基于PXA270的车载传感器数据采集与处理方法研究

论文摘要

车载传感器数据采集系统作为现代交通领域中的一项基础研究内容,融合了嵌入式技术、信号处理和通信技术等多个领域的知识,可以实现对车辆及载运物状态的在途实时监测,从而为交通运输安全及应急事故处理提供有力的保障。由于受复杂车载电子环境的影响,传感器数据采集与处理方法在车载环境中的应用,一直是工程实践所面临的突出问题。论文以危险品车辆运输在途监测为背景,设计开发了基于危险品状态监测的车载传感器数据采集原型系统,并以此为平台,深入研究了车载传感器数据采集与处理技术在危险品状态监测应用中的可靠性问题,主要包括传感器数据的可靠性和车载系统供电的可靠性。论文首先介绍基于PXA270的车载传感器数据采集原型系统的总体设计,在分析系统整体结构和工作流程的基础上,对系统的软硬件设计方案进行了研究。其次,论文围绕ADS1256数据采集模块和AT86RF230射频模块的PCB设计,分析研究了提高传感器数据采集与传输可靠性的方法。结合电流控制型单端反激拓扑结构的稳压原理,研究了系统供电的可靠性问题,详细论述了系统主要硬件外围电路的设计方法。接着,结合系统软件的研究与设计方案,分析研究了Linux字符设备驱动程序的架构,阐述了用户应用层与字符设备驱动层间的映射模型,设计实现了基于串口的传感器数据采集程序。最后,为了进一步提高系统采集数据的可靠性,根据车载振动环境噪声的特点,提出了基于小波分析的车载传感器信号处理方法,并以车载压力信号为例进行算法的有效性验证。通过现场试验结果表明,论文提出的算法能够有效地抑制车辆振动噪声,从而获得了可靠的车载传感器数据。论文的研究成果,对于解决车载传感器数据采集与处理技术在危险品货物状态监测应用中的可靠性问题提供了理论与技术支持,从传感器数据的可靠性和系统供电的可靠性方面提高了监测系统安全评价的可靠性,使得危险品管理人员能够远程高效地完成在途监测任务,做到准确预警,防隐患于未然。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 车载数据采集与处理技术研究现状及发展趋势
• 1.2.1 车载数据采集与处理技术的国内外研究现状
• 1.2.2 车载数据采集与处理技术的发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容及章节安排
• 1.3.1 论文主要内容
• 1.3.2 论文章节安排
• 第二章 车载传感器数据采集系统总体设计
• 2.1 系统功能需求分析
• 2.2 系统的总体结构设计
• 2.2.1 系统的组成结构
• 2.2.2 系统的数据流程分析
• 2.2.3 系统的工作流程分析
• 2.3 系统硬件的研究与设计方案
• 2.3.1 系统终端部分的硬件研究与设计
• 2.3.2 系统感知部分的硬件研究与设计
• 2.4 系统软件的研究与计方案
• 2.5 本章小结
• 第三章 车载传感器数据采集系统硬件研究与实现
• 3.1 系统硬件关键技术研究
• 3.1.1 系统终端部分的硬件关键技术研究
• 3.1.2 系统感知部分的硬件关键技术研究
• 3.2 系统终端部分的主要硬件设计
• 3.2.1 SDRAM与NOR FLASH存储电路设计
• 3.2.2 电源管理模块研究与实现
• 3.2.3 A/D采集模块电路设计
• 3.2.4 串行接口与USB接口模块设计
• 3.2.5 LCD及触摸屏接口模块设计
• 3.3 系统感知部分的主要硬件设计
• 3.3.1 ATMega1281外围模块电路设计
• 3.3.2 AT86RF230外围模块电路设计
• 3.3.3 电源管理模块电路设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 车载传感器数据采集系统软件研究与实现
• 4.1 Linux驱动程序关键技术
• 4.1.1 Linux设备驱动程序的作用
• 4.1.2 内存管理与I/O操作
• 4.1.3 Linux并发与竞态
• 4.1.4 阻塞、非阻塞与异步通知
• 4.1.5 中断处理技术
• 4.2 Linux字符设备驱动程序框架分析研究
• 4.2.1 字符设备驱动的基本理论
• 4.2.2 字符设备驱动的数据结构
• 4.2.3 字符设备驱动的架构分析
• 4.3 车载嵌入式系统串口驱动架构分析研究
• 4.3.1 TTY设备驱动结构分析研究
• 4.3.2 串口设备驱动结构分析研究
• 4.4 基于串口的传感器数据采集程序设计与实现
• 4.4.1 基于串口的数据采集程序设计
• 4.4.2 串口应用程序与驱动程序间的映射模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 车载传感器数据处理算法研究
• 5.1 小波分析的基本理论
• 5.1.1 小波阈值去噪原理
• 5.1.2 基于改进阈值函数的小波去噪方法
• 5.1.3 MATLAB仿真实验
• 5.2 基于小波分析的车载压力传感器信号处理算法
• 5.2.1 车载压力传感器信号的现场采集试验
• 5.2.2 车载压力传感器信号的小波阈值滤波方法
• 5.2.3 车载压力传感器信号的处理结果
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢