基于linux和ARM的隧道交通控制器的研究与设计

论文摘要

目前高速公路建设正处在快速发展时期,隧道已成为高速公路建设里重要的建设点。但高速公路隧道是一个密封复杂的环境,一直以来也是交通事故多发地段,因此,高速公路隧道的监控已成为交通行业里挽救人民生命财产安全的重要部分。而隧道监控系统中控制器的选择,将直接关系到监控系统的稳定性、安全性和成本。随着计算机技术和芯片技术的发展,越来越多的嵌入式芯片和微型操作系统已融入到我们的生活中。如何将功能强大的芯片开发成需要的产品,以提高我们自动化水平,已成为嵌入式设计师的研究方向。本文针对高速公路隧道监控系统控制器的需求,设计一款应用于高速公路隧道的控制器。它是基于linux操作系统开发的嵌入式控制器,采用了结构化、模块化的设计方案。控制器设计的I/O接口对信号进行了隔离,以克服隧道内的干扰和提高控制器的稳定性,可实现对现场数字信号、模拟信号进行采集,并对一些开关量控制。控制器有一个RS232通讯接口,主要用于系统调试和程序下载。两个RS485接口都支持Modbus RTU标准协议,方便串行设备的接入,一个为Modbus RTU主站,另一个为ModbusRTU从站。控制器以太网接口是基于TCP/IP构架的,在控制器里设计了一个并发服务器,它支持多个客户端同时通过Modbus/TCP协议进行访问。并且控制器设计了USB接口、SD接口、扩展总线接口等,十分方便我们系统存储和IO升级。区别于传统的控制器,本文设计的控制器采用了ARM9构架的S3C2440处理器,使系统频率最高可达532M。它拥有大容量的Flash进行数据存储,并移植了SQLite3关系型数据库,可方便对控制器内数据的存储和查询。为了适应隧道内设备分布广,且信号干扰强,本文设计了一个光电以太网模块,直接支持SC光纤接口,极大的改善了控制器的通讯能力。由于控制器移植了linux操作系统,可方便更新程序和扩展功能。控制器可用C/C++语言进行编程,新程序经编译后即可通过RS232口、USB口或以太网口下载至系统内运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 隧道监控系统结构
• 1.2.2 国内外对隧道交通控制器的研究
• 1.3 本文的研究目的
• 1.4 本文研究的内容
• 第二章 系统总体构架和开发平台的建立
• 2.1 系统总体构架
• 2.2 软硬件选型
• 2.2.1 处理器的分析与选型
• 2.2.2 嵌入式操作系统的分析与选型
• 2.3 Linux开发环境建立
• 2.4 本章小结
• 第三章 嵌入式以太网及Modbus协议
• 3.1 嵌入式以太网分析
• 3.2 TCP/IP协议
• 3.2.1 TCP/IP协议构架
• 3.2.2 TCP协议
• 3.2.3 UDP协议
• 3.3 MODBUS通讯协议
• 3.3.1 Modbus RTU/ASCⅡ
• 3.3.2 CRC校验程序设计
• 3.3.3 Modbus/TCP
• 3.3.4 使用Modbus/TCP的优势
• 3.4 Modbus程序设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 电源模块电路
• 4.2 复位模块电路
• 4.3 JTAG接口电路
• 4.4 SDRAM接口电路设计
• 4.5 FLASH存储接口电路设计
• 4.6 USB接口电路
• 4.7 SD卡接口电路
• 4.8 I/O模块电路
• 4.9 串口模块电路
• 4.9.1 RS232接口设计
• 4.9.2 RS485接口设计
• 4.10 以太网模块电路
• 4.11 可扩展系统总线接口
• 4.12 本章小节
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 I/O程序设计
• 5.1.1 数字I/O
• 5.1.2 模拟I/O
• 5.1.3 I/O函数驱动内核移植与运行
• 5.2 串口程序设计
• 5.2.1 主站设计
• 5.2.2 从站设计
• 5.3 嵌入式以太网服务器软件设计
• 5.3.1 基本的C/S服务模型
• 5.3.2 多进程并发服务器
• 5.3.3 功能代码分析
• 5.3.4 服务器程序的Makefile文件制作
• 5.4 本章小结
• 第六章 数据库设计
• 6.1 嵌入式数据库性能分析
• 6.2 SQLite的构架
• 6.3 sqlite运行于ARM上的实现
• 6.3.1 sqlite的编译
• 6.3.2 sqlited在ARM9上的移植
• 6.4 sqlite3数据库操作
• 6.5 本章小结
• 第七章 光电以太网模块设计
• 7.1 10/100Mbps光电以太网模块结构
• 7.2 光电以太网芯片IP113ALF分析
• 7.3 光电以太网模块电路设计
• 7.4 本章小结
• 第八章 系统与PC的连接
• 8.1 基于VB的客户端开发
• 8.1.1 Winsocket控件
• 8.1.2 客户端程序设计
• 8.2 通过Modbust/TCP协议与VB客户端连接
• 8.3 通过Modbust/TCP协议与组态王连接
• 8.4 本章小结
• 第九章 总结与展望
• 9.1 论文总结
• 9.2 课题展望
• 参考文献
• 附录A S3C2440处理器电原理图
• 附录B DM9000电原理图
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文