嵌入式大气偏振信息检测装置硬件系统设计与实现

论文摘要

基于大气偏振模式的仿生导航是拓展人类在复杂自然环境中导航能力的关键技术。大气偏振模式中蕴含着重要的罗盘方位信息,因此大气偏振信息检测装置的研制工作对该项研究有着重要的意义。本文采用先进的嵌入式技术,围绕高性能ARM9处理器AT91RM9200,设计并实现了一种能够独立完成信息检测、运动控制、数据采集和信息处理任务的大气偏振信息检测装置硬件系统。本文主要研究内容如下:(1)通过对检测装置功能和结构的分析,设计了以嵌入式ARM9处理器AT91RM9200为核心的硬件系统架构,分别阐述了两部分硬件主体的组成和作用,并介绍了与硬件调试相关的软件系统方案。(2)根据偏振信息检测原理,设计了一种新型偏振信息检测传感器,详细描述了传感器的结构特点和电路设计,重点分析了传感器的结构优势、加性误差来源和电路补偿方法。(3)详细阐述了大气偏振信息采集与控制系统各硬件模块的电路设计,并讨论了主电路板PCB设计的步骤和技巧,实现了现场环境下单机采集、控制、处理及通信功能。(4)总结归纳了硬件系统调试过程,调试中出现的问题以及解决方法,并给出了硬件系统与整个检测装置的开发成果。最后通过实际检测实验,验证了检测原理,初步证明了系统的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究现状
• 1.1.3 嵌入式技术介绍
• 1.1.4 课题研究意义
• 1.2 论文主要内容与章节安排
• 第二章 大气偏振信息检测装置总体设计
• 2.1 检测装置概述
• 2.1.1 功能结构分析
• 2.1.2 机械结构设计
• 2.2 硬件系统设计
• 2.2.1 嵌入式处理器选型
• 2.2.2 AT91RM9200 概述
• 2.2.3 硬件系统架构
• 2.3 软件系统设计
• 2.3.1 软件系统架构
• 2.3.2 Boot Loader 设计
• 2.3.3 软件设计流程
• 2.4 小结
• 第三章 偏振信息检测传感器设计
• 3.1 偏振信息检测原理
• 3.2 偏振信息检测传感器结构设计
• 3.3 偏振信息检测传感器电路设计
• 3.3.1 电路设计概述
• 3.3.2 光电转换电路
• 3.3.3 信号调理电路
• 3.3.4 误差补偿电路
• 3.3.5 电源电路
• 3.4 小结
• 第四章 大气偏振信息采集与控制系统设计
• 4.1 内核模块
• 4.1.1 时钟和复位电路
• 4.1.2 存储器电路
• 4.1.3 JTAG 电路
• 4.1.4 电源电路
• 4.2 人机交互模块
• 4.2.1 显示控制电路
• 4.2.2 触摸屏电路
• 4.3 通信模块
• 4.3.1 串口通信电路
• 4.3.2 USB/SD 接口电路
• 4.3.3 以太网接口电路
• 4.4 模数转换模块
• 4.4.1 数据采集方式
• 2C 总线'>4.4.2 I²C 总线
• 4.4.3 AD 转换器
• 4.4.4 模数转换电路
• 4.5 运动控制模块
• 4.5.1 步进电机介绍
• 4.5.2 运动控制原理
• 4.5.3 电路设计
• 4.6 PCB 设计
• 4.6.1 布局
• 4.6.2 层叠
• 4.6.3 布线
• 4.7 小结
• 第五章 系统调试与检测实验
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 调试概述
• 5.1.2 问题处理
• 5.1.3 开发成果
• 5.2 检测实验
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 研究生期间主要科研工作及成果