多功能自动气象站控制与管理系统

论文摘要

随着信息技术和智能技术的日益进步,嵌入式系统得到了快速的发展,尤其在控制领域和智能仪器方面得到了广泛的应用。嵌入式系统在自动气象站中的应用,具有重要的应用价值和理论意义。为解决传统自动气象站接口不丰富、数据通信方式不合理、开发维护繁琐和受供电约束的问题,提高自动气象站的扩展性、兼容性、稳定性和灵活性,本文利用ARM7微处理器LPC2387、嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ和GPRS通讯模块,通过组合创新和集约化设计思想,设计了新一代自动气象站控制与管理系统,该系统具有UART、USB、CAN等丰富的接口和GPRS无线数据传输方式,实现了数据收集、分析、处理、存储等功能。在自动气象站控制与管理系统的硬件设计中,本文以模块化设计思路为主线,通过方案比较和优化设计方法,综合考虑系统的稳定性、低功耗、抗干扰和数据传输的可靠性等因素。在工艺和电路上采用了抗干扰性措施,设计了电源电路、最小系统电路、串行通信电路、CAN总线电路、USB存储电路和JTAG电路,通过实验和应用,实现了该系统低功耗模式下的在线仿真、多串口通信、无线通信和海量数据存储等功能,验证了该系统设计的合理性和运行的稳定性。在软件方面,本文研究了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ移植到LPC2387硬件平台上的方法与技巧,对串口、摄像头模块C328和USB HOST电路的软件驱动进行了分析与设计,实现了微处理器对摄像头串口通信、摄像头模块和海量数据存储设备的控制,通过对本系统和PC机进行联机调试,完成了操作系统下各个任务的软件设计,验证了上述驱动程序的正确性,为操作系统下用户程序设计提供了保障与参考。为了解决传统自动气象站的供电问题,本文从软硬件两方面研究了降低系统功耗的方法,提出了降低系统功耗有效措施,采用低功耗CMOS芯片、LPC2387内部功能模块运行后自动关闭和任务完成之后进入掉电模式等方法,通过测试和实际应用,使系统功耗满足风光互补型太阳能蓄电池的供电要求。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 第二章 总体方案
• 2.1 设计需求分析
• 2.1.1 整体方案要求及选择
• 2.1.2 主控芯片的要求及选择
• 2.1.3 嵌入式实时操作系统选择
• 2.1.4 数据传输需求及方式选择
• 2.1.5 供电方式需求和选择
• 2.2 设计方案确定
• 2.3 本章小结
• 第三章 硬件设计
• 3.1 系统设计方案
• 3.2 最小控制系统分析与设计
• 3.3 系统电源电路分析与设计
• 3.4 系统通信接口电路分析与设计
• 3.5 系统存储电路分析与设计
• 3.6 系统调试电路分析与设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 硬件系统的配置与驱动程序设计
• 4.1 系统串口驱动程序设计
• 4.1.1 串口初始化设置
• 4.1.2 串口的发送与接收
• 4.1.3 串口驱动测试
• 4.2 系统监控摄像头驱动程序设计
• 4.3 系统存储驱动程序设计
• 4.3.1 USB HOST初始化
• 4.3.2 USB数据通信
• 4.4 本章小结
• 第五章 应用程序设计
• 5.1 嵌入式系统
• 5.2 μC/OS-Ⅱ在LPC2387上的移植
• 5.3 软件系统启动代码设计
• 5.3.1 启动代码设计流程
• 5.3.2 中断向量表
• 5.3.3 系统初始化
• 5.4 测试移植代码
• 5.5 应用程序设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统功耗降低的措施与方法
• 6.1 硬件方面降低功耗措施
• 6.2 软件方面降低功耗措施
• 6.3 功耗测试
• 6.4 本章小结
• 第七章 系统整体测试
• 7.1 系统测试准备
• 7.2 系统运行
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 第九章 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 攻读硕士学位期间参与项目情况
• 附录