煤矿安全监控中的嵌入式网络终端设计

论文摘要

煤矿安全现今已成为社会关注的热点,近几年,我国各地的煤矿事故频发,据官方公布的数据显示,2007年因煤矿事故而死亡的人数达3786人,令人触目惊心。而我国目前除了上级主管部门定期监察之外,缺乏更有效的安全监管措施。一些中小煤矿往往是为了应付检查,其监控设备形同虚设,存在严重的安全隐患。而且煤矿的生产环境十分恶劣,存在一氧化碳、瓦斯、二氧化氮、二氧化硫、粉尘等多种有害物质,严重威胁着矿工的生命安全,加强对煤矿的安全监控刻不容缓。基于这样的现实,本文设计了一种可以将现场监控数据通过网络上传到监管部门的嵌入式网络终端设备,实现了对中小煤矿安全生产的实时监控。本文所设计的嵌入式网络终端选用了高性能、低价位的S3C4510B微处理器,该处理器外配一个以太网接口芯片即可实现以太网接入;选用了扩展性强的独立CAN控制器SJA1000,可在10km范围内挂接110个具有CAN总线接口的现场监控设备,实现现场监控数据的远传;操作系统选用了uClinux,该嵌入式操作系统具备完整的TCP/IP协议栈,为应用程序设计带来了方便。本文完成了嵌入式网络终端的硬件电路设计,实现了uClinux嵌入式操作系统在S3C4510B上的编译和移植,设计了接口设备的驱动程序、服务端和客户端的应用程序。经测试,实现了CAN总线网络与以太网之间的透明数据传输,达到了远程实时监控中小煤矿安全生产的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 嵌入式系统概述
• 1.2.1 嵌入式系统的定义
• 1.2.2 嵌入式系统的组成
• 1.2.3 嵌入式系统的现状
• 1.2.4 嵌入式系统的发展趋势
• 1.3 现场总线技术概述
• 1.4 嵌入式网络终端的发展现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 总体方案设计
• 2.1 硬件方案
• 2.1.1 嵌入式处理器的选择
• 2.1.2 嵌入式处理器相关介绍
• 2.1.3 CAN控制器的选择
• 2.2 软件方案
• 2.2.1 选择嵌入式操作系统的原则
• 2.2.2 嵌入式操作系统的比较分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 嵌入式网络终端的硬件设计
• 3.1 系统基本模块
• 3.1.1 电源电路
• 3.1.2 时钟电路
• 3.1.3 复位电路
• 3.2 存储器系统
• 3.2.1 FLASH接口电路
• 3.2.2 SDRAM接口电路
• 3.3 通讯接口模块
• 3.3.1 以太网接口电路
• 3.3.2 CAN总线接口电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 嵌入式网络终端的软件设计
• 4.1 uClinux内核的编译和移植
• 4.1.1 移植概述
• 4.1.2 交叉编译环境的建立
• 4.1.3 针对芯片的相关设置
• 4.1.4 编译uClinux内核
• 4.1.5 内核的加载运行
• 4.2 Linux设备驱动程序设计概述
• 4.2.1 Linux设备驱动程序概念
• 4.2.2 Linux设备驱动程序结构
• 4.2.3 Linux设备驱动的初始化
• 4.3 网络设备驱动程序设计
• 4.3.1 Linux网络驱动程序体系结构
• 4.3.2 uClinux下的网络设备驱动程序设计
• 4.4 CAN设备驱动程序设计
• 4.5 嵌入式网络终端的应用软件设计
• 4.5.1 Linux下的网络编程协议分析
• 4.5.2 Linux下的Socket编程
• 4.5.3 服务端应用程序设计
• 4.5.4 客户端应用程序及界面设计
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢