智能采集设备仿真平台设计与硬件实现

论文摘要

智能采集设备是测控系统的重要组成部分，它与工业监测的数据采集系统是密不可分的。近年来，随着科技的发展与进步，智能采集设备融合了计算机、通信和微电子等领域的相关技术，具备了更快、更强的数据采集和处理能力。在数据采集系统的开发中，为测试采集软件的可靠性与稳定性，应在实验室部署相关的智能采集设备。然而在实验室搭建类似工业现场的采集环境，不仅会耗费大量人力物力，还会延误系统的开发周期。为提高数据采集系统的实验室测试效率，本文利用嵌入式技术和仿真技术，进行了智能采集设备仿真平台的研究。本文设计的仿真平台是可以运行各类智能采集设备仿真程序的软硬件平台，数据采集软件和智能采集设备通信遵循一定规约，仿真程序可模拟两者之间的通信规约。在数据采集系统测试中，本系统能够完全代替智能设备并与上位机的数据采集系统通信，模拟设备的功能来完成采集系统测试。系统采用高性能ARM芯片，具有强大的数据处理能力和丰富的通信接口，完美的实现仿真的功能。在硬件设计中，本文将系统硬件的总体结构划分成串行接口、以太网接口、USB接口、JTAG接口等子模块。在软件设计中，本文实现了启动引导程序、嵌入式Linux系统与文件系统在ARM硬件平台的移植。最后分析一类智能采集设备的通信协议，根据协议规约设计设备仿真软件，将仿真软件下载到平台并通过了数据采集系统与设备厂商提供采集软件的测试，验证了仿真平台的功能。本文设计的平台结合了嵌入式技术与仿真技术。研究内容主要涉及硬件电路实现，PCB制作、焊接以及系统底层软件移植。总体来说，本系统是一种嵌入式平台，经过适当改进，作为数据采集系统的测试工具可大规模应用于工业数据采集系统的开发中，具有良好的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 仿真技术简介
• 1.3 本文研究内容和章节安排
• 2 系统方案总体设计
• 2.1 智能采集设备
• 2.1.1 原理概述
• 2.1.2 通信接口和协议
• 2.2 设计目标
• 2.3 总体设计
• 2.3.1 处理器选型
• 2.3.2 操作系统选型
• 2.3.3 设计方案
• 2.4 本章小结
• 3 系统硬件设计与实现
• 3.1 硬件设计方案
• 3.2 电源电路设计
• 3.3 复位电路
• 3.4 JTAG 电路
• 3.5 启动选择电路
• 3.6 通信接口设计
• 3.6.1 串行通信接口
• 3.6.2 以太网接口
• 3.7 USB 接口
• 3.8 PCB 设计及制作
• 3.8.1 设计方法
• 3.8.2 电路板的焊接与测试
• 3.9 本章小结
• 4 系统软件移植
• 4.1 移植相关工具
• 4.2 启动代码分析与移植
• 4.2.1 U-boot 概述
• 4.2.2 U-boot 启动过程
• 4.2.3 U-boot 移植
• 4.3 Linux 内核移植
• 4.4 文件系统移植
• 4.5 本章小结
• 5 仿真软件设计与平台验证
• 5.1 仿真软件设计
• 5.1.1 建立通信模型
• 5.1.2 数据格式
• 5.1.3 软件模拟
• 5.2 平台测试与应用
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士期间发表的学术论文