机电监控中嵌入式系统相关理论及应用研究

论文摘要

嵌入式系统在现代机电监控中起着极其重要作用，它是各种智能传感器、高性能检测与控制设备、网络与信息化控制的技术基础。机电监控中嵌入式系统的应用水平和普及程度在一定程度上决定了机电监控技术的整体水平。本文围绕嵌入式系统在机电监控领域的应用，依托国家自然科学基金等项目，按照“研究相关理论、突破关键技术、实现工程应用”的技术路线，在对其相关理论进行分析、研究和总结基础上，重点对若干关键问题进行了研究，并完成了三个典型工程应用项目。论文的具体研究工作如下： 1．围绕嵌入式系统应用于机电监控领域的相关问题，分析、研究和总结了现代机电监控网络、网络环境下的机电监控系统、机电监控中的嵌入式系统、以及嵌入式系统软硬件协同设计方法等的相关理论，为嵌入式系统在监控领域应用提供理论基础和依据。 2．针对困扰光纤光栅传感器应用的高性能解调问题，提出了基于嵌入式技术解决多通道光纤光栅高速解调的基本方法和嵌入式系统结构，研究了多通道、多点光纤光栅高速解调的实现原理和关键技术，解决了系统实现过程中高速信号检测、实时数据处理与传输、多解调速率自动适应、扫描电压自动跟踪、测量时间同步、系统硬件软件设计等系列技术问题，设计和实现了分布式多通道多点光纤光栅嵌入式高速解调系统。 3．针对嵌入式控制系统的设计问题，提出了类PLC概念，研究了类PLC的体系结构、技术组成与应用问题，以及类PLC与现有工业标准兼容和控制程序自动生成问题，设计和实现了类PLC嵌入式阀门控制基本系统及其应用开发环境，解决了大型工业阀门控制中应用嵌入式系统所遇到的个性化设计问题。类PLC为解决嵌入式控制系统的设计问题提供了一种通用且实用的新方法。 4．针对嵌入式监控系统在特殊环境下的通信和组网问题，提出了一种现场实时监测专用逻辑令牌环网，研究和设计了一种通信效率高、系统软硬件开销小、网络自维护能力强、方便使用的通信协议。应用此协议，设计和实现了铁路道岔液压转辙机工作状态实时监测系统。 论文的研究工作对促进嵌入式系统在机电监控领域的应用，提高机电设备的智能化、网络化与精密程度，加强我国机电行业竞争能力有着积极作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 论文工作背景
• 1.1.1 项目来源
• 1.1.2 研究目的与意义
• 1.1.3 研究目标
• 1.2 相关研究领域及其发展现状
• 1.2.1 机电监控技术研究现状
• 1.2.2 机电监控网络研究现状
• 1.2.3 嵌入式系统研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 本文结构组织
• 第2章 机电监控及其嵌入式系统相关理论研究
• 2.1 机电监控系统网络模型与异构网络互联
• 2.1.1 开放性系统互联模型
• 2.1.2 现场总线及其网络模型
• 2.1.3 工业以太网及其模型
• 2.1.4 异构网络互联原理
• 2.2 监控与管理一体化系统
• 2.2.1 监控与管理一体化系统结构
• 2.2.2 监控与管理一体化系统实现技术
• 2.3 机电监控中的嵌入式系统结构
• 2.3.1 智能设备与嵌入式系统
• 2.3.2 机电监控型嵌入式系统结构
• 2.3.3 可重构计算的嵌入式监控系统
• 2.4 嵌入式系统软硬件协同设计方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 多通道多点光纤光栅嵌入式高速解调技术
• 3.1 光纤光栅传感解调研究现状
• 3.2 光纤光栅解调原理
• 3.2.1 光纤光栅传感特性与可调谐 F-P滤波器
• 3.2.2 基于可调谐 F-P滤波器的光纤光栅解调原理
• 3.3 多通道多点光纤光栅嵌入式高速解调技术
• 3.3.1 光纤光栅检测原理
• 3.3.2 多通道光纤光栅高速检测方法
• 3.3.3 多通道多点光纤光栅嵌入式高速解调系统结构
• 3.4 光纤光栅波长自标定解调算法
• 3.4.1 量值基本关系
• 3.4.2 光纤光栅波长自标定解调算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于嵌入式技术的分布式光纤光栅高速解调系统
• 4.1 多通道多点光纤光栅嵌入式高速解调器设计
• 4.1.1 多通道多点光纤光栅解调的嵌入式系统设计
• 4.1.2 嵌入式高速解调器工作原理
• 4.1.3 可调谐 F-P腔扫描电压自动跟踪
• 4.2 多解调速率自适应技术
• 4.2.1 多解调速率自适应原理
• 4.2.2 多解调速率自适应设计和实现
• 4.3 数据传输及通信设计与实现
• 4.3.1 数据传输与通信流量分析
• 4.3.2 嵌入式系统内部的数据传输
• 4.3.3 嵌入式系统间的数据传输
• 4.4 嵌入式解调系统时间同步方法
• 4.4.1 嵌入式解调系统时间同步性能要求
• 4.4.2 嵌入式解调系统时间同步方法
• 4.5 解调系统软件设计与实现
• 4.5.1 系统软件组织结构
• 4.5.2 嵌入式解调系统和 PC机任务设计
• 4.6 研究结果
• 4.6.1 解调系统的性能测试
• 4.6.2 解调系统主要性能指标
• 4.6.3 系统实物及系统工作效果
• 4.7 本章小结
• 第5章 基于嵌入式技术的类 PLC控制系统
• 5.1 类 PLC嵌入式控制系统概念
• 5.1.1 PLC与嵌入式系统特点分析
• 5.1.2 类 PLC概念
• 5.2 类 PLC体系结构
• 5.2.1 类 PLC控制系统结构
• 5.2.2 类 PLC技术组成结构
• 5.3 类 PLC技术
• 5.3.1 类 PLC嵌入式控制系统设计技术
• 5.3.2 类 PLC控制程序的组织
• 5.4 本章小结
• 第6章 类PLC阀门控制系统
• 6.1 类PLC阀门控制系统
• 6.1.1 阀门控制问题
• 6.1.2 类PLC阀门控制系统
• 6.2 类PLC阀门控制系统硬件
• 6.2.1 阀门控制原理
• 6.2.2 阀门控制系统需求分析
• 6.2.3 系统硬件结构
• 6.2.4 主要功能单元电路原理
• 6.2.5 系统硬件实现
• 6.3 阀门开放性互联和开放性控制
• 6.3.1 阀门开放性互联和开放性控制要求
• 6.3.2 基于串行数据链路上的Modbus协议
• 6.3.3 阀门控制 Modbus协议子集
• 6.3.4 阀门开放性控制的原理
• 6.4 类 PLC阀门控制系统软件
• 6.4.1 任务划分和任务调度
• 6.4.2 控制算法
• 6.4.3 Modbus服务器
• 6.5 类 PLC阀门控制系统应用
• 6.6 本章小结
• 第7章 特殊监测网络及液压转辙机状态实时监测系统
• 7.1 铁路道岔液压转辙机工作状态实时监测
• 7.1.1 液压转辙机状态监测问题
• 7.1.2 液压转辙机工作状态实时监测系统
• 7.2 自维护高效率逻辑令牌环网络的研究
• 7.2.1 专用网络要求
• 7.2.2 通信方式
• 7.2.3 逻辑令牌环网络体系结构
• 7.2.4 网络协议
• 7.2.5 网络工作原理
• 7.3 基于逻辑令牌环网的转辙机状态实时监测系统
• 7.3.1 嵌入式现场监控下位机
• 7.3.2 监控中心上位机
• 7.3.3 通信互联网络
• 7.4 研究结果
• 7.5 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 8.1 论文的研究成果
• 8.2 论文的创新点
• 8.3 下一步主要工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间科研工作
• 发表论文
• 参加和主持的科研工作
• 鉴定和获奖
• 专利和计算机软件著作权