嵌入式粮情检测系统的研究与应用

论文摘要

粮食存储问题是关系国计民生的大事,是维持国民经济持续稳定发展的坚实后盾。粮情检测系统是利用半导体测量技术和通信技术,及时直观的反映了粮食的存储状况并能根据粮情做出适当控制的系统。现有的粮情检测系统一般采用三级主分机模式,主要用于大型国有粮食储备库,对于中小型粮库来说,采用这样的系统无疑会造成资源浪费。为此,本文设计了一种适用于中小型粮库的嵌入式粮情检测系统。（1）分析了粮情检测的背景,论述了该课题的研究意义,叙述国内外粮情检测领域的发展现状,提出了本课题的研究内容。（2）根据国家粮食局对粮情检测系统的要求,设定了系统整体指标和各模块的设计指标。根据设计指标,提出了一种适合中小型粮库的粮情检测系统方案,对各子模块功能进行描述。（3）针对粮仓的特殊环境,制定了一系列数据采集器的设计原则,并依此原则设计了数据采集器的硬件电路。为了使系统更稳定可靠,提升了系统的防雷能力和防静电能力,并为传感器电源设计了传感器电源短路保护电路。（4）为了搜索单总线上多个DS18B20的序列号,提出了两种可行的序列号搜索算法。选用了一种快速收敛算法,该算法程序简捷、编程思路清晰、消耗时间稳定、搜索结果可靠,对于包括粮情检测系统在内的实时性不高的多点测温领域都有比较高的参考价值。然后设计了可靠的RS485通信协议和数据采集器的应用程序。（5）根据主机的功能要求,设计了基于AT91SAM9263微处理器的核心电路,在外围电路板上扩展了各种外围端口,设计了控制逻辑电路。（6）对AT91SAM9263EK开发板的BSP包的Bootloader、配置文件、驱动程序如串口驱动、LCD驱动和GPIO驱动进行移植。建立起Platform Builder的编译环境,在此环境下定制了Windows CE操作系统,建立起SAM-BA2.7镜像下载环境,为上层应用程序建立了底层硬件平台。本课题研究并实现了粮情检测系统的各功能模块,较之传统的粮情检测系统,本系统更精简、成本更低、效率更高、反应速度更快,既满足了客户需求,又可适用于其他多点温度检测领域,具有深远的现实意义和广阔的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题背景及研究意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 本课题研究意义及课题来源
• 1.2 国内外在该领域的研究现状
• 1.3 主要研究工作内容
• 第2章 嵌入式粮情检测系统的整体方案设计
• 2.1 嵌入式粮情检测系统的设计指标
• 2.1.1 嵌入式粮情检测系统的系统功能
• 2.1.2 数据采集器的设计指标
• 2.1.3 主机的设计指标
• 2.2 嵌入式粮情检测系统的整体方案设计
• 2.2.1 整体方案选择
• 2.2.2 嵌入式粮情检测系统的结构框图及各模块的功能描述
• 第3章 数据采集器的设计与实现
• 3.1 数据采集器的设计原则
• 3.2 器件选择
• 3.2.1 处理器选型
• 3.2.2 温度传感器选型
• 3.3 数据采集器的硬件的设计
• 3.3.1 电源电路的设计
• 3.3.2 温度采集电路的设计
• 3.3.3 RS485通信电路的设计
• 3.3.4 通信防雷击电路的设计
• 3.3.5 湿度采集电路的设计
• 3.4 数据采集器的软件设计
• 3.4.1 DS18B20序列号搜索算法研究
• 3.4.2 通信协议的设计
• 3.5 小结
• 第4章 主机的硬件设计与实现
• 4.1 主机的整体设计
• 4.1.1 主机系统的组成
• 4.1.2 AT91SAM9263的体系结构
• 4.2 主机的基本硬件设计
• 4.2.1 电源电路和时钟电路的设计
• 4.2.2 NandFlash的扩展
• 4.2.3 SDRAM的扩展
• 4.2.4 外围电路的设计
• 4.2.5 主机防雷措施
• 4.3 小结
• 第5章 主机的软件设计与实现
• 5.1 Windows CE嵌入式操作系统概述
• 5.1.1 嵌入式操作系统概述
• 5.1.2 Windows CE嵌入式操作系统概述
• 5.2 主机的软件设计
• 5.2.1 Bootloader的移植与编译
• 5.2.2 设备驱动程序的开发
• 5.2.3 操作系统的定制、编译和下载
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B 串口接收和发送中断源代码