基于嵌入式系统的家居能源控制子系统研究

论文摘要

以32位ARM和Linux操作系统为代表的嵌入式系统凭借其高性能、低功耗的特点在对系统性能要求越来越高的分布式测控系统中得到了广泛的应用。本文以“加拿大家居绿色能源系统的控制子系统”项目为应用背景,研究了嵌入式系统、分布式测控系统和人机交互接口中的相关技术,及其在家居能源控制子系统中的应用。通过分析质子交换膜燃料电池的体系结构和工作原理,本文给出了整个嵌入式分布测控系统的设计方案和主控器的硬件结构组成,并概述了控制子系统对质子交换膜燃料电池的控制过程。在对嵌入式Linux系统的一般架构进行分析的基础上,重点研究实现了控制子系统的软件平台构建、控制子系统向用户显示各个子系统的运行状态并接收用户控制命令输入的人机交互接口设计以及家居能源系统中子系统间的通信,主要包括:增加了启动引导程序对Nand Flash的支持,在控制子系统中的主控制器上移植了启动引导程序、Linux内核和文件系统,详细分析了LCD液晶屏和触摸屏的工作原理,编写并移植了LCD驱动程序、触摸屏驱动程序和图形用户界面,设计了子系统间的无线通信协议,研究了CRC校验的原理并编程实现,提高了无线通信的可靠性,最后对无线通信系统进行了性能测试。本课题对家居能源控制子系统所作的研究,基本实现了该项目的前期目标,为后续的应用程序开发奠定了坚实的基础,同时也为建立复杂、高性能和人机交互友好的嵌入式测控系统提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题来源及研究目标
• 1.3 本论文的结构
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 能源系统总体方案设计
• 2.2 质子交换膜燃料电池结构及控制
• 2.2.1 燃料电池的原理及分类
• 2.2.2 质子交换膜燃料电池结构及控制
• 2.3 控制子系统的控制过程分析
• 2.4 主控制器硬件结构组成
• 第三章 控制子系统软件平台的构建
• 3.1 控制子系统软件平台的选择
• 3.2 嵌入式LINUX 系统的一般架构
• 3.3 BOOTLOADER 移植
• 3.3.1 Bootloader 概述
• 3.3.2 U-Boot 的启动过程
• 3.3.3 U-Boot 的移植
• 3.4 KERNEL 移植
• 3.5 文件系统制作移植
• 3.5.1 文件系统概念及其分类
• 3.5.2 根文件系统创建和移植
• 第四章 控制子系统人机交互设计
• 4.1 LINUX 操作系统下设备驱动程序设计概述
• 4.2 LCD 驱动程序设计
• 4.2.1 帧缓冲区的设计思想
• 4.2.2 LCD 驱动程序设计
• 4.3 触摸屏驱动程序设计
• 4.3.1 触摸屏的工作原理
• 4.3.2 触摸屏驱动程序设计
• 4.3.3 触摸屏的校正
• 4.4 图形用户界面设计
• 4.4.1 图形界面设计软件Qt/Embedded 概述
• 4.4.2 主控制器人机交互接口设计
• 4.4.3 图形用户界面程序的上电自启动
• 第五章 家居能源系统各子系统间的通信
• 5.1 无线通信模块和协议
• 5.2 CRC 校验
• 5.2.1 CRC 校验原理
• 5.2.2 CRC 校验的软件实现
• 5.3 通信性能测试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 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