智能型落锤式弯沉仪系统控制器的产品研制

论文摘要

随着交通事业的发展,如何对道路进行科学的检测和养护成为一项重要课题。智能型落锤式弯沉仪是一种先进的道路弯沉检测仪器。本课题研制了智能型落锤式弯沉仪的核心单元——系统控制器,它控制弯沉仪整套机械系统的工作并实时采集各种传感器数据。本文综合研究和分析了弯沉仪的原理和功能,并依据实用性、可靠性和可扩展性原则,提出了一种基于ARM处理器和嵌入式实时操作系统的控制系统解决方案。论文首先讨论了系统控制器的硬件设计,包括电源、处理器、数据采集、存储、控制、通信等各功能模块的电路设计和调试方法,探讨了抗干扰PCB设计要点;其次,在详细分析了落锤式弯沉仪系统工作流程的基础上,阐述了系统固件的设计思想,其中包括了基于前后台系统上下位机软件和基于嵌入式系统下位机软件的实现方法;接着,设计了系统控制器上位机软件的架构和开发过程,并规划了各功能模块;在完成了整个控制器的软硬件设计后,本文对系统控制器进行了性能测试和校准,并研究了弯沉仪的标定方法;最后,总结了产品开发中遇到的问题并提出了一些改进设想。目前联合研制的智能型落锤式弯沉仪产品已通过了江苏省交通科学研究院组织的专家鉴定,获得了国家实用新型专利证书,并且已投入生产和销售。经过不断的改进,本文研制的弯沉仪系统控制器在各项性能指标均达到了设计要求,并且在产品的长期使用过程中,运行稳定可靠。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 弯沉仪发展概述
• 1.2 智能型落锤式弯沉仪的工作原理
• 1.3 智能型落锤式弯沉仪的系统控制器
• 1.3.1 项目来源与研制目标
• 1.3.2 硬件设计方案
• 1.3.3 软件设计方案
• 第二章 控制器硬件设计
• 2.1 硬件模块框架
• 2.2 电源模块
• 2.3 处理器模块
• 2.3.1 S3C44B0X
• 2.3.2 晶振和复位电路
• 2.3.3 JTAG 调试电路
• 2.3.4 外围辅助电路
• 2.4 存储模块
• 2.4.1 FLASH
• 2.4.2 SDRAM
• 2.4.3 FRAM
• 2.5 数据采集模块
• 2.5.1 弯沉通道
• 2.5.2 荷载通道
• 2.5.3 高度通道
• 2.5.4 温度通道
• 2.5.5 压力通道
• 2.5.6 AD7663 模块
• 2.5.7 AD4480 模块
• 2.6 控制模块
• 2.6.1 CPLD 控制模块
• 2.6.2 开关量输入通道
• 2.6.3 脉冲量输入通道
• 2.6.4 开关量输出通道
• 2.6.5 驱动电路
• 2.7 通信模块
• 2.7.1 USB 通信
• 2.7.2 GPS 通信
• 2.7.3 前端显示器
• 2.8 PCB 抗干扰设计
• 第三章 控制器固件设计
• 3.1 固件开发概述
• 3.2 基于前后台系统的固件设计
• 3.2.1 前后台系统模式概述
• 3.2.2 处理器层设计
• 3.2.3 驱动层设计
• 3.2.4 应用层设计
• 3.3 基于嵌入式操作系统的固件设计
• 3.3.1 嵌入式操作系统模式概述
• 3.3.2 μC/OS-II 的移植和测试
• 3.3.3 μC/OS-II 的应用程序设计
• 3.4 两种设计方法的比较
• 第四章 上位机软件设计
• 4.1 软件结构
• 4.2 驱动程序
• 4.2.1 USB 驱动
• 4.2.2 通信协议
• 4.2.3 API 函数集
• 4.3 测试软件
• 4.4 用户软件
• 4.4.1 数据采集软件
• 4.4.2 数据分析软件
• 第五章 控制器测试与系统标定
• 5.1 控制器性能测试
• 5.1.1 采样速率
• 5.1.2 静态噪声
• 5.1.3 采集精度
• 5.1.4 积分漂移
• 5.2 弯沉仪标定和测试
• 5.2.1 弯沉标定
• 5.2.2 里程标定
• 5.2.3 重复性测试
• 第六章 产品研制总结
• 6.1 问题及解决方法
• 6.2 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录1 控制器PCB 图
• 附录2 控制器技术参数表
• 附录3 FWD-2000 技术参数表
• 附录4 FWD-2000 鉴定证书和专利证书