基于嵌入式Linux自动装锁设备控制系统的设计

论文摘要

随着现代科学技术的快速发展,自动控制系统已经广泛应用于工业控制中的各个领域,它已从传统的专用控制系统发展到开放式控制系统,专用自动控制系统集成化程度比较高,不可裁剪,价格昂贵,只有大型的加工企业能承担。开放式自动控制系统可自行裁剪和扩展各个模块的功能,能迅速的进行二次开发以适应不同的应用需求,并且开放式控制系统的可移植性很大,价格便宜,特别适合于各种中小企业。锁具作为人们安全的保护神,被广泛应用于生活的各个领域。作为人们生活的必备之物,人们对锁具的安全性要求越来越高,而且需求量越来越大,这就要求锁具的生产有较高的生产效率,然而国内还没有针对这方面的自动装锁设备。目前国内的锁具生产厂商对锁芯体的装配都是工人手工进行的,因而难以实现批量生产,生产加工周期长,生产效率低,难以满足市场的需求。为此本设计的目的就是为了研制一套基于嵌入式Linux自动装锁设备控制系统,着重解决上述自动化程度低,加工效率低,装锁质量受人为因素影响大等问题。随着嵌入式技术的发展,嵌入式系统在自动控制领域中也得到了广泛的应用。嵌入式Linux继承了Linux操作系统,源码开放、多任务、按需求裁剪、具备极佳稳定性的优良特性,并且占用较少的资源,完全满足自动装锁设备控制系统各方面的要求。本文首先介绍了本设计提出的目的、意义及目前该行业现状及发展,强调了本设计提出的迫切性。紧接着对嵌入式Linux中主控系统的架构进行了介绍从硬件架构及软件架构两方面进行了重点阐述,硬件架构部分主要介绍嵌入式开发板硬件资源、步进电机及步进电机驱动器等相关方面的内容,软件架构介绍了嵌入式Linux系统软件的整体架构及内核与驱动关系。随后讲述了U-Boot引导程序的加载、Linux内核的移植、文件系统建立之后,嵌入式主控系统的开发环境基本建立,自动装锁设备控制系统所涉及的嵌入式Linux各种外围设备驱动的实现。整个自动装锁设备控制系统涉及到六个分工位和一个主控工位,这些设备之间的通信,采用的是CAN现场总线的方式,对CAN总线实现的硬件电路、电气隔离以及CAN总线驱动软件开放的流程进行了介绍。最后,对整套设备的性能及动作的实现进行了整体的测试和验证,测试结果证明本套设备基本实现了设计方案提出之初对系统各方面性能指标的要求,基本能满足目前中小企业对自动装锁设备的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 工业控制系统国内外发展现状
• 1.2.1.1 工业控制技术的发展现状及特点
• 1.2.1.2 工控机的现状及特点
• 1.2.1.3 PLC 控制的特点
• 1.2.1.4 微控制器的控制特点
• 1.2.2 自动装锁控制系统现状
• 1.3 课题研究重点与方案实现
• 1.3.1 课题主要研究重点
• 1.3.2 自动装锁设备控制系统实现方案
• 1.4 论文章节安排
• 第2章 嵌入式Linux主控系统的架构
• 2.1 主控系统的硬件资源
• 2.1.1 开发板硬件资源
• 2.1.1.1 开发板核心板
• 2.1.1.2 开发板底板
• 2.1.2 电机与步进电机驱动器
• 2.1.2.1 步进电机
• 2.1.2.2 步进电机驱动器
• 2.2 主控系统的软件架构
• 2.3 本章小结
• 第3章 嵌入式Linux内核移植及文件系统建立
• 3.1 引导加载程序Boot Loader
• 3.1.1 Boot Loader方案确定
• 3.1.2 U-Boot移植前的准备
• 3.1.3 U-Boot移植
• 3.1.4 U-Boot编译与调试
• 3.2 嵌入式Linux内核移植
• 3.2.1 Linux内核源码移植前的准备
• 3.2.2 修改Linux内核关于NAND Flash 分区信息
• 3.2.3 添加yaffs文件系统支持
• 3.2.4 U-Boot与Linux内核的关系
• 3.2.5 Linux内核的引导与调试
• 3.3 嵌入式文件系统的建立
• 3.3.1 创建根文件系统的基本目录
• 3.3.2 配置、编译和安装busybox
• 3.3.3 制作cramfs文件系统
• 3.3.4 制作yaffs文件系统
• 3.4 本章小结
• 第4章 嵌入式Linux相关设备驱动开发
• 4.1 设备驱动
• 4.1.1 硬件、设备驱动及应用程序的关系
• 4.1.2 设备驱动的核心思想
• 4.1.3 设备驱动分类与选择
• 4.1.4 字符设备驱动基本框架
• 4.2 工控液晶的驱动程序开发
• 4.2.1 SED1335 控制器的硬件组成
• 4.2.2 SED1335 指令集
• 4.2.3 SED1335 外围电路接法
• 4.2.4 SED1335 宏定义及初始化配置
• 4.3 矩阵键盘的驱动程序开发
• 4.4 CAN 总线的驱动程序开发
• 4.4.1 CAN 总线方案优势
• 4.4.2 CAN 控制器实现的硬件电路
• 4.4.3 总线上各个工位的配置及初始化
• 4.5 本章小结
• 第5章 嵌入式Linux 主控系统电机驱动的实现
• 5.1 电机驱动方案的实现
• 5.2 电机设备驱动的架构
• 5.3 电机加减速的控制
• 5.3.1 电机加减速控制方法
• 5.3.2 曲线加减速的实现方法
• 5.4 本章小结
• 第6章 自动装锁设备整体动作的实现
• 6.1 自动装锁设备各工位动作的实现
• 6.1.1 牙花编码提取工位
• 6.1.2 下弹子装配工位
• 6.2 主控转盘的协调及动作实现
• 6.3 整套设备的实物展示
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 详细摘要