌入式控制器设计特点
• 2.2 嵌入式控制器总体结构
• 2.2.1 组成结构
• 2.2.2 主要技术参数
• 2.3 嵌入式处理器选型
• 2.3.1 嵌入式处理器概述
• 2.3.2 EP9315 介绍
• 2.4 部分外围电路原理设计
• 2.4.1 Flash 存储电路设计
• 2.4.2 RS232 接口电路设计
• 2.4.3 RS-485 接口电路设计
• 2.4.4 CAN 总线接口电路设计
• 2.4.5 以太网接口电路设计
• 第三章 嵌入式控制器Windows CE 软件平台开发
• 3.1 嵌入式操作系统概述
• 3.1.1 嵌入式操作系统的功能
• 3.1.2 常见的几种嵌入式操作系统
• 3.2 Windows CE 操作系统工业应用特性
• 3.3 Windows CE 开发环境介绍
• 3.3.1 系统开发环境Platform Builder
• 3.3.2 应用程序开发环境
• 3.3.2.1 Embedded Visual C++
• 3.3.2.2 Visual Studio.NET
• 3.3.2.3 两种开发环境的比较
• 3.4 嵌入式控制器软件开发过程
• 3.4.1 BSP 开发
• 3.4.1.1 Boot Loader 开发
• 3.4.1.2 OAL 开发
• 3.4.1.3 驱动程序开发
• 3.4.2 操作系统定制与移植
• 3.4.3 SDK 生成及应用程序编写
• 第四章 基于Windows CE 控制器的船舶电站监控系统
• 4.1 船舶电站自动化概述
• 4.2 嵌入式船舶电站监控系统架构
• 4.2.1 系统架构
• 4.2.2 系统特点
• 4.3 嵌入式船舶电站监控系统应用程序设计
• 4.3.1 嵌入式船舶电站监控系统试验平台组建方案
• 4.3.2 基于串口通讯的数据采集和信号输出程序设计
• 4.3.2.1 I/O 模块串口控制原理
• 4.3.2.2 Windows CE 平台下串口通信的实现
• 4.3.2.3 基于串口通信的数据采集及输出控制的流程
• 4.3.3 Windows CE 平台下以太网通讯程序设计
• 4.3.3.1 TCP/IP 模型
• 4.3.3.2 WinSock 概述
• 4.3.3.3 客户机/服务器模式
• 4.3.3.4 基于TCP/IP 的网络通信编程实现
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在学期间发表的学术论文