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高速公路气象信息采集系统的研究

2020-11-30阅读(775)

高速公路气象信息采集系统的研究

论文摘要

高速公路被称为一个国家走向现代化的桥梁,智能交通系统则是现代交通业发展的重中之重。目前,高速公路气象信息采集系统作为智能交通系统的主要组成部分,正处于起步发展阶段。本文设计了一种结合CAN场总线技术、GPRS技术和嵌入式技术的高速公路气象信息采集系统,并完成了其中关键技术的开发设计。系统设计为气象信息采集智能节点、CAN现场总线、嵌入式数据集合器、GPRS无线通信、人机接口五个组成部分。由气象信息采集智能节点采集各自的公路气象数据,再通过CAN总线把气象信息传送到嵌入式数据集合器,由数据集合器对气象信息进行处理并通过GPRS模块传送至远程公路管理中心。系统中,CAN总线和GPRS无线通信使系统构建便捷,扩充性强,这也是保证数据实时、准确传输的关键。针对系统技术特点,采用硬件资源丰富、基于ARM7内核的LPC2119处理器作为核心芯片,详细地进行了系统的硬件设计。以此为基础,完成了串口,CAN总线硬件接口及GPRS模块的电路设计,给出了硬件设计原理图,并对气象传感模块进行了细致的选型和接入设计。考虑系统实时性要求和多任务管理的需要,系统采用基于嵌入式实时操作系统μC/OS-II的软件开发模式。课题详细分析了移植要点,得到了移植源代码,在LPC2119处理器上实现了成功移植,并设计出系统软件任务结构。在系统任务设计中,完成的工作有:设计实现了基于DS18B20的温度数据采集程序;通过对CAN总线技术特点的分析,详细设计了适用于本系统的CAN总线通信程序。程序中还定义了一种环形数据缓冲区,使CAN总线数据收发效率得以显著提高;针对系统中采用的GPRS模块GTM900,完成了GPRS通信程序设计。系统在ARM ADS 1.2环境下进行了试验和测试,达到设计要求。本系统设计体现了嵌入式设计高性能、低功耗、低成本的优势,实现了高速公路气象信息实时采集和处理的无线化、自动化、网络化和智能化。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究的目的和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 主要研究内容
  • 第2章 系统总体设计
  • 2.1 系统要求及技术指标
  • 2.2 系统的总体设计
  • 2.3 系统功能模块
  • 2.4 CAN 总线技术
  • 2.5 GPRS 技术
  • 第3章 系统硬件设计
  • 3.1 硬件结构设计
  • 3.2 ARM 处理器LPC2119 最小系统设计
  • 3.2.1 LPC2119 简介
  • 3.2.2 LPC2119 内部结构
  • 3.2.3 LPC2119 最小系统设计
  • 3.3 气象传感模块选型及接入设计
  • 3.4 CAN 总线电路的设计
  • 3.5 GPRS 模块
  • 3.5.1 GTM900 无线模块简介
  • 3.5.2 GTM900 无线模块接口电路设计
  • 第4章 系统软件设计
  • 4.1 系统软件的总体设计
  • 4.2 嵌入式操作系统ΜC/OS-II 的移植与配置
  • 4.2.1 μC/OS-II 的特点
  • 4.2.2 μC/OS-II 在LPC2119 微处理器上的移植
  • 4.3 DS18B20 的温度采集程序设计
  • 4.3.1 DS18B20 的1-WIRE 协议
  • 4.3.2 DS18B20 的程序设计
  • 4.4 CAN 总线通信程序设计
  • 4.4.1 CAN 控制器初始化
  • 4.4.2 CAN 发送程序
  • 4.4.3 CAN 总线的数据接收
  • 4.5 GPRS 通信程序设计
  • 4.5.1 GPRS 通信协议简介
  • 4.5.2 GPRS 通信程序设计
  • 第5章 系统测试与分析
  • 5.1 系统测试环境
  • 5.2 系统测试
  • 5.2.1 系统硬件电路测试
  • 5.2.2 μC/OS-II 移植代码测试
  • 5.2.3 DS18B20 温度采集实验测试
  • 5.2.4 CAN 总线网络数据收发测试
  • 5.2.5 GPRS 模块的通信测试
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录 A：攻读学位期间发表的论文及成果
  • 附录 B：部分源代码
  • 致谢

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