基于ARM和uC/OS-Ⅱ的调速器试验台的研究

论文摘要

随着科学技术的飞速发展,各科学领域对测试技术提出了越来越高的要求。调速器试验台是调试、校验调速器性能的一种试验工具,是船舶修造厂、尤其调速器修造专业厂必须具有的试验设备。基于ARM嵌入式平台和uC/OS-Ⅱ实时操作系统的嵌入式控制调速器试验台是基于国内外调速器测试技术的发展趋势和工作的实际要求。本调速试验台充分利用了嵌入式单片机技术和传感器技术,通过采用多种传感器采集系统所需要的数据,例如直流电机的转速、调速器的齿条位移等等,经过单片机系统处理并输出结果来实现调速器试验台的功能,并运用新型的全彩液晶显示屏将各种试验数据显示出来。本文主要是针对调速试验台控制系统的研究,在分析了嵌入式软硬件可实现模块化设计的基础上,借鉴了“开发平台”的设计思想,首先,在ARM嵌入式最小系统的基础上架构通用的硬件平台,对测控平台的硬件结构进行设计,特别是对于关键的接口电路进行了比较深入的研究,针对不同的应用,集成了多种接口电路。其次,在实现嵌入式实时多任务操作系统uC/OS-Ⅱ在ARM上可移植的基础上,架构了通用的软件平台,对接口电路驱动程序进行模块化设计。最后,研究了基于参数实时可变型的一种新型的PID控制算法,并将此PID算法作为调速试验台的控制算法。通过对本系统的研究开发,提高了调速器试验台的测试精度,也使性能更加稳定可靠,实现了整个测试过程的自动化,从而减轻了试验人员的劳动强度,提高了工作效率,降低了试验成本,也同时消除了安全隐患,因此对本课题的研究具有较大的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 调速技术的发展概况
• 1.1 调速技术的发展历程
• 1.2 调速技术的发展现状
• 1.2.1 国外调速技术的发展现状
• 1.2.2 国内调速技术的发展现状
• 1.3 电子测试技术的发展趋势
• 1.4 加强我国测试技术发展的策略
• 2 调速器试验台的介绍
• 2.1 方案的提出及意义
• 2.1.1 系统设计方案
• 2.1.2 系统的现实意义
• 2.2 试验台的基本结构和性能
• 2.2.1 试验台的基本结构
• 2.2.2 试验台的主要性能
• 3 嵌入式微处理器和实时操作系统uC/OS-Ⅱ
• 3.1 嵌入式系统概述
• 3.1.1 嵌入式系统的定义
• 3.1.2 嵌入式系统的组成
• 3.1.3 嵌入式系统的发展
• 3.2 嵌入式ARM微处理器
• 3.2.1 嵌入式ARM微处理器概述
• 3.2.2 ARM微处理器的特点
• 3.2.3 基于LPC2210的硬件平台
• 3.3 实时操作系统uC/OS-Ⅱ
• 3.3.1 实时操作系统简介
• 3.3.2 uC/OS-Ⅱ实时操作系统
• 4 调速器试验台系统硬件设计
• 4.1 调速试验台系统主控单元
• 4.1.1 ARM7TDMI核
• 4.1.2 电源模块
• 4.1.3 JTAG接口电路
• 4.1.4 键盘电路
• 4.2 调速试验台数据采集模块
• 4.2.1 转速信号采集
• 4.2.2 齿条刻线信号采集
• 4.2.3 模拟给定负载及模拟给定转速信号采集
• 4.3 LCD显示模块
• 4.3.1 LCD的基本结构和工作原理
• 4.3.2 LCD的驱动方式
• 4.4 直流电机控制模块
• 4.4.1 直流电机控制原理
• 4.4.2 直流电机控制系统
• 4.4.3 直流电机控制算法
• 4.5 试验阶段电路板硬件图
• 4.5.1 直流电机和光电编码器
• 4.5.2 直流电机驱动板
• 4.5.3 LCD驱动板与试验板连接图
• 5 调速器试验台系统软件设计
• 5.1 嵌入式操作系统的移植
• 5.1.1 uC/OS-Ⅱ的移植的条件
• 5.1.2 uC/OS-Ⅱ的移植过程
• 5.2 程序结构及流程图
• 结论
• 参考文献
• 附录A 程序移植清单
• 附录B 试验结果图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢