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嵌入式智能光电传感器的研究

2020-11-29阅读(1051)

嵌入式智能光电传感器的研究

论文摘要

随着科学技术的发展,光电传感器的应用领域日益扩大,但目前的光电传感器性能单一、缺乏智能处理和远程传输等功能,本文提出一种光电传感器设计方案—嵌入式智能光电传感器,它是以嵌入式微处理器为核心,集成了光电采集单元、智能信号处理单元和网络接口单元的新一代传感器。它能够完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通信,内部可实现自检、自校、自补自诊断等功能的传感器。采用32位ARM处理器,它具有高性能、低功耗、低成本、低开发难度等优点,即能提高智能光电传感器运算速度同时又能简化系统硬件的设计;采用低噪声的光电采集电路和低通滤波电路,有效地增加了系统的信噪比;利用一线式DS18B20设计了温度采集电路,简化了温度采集硬件制作难度;采用嵌入式实时μC/OS—II操作系统,提高了系统的实时性能。在数据处理方面,通过MATLAB软件进行处理,对光信号和温度信号进行曲线拟合通过查表的方式,对数据进行温度补偿和控制,即提高了处理的准确度,又提高了运行速度;同时系统应用了低通、算术平均等数字滤波方法,有效的抑制了噪声信号。本文在μC/OS—II操作系统下,移植TCP/IP协议,很好的实现了网络数据传输,以及远程PC机控制功能。根据上述智能光电传感器的设计分析,通过硬件搭接、软件调试,最终能够很好地实现智能光电传感器的功能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 创新点摘要
  • 第一章 绪论
  • 1.1 光电传感器的发展现状
  • 1.2 光电传感器的发展趋势
  • 1.3 智能光电传感器的概念与实现
  • 1.4 本文主要研究内容
  • 第二章 智能光电传感器系统设计
  • 2.1 智能光电传感器的总体框图
  • 2.2 智能控制模块
  • 第三章 智能光电传感器硬件设计
  • 3.1 微处理器选型
  • 3.2 LPC2210 主要特性
  • 3.2.1 LPC2210 结构
  • 3.2.2 片内boot 装载程序
  • 3.2.3 片内静态RAM
  • 3.2.4 LPC2210 外部内存控制器
  • 3.3 控制器硬件电路设计
  • 3.3.1 电源设计
  • 3.3.2 复位电路
  • 3.3.3 系统时钟
  • 3.3.4 内存电路
  • 3.3.5 键盘电路设计
  • 3.4 以太网控制芯片RTL8019AS
  • 3.5 温度检测电路
  • 3.5.1 传感器温度漂移软件补偿原理
  • 3.5.2 DS18B20 的工作原理
  • 3.6 A/D 转换
  • 3.7 模拟输出
  • 3.8 量程切换电路
  • 3.9 电子电路抗干扰性设计
  • 第四章 智能光电传感器前置检测电路的设计
  • 4.1 光电检测器件的选取
  • 4.2 光电检测电路的噪声来源
  • 4.3 光电检测电路的设计
  • 4.4 电路的噪声估算
  • 4.5 设计低噪声光电检测电路的方法
  • 4.6 滤波电路设计
  • 第五章 智能模块的设计
  • 5.1 嵌入式操作系统
  • 5.1.1 μC/OS—II 操作系统的特点
  • 5.1.2 μC/OS—II 操作系统组成
  • 5.2 μC/OS-Ⅱ操作系统的移植
  • CPU.H 中代码的修改'>5.2.1 OSCPU.H 中代码的修改
  • CPUA.ASM 代码编写'>5.2.2 OSCPUA.ASM 代码编写
  • CPUC.C'>5.2.3 OSCPUC.C
  • 5.2.4 移植代码测试
  • 5.3 程序整体流程
  • 5.4 任务模块的划分
  • 5.5 温度检测任务
  • 5.6 量程切换任务
  • 5.7 光功率检测任务
  • 5.8 数据处理
  • 5.8.1 最小二乘法基本原理
  • 5.8.2 MATLAB 曲线拟合
  • 5.8.3 查表法程序设计
  • 5.8.4 温度补偿程序
  • 5.9 数字滤波程序设计
  • 5.9.1 滤波程序
  • 5.9.2 MATLAB 滤波仿真
  • 5.10 TCP/IP 网络通信任务
  • 5.10.1 TCP/IP 应用程序工作模型
  • 5.10.2 WinsockAPI 套接口与连接建立
  • 5.10.3 μC/OS—II 中移植TCP/IP 软件包
  • 5.11 按键任务
  • 5.11.1 自诊断功能
  • 5.11.2 检测物体通过的时间
  • 5.11.3 检测物体通过的个数
  • 5.11.4 光功率上下限设置
  • 第六章 光电传感器系统的仿真与调试
  • 6.1 系统开发环境
  • 6.2 EasyJTAG 仿真器
  • 6.3 硬件连接电路样机
  • 6.4 硬件焊接调试
  • 6.4.1 光电检测电路的调试
  • 6.4.2 滤波电路的调试
  • 6.4.3 量程切换电路调试
  • 6.5 程序调试过程
  • 6.5.1 光电检测程序的调试
  • 6.5.2 量程切换程序调试
  • 6.5.3 温度检测程序调试
  • 6.5.4 操作系统中加入程序的调试
  • 6.6 实验结果与结论
  • 6.7 TCP/IP 程序调试
  • 结论
  • 参考文献
  • 发表文章目录
  • 致谢
  • 附录1 网络端口电路图
  • 附录2 A/D 采集数字滤波程序
  • 附录3 线性补偿程序
  • 附录4 温度补偿程序
  • 附录5 网络通信程序
  • 附录6 系统按键程序
  • 附录7 PC 机网络通信调试编程
  • 详细摘要

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