嵌入式桥梁坍塌监测系统设计与研究

论文摘要

随着经济的发展和桥梁的增加,桥梁监测越来越受到政府和工程界重视。桥梁建成以后,由于受气候、环境因素的影响,结构材料会被腐蚀和逐渐老化,长期的静、动力荷载作用,使其强度和刚度随着时间的增加而降低。这不仅会影响行车安全,更会使桥梁的使用寿命缩短。对桥梁结构的健康状况进行检测与监测,并在此基础上对其安全性能进行评估是桥梁运营日常管理的重要内容。本文对桥梁坍塌监测系统进行了可行性分析,制定了系统的数据采集方案,确定现场控制系统和远程数据传输的方式,并提出主控制室的架构组成,从而给出了桥梁坍塌监测系统的总体设计方案。主要研究了桥梁坍塌监测系统中的现场控制系统,确立使用具有强大的扩展功能的飞思卡尔公司的MCF5272嵌入式芯片作为核心处理单元。详细分析了硬件系统的设计方案,硬件组成包括:(1)MCF5272主控系统的总体架构:复位电路、SDRAM、Flash与BDM接口等。(2)100M以太网接口和GPRS通信模块。(3)串口扩展电路。最后,结合实际情况选择了μClinux操作系统作为现场控制系统的重要组成部分,在介绍Bootloader的编译和开发原理的基础上,着重论述操作系统μClinux的裁减、编译、移植和调试等的实现。综上所述,论文完成了桥梁坍塌监测系统的总体设计,运用嵌入式技术搭建现场处理控制系统,以实现对数据的处理与传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本领域国内外现状
• 1.3 桥梁坍塌监测的意义
• 1.4 桥梁坍塌监测系统的构成
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 嵌入式系统
• 2.1 嵌入式系统
• 2.2 嵌入式处理器
• 2.3 嵌入式操作系统与实时操作系统
• 2.4 嵌入式系统的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 桥梁坍塌监测系统总体设计
• 3.1 桥梁坍塌监测系统的需求分析及可行性研究
• 3.1.1 需求分析
• 3.1.2 技术可行性研究
• 3.2 数据采集系统的方案制定
• 3.2.1 多传感器测量的要求
• 3.2.2 数据采集对象的确定
• 3.2.3 传感器分布
• 3.2.4 采集数据与现场控制系统的连接
• 3.3 现场控制系统的方案制定
• 3.4 远程数据传输方式的制定
• 3.5 主控制室系统确定
• 3.6 桥梁坍塌监测系统的总体方案
• 3.7 本章总结
• 第四章 现场控制系统的硬件平台设计
• 4.1 基于MCF5272 的嵌入式硬件平台的设计
• 4.1.1 整体设计方案设计描述
• 4.1.2 主要组成部分介绍
• 4.2 整体设计方案的实现
• 4.2.1 MCF5272 设计
• 4.2.2 复位电路
• 4.2.3 Flash 扩展
• 4.2.4 SDRAM 扩展
• 4.2.5 电源的设计以及在电路稳定性和抗干扰方面的考虑
• 4.2.6 BDM 调试接口电路
• 4.3 远程通信
• 4.3.1 以太网接口设计
• 4.3.2 GPRS 通信模块
• 4.4 串口扩展电路
• 4.4.1 串口扩展芯片
• 4.4.2 RS232 收发器
• 4.5 本章小结
• 第五章 嵌入式uClinux 操作系统移植
• 5.1 uClinux 嵌入式操作系统
• 5.1.1 选择μClinux 的原因
• 5.1.2 μClinux 针对NOMMU 的特殊处理
• 5.1.3 μClinux 的多进程处理
• 5.2 嵌入式Linux 开发工具
• 5.2.1 Shell 脚本
• 5.2.2 gCC 编译器
• 5.2.3 Make 项目管理工具
• 5.3 Bootloader 的编译和开发
• 5.3.1 Bootloader 工作原理
• 5.3.2 Bootloader 定制、编译与烧写
• 5.4 uClinux 的移植
• 5.4.1 μClinux 源码的获得
• 5.4.2 μClinux 开发工具的获得与安装
• 5.4.3 μClinux 内核的配置与编译
• 5.5 嵌入式软件开发
• 5.6 本章小结
• 工作总结与展望
• 全文工作总结
• 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢