嵌入式网络化测控系统的设计与实现

论文摘要

网络化测控是现代测控技术的发展方向之一。嵌入式系统是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识密集型系统。嵌入式网络化测控系统是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术和测控对象相结合的系统,反映了目前最新技术的先进水平。本文根据网络化测控、嵌入式系统的特点和工程实际的具体要求,设计和实现了一种嵌入式网络化测控系统。论文主要进行了如下研究工作:1、设计出了一种嵌入式网络化测控系统。网络化测控系统中的传感器、执行器和控制器都是网络中的一个节点,基于这个特点和传感器节点、执行器节点和控制器节点在测控系统中所承担的任务,进行软件设计和硬件选型,在综合分析和研究的基础上得出了嵌入式网络化测控系统的实现方案;2、传感器节点的设计和实现。传感器节点采用8位单片机ADuC832作为网络传感器的微处理器,网络接口选用以太网络芯片RTL8019AS,并扩充了一片32K的RAM。软件系统采用了嵌入式实时操作系统μC/OS-II,在网络通信协议为μIP的支撑下,应用嵌入式web技术、CGI技术和Java Applet实现了网络化数据的实时采集和传输;3、控制器节点的体系结构和实现技术。控制器节点由硬件、系统支撑软件、控制算法、实时数据处理程序和应用程序5个部分构成。利用32位的ARM微处理器LPC2210设计了带有存储器接口、网络接口和其它外围接口的硬件平台,然后在该平台上移植了开源免费的嵌入式操作系统μCLinux,在μCLinux的管理下实现了测控程序,并添加动态的Web Server做为远程人机交互接口界面。4、网络控制算法研究。以太网应用到测控系统中存在传输时延不确定、数据丢包、噪声干扰等一系列问题,针对这个问题,本文提出基于DMC（动态矩阵控制）的时延补偿方案,并在Matlab环境中利用TrueTime工具箱进行网络仿真,仿真结果证明了算法的可行性。在上述工作的基础上,结合相关的学校课题和企业项目,已研制相应的产品和工程样机应用在工程实践中,验证了本文相关的技术实现和设计方法是正确可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 网络化测控系统的发展历程
• 1.3 网络化测控的研究现状和意义
• 1.4 本文内容结构
• 第二章 系统总体设计方案
• 2.1 引言
• 2.2 系统总体构架
• 2.3 小结
• 第三章 传感器节点硬件设计与驱动实现
• 3.1 引言
• 3.2 传感器节点的硬件平台设计
• 3.3 传感器节点的驱动实现
• 3.4 小结
• 第四章 传感器节点软件体系设计
• 4.1 引言
• 4.2 嵌入式实时操作系统μC/OS-II 的移植
• 4.3 嵌入式协议栈μIP 的实现
• 4.4 网络化实时数据采集的实现
• 4.5 μC/OS-II 与μIP 的结合
• 4.6 小结
• 第五章 控制器节点硬件平台及其Bootloader 的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 控制器节点的硬件平台设计
• 5.3 Bootloader 在控制器节点上的移植
• 5.4 小结
• 第六章 构建控制器节点软件系统
• 6.1 引言
• 6.2 μCLinux 简介
• 6.3 μCLinux 的移植
• 6.4 μCLinux 下应用程序开发
• 6.5 μCLinux 的开发环境构建
• 6.6 小结
• 第七章 预测控制算法在网络化测控中的应用
• 7.1 引言
• 7.2 网络化控制的特点
• 7.3 模型预测理论
• 7.4 DMC 的网络化控制方案
• 7.5 仿真验证
• 7.6 小结
• 第八章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D
• 附录E
• 个人简历