嵌入式数据处理平台在转速传感系统中的应用

论文摘要

传感器领域研究是本世纪信息产业三大重要课题之一。传感系统的核心是传感器和信号数据处理两部分。传感器接收外界物理量并转换成电信号输出，数据处理部分则通过各种手段将其中有用信息直观显示出来。基于高性能微处理器和实时操作系统的嵌入式平台正融入到包括传感系统的各种应用中来。目前转速测量仪器分为接触式和非接触式两大类，传统非接触式转速表完全利用晶振和门电路对旋转反射光脉冲信号进行计数得出转速。本文有别于此，通过嵌入式平台强大处理功能进行信号频谱分析解决以上问题。根据傅里叶的理论，对于周期光脉冲信号，通过频谱分析方法可以得到基波周期，亦即转速信息。利用基于嵌入式微处理器LPC2210和实时操作系统uC／OS-Ⅱ的嵌入式平台，负责多任务调度并实施快速傅里叶变换运算，实现了旋转物体转速测量。设计采用光学传感器HBCS-1100搭建光学传感系统，它是同时具备光发射和检测功能的一体化模块，利用该器件使得系统具有结构简单、体积小的特点。本文在完成传感器输出端信号提取后，编写相应代码将uC／OS-Ⅱ内核移植到LPC2210芯片中，分解研究FFT算法并给出代码，完成其他协同任务代码并正常运行。在与Matlab比较后确认设计运算结果准确性的基础上，对实际旋转物体进行传感测量，并采集大量数据绘制一定范围内转动频率参照定标图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 传感系统概述和功能构架
• 1.2 嵌入式系统的构成与特点
• 1.3 嵌入式平台在传感系统中的应用
• 1.3.1 基于嵌入式平台的传感系统构建
• 1.3.2 实时操作系统RTOS在传感系统中的应用
• 1.3.3 嵌入式平台应用于传感网络节点
• 1.4 论文所做主要工作及结构安排
• 第2章 嵌入式平台架构基础:微处理器和操作系统
• 2.1 嵌入式微处理器ARM7TDMI
• 2.1.1 关于ARM7TDMI-S处理器
• 2.1.2 ARM7TDMI-S模块内核和功能框图
• 2.1.3 操作模式
• 2.1.4 寄存器
• 2.2 嵌入式操作系统UC/OS-Ⅱ
• 2.2.1 uC/OS-Ⅱ概述
• 2.2.2 uC/OS-Ⅱ在LPC2210平台上的移植概要
• 2.2.3 uC/OS-Ⅱ在LPC2210上移植的关键问题分析
• 2.2.4 uC/OS-Ⅱ系统内核和任务分别编译
• 第3章 数据处理典型应用——快速傅里叶变换
• 3.1 傅里叶变换概述
• 3.1.1 频谱分析与转速传感测量的关系
• 3.1.2 快速傅里叶变换算法原理
• 3.2 倒位序算法实现
• 3.3 蝶形运算算法实现
• 3.4 各种平台上快速傅里叶变换实现方案分析
• 第4章 基于嵌入式平台的转速传感系统构建
• 4.1 总体设计框架及实验平台构建方案
• 4.2 高分辨率光学反射型传感器HBCS-1100
• 4.2.1 光学传感系统概述
• 4.2.2 HBCS-1100的光学特性
• 4.2.3 HBCS-1100的电学特性
• 4.3 光电信号转换及放大电路
• 4.4 嵌入式实验开发板EASYARM2200
• 4.4.1 LPC2210内核
• 4.4.2 模数转换ADC
• 4.4.3 定时器Timer
• 4.4.4 串口通信UART
• 第5章 嵌入式实时系统应用软件设计
• 5.1 系统启动代码
• 5.1.1 设置中断向量表
• 5.1.2 初始化存储器系统
• 5.1.3 初始化堆栈
• 5.2 嵌入式数据处理平台软件设计
• 5.2.1 工程文件目录和系统配置
• 5.2.2 任务划分及任务优先级设定
• 5.2.3 任务间通信机制
• 5.2.4 端口初始化任务
• 5.2.5 数据采集任务和缓存接收任务
• 5.2.6 数据发送任务
• 5.3 频谱分析应用软件设计及计算结果分析
• 5.3.1 快速傅里叶变换数据处理任务
• 5.3.2 快速傅里叶变换计算结果误差分析
• 5.3.3 测量转轴转动频率实际结果
• 5.3.4 绘制频率关系比较图
• 结束语
• 参考文献
• 致谢