基于ARM-LINUX的嵌入式点检仪开发

论文摘要

随着设备故障诊断技术在各种工业现场的推广,越来越多的企业实现了以状态监测为中心的设备管理制度,这就对检测用的仪器仪表提出了更高的要求。为了使设备状态检测及故障诊断产品系列化、多样化,在分析了现有点检产品的开发应用情况后,本文设计了一种适用于多种行业的新型点检仪。点检是指在日常工作中对设备进行持续的常规检查,完成数据的采集和分析,从而及时掌握设备的运行状态,是设备检修的主要数据来源之一。本文所设计的点检仪能够采集反映大多数工业设备状态的关键参数—振动和温度,对采集的信号作简单的分析和判断,给出设备的状态信息,在参数越限时发出报警提示;同时将采集到的数据保存下来,必要时上传到后台作进一步处理。根据以上的产品定位和功能分析,课题主要完成了以下几方面的工作:系统的总体方案规划。点检仪的设计采用当前流行的嵌入式技术,软硬件分别以ARM和Linux为核心,在此基础上对软硬件功能进行了划分;整个系统的设计工作按照自项向下、逐级分解的思想进行。系统原理图设计。在合理选择各种芯片和元器件的基础上,设计了以ARMSC32442B为核心的电气原理图,主要包括下面几个部分:1)振动信号、温度信号的采集模块;2)人机接口:LCD显示屏、触摸屏及键盘;3)USB通信接口;4)基于单总线的iButton接口;5)系统的电源管理电路。目标板PCB制作。PCB图的设计以小型化、抗干扰为原则,充分考虑成本、散热和机械结构等因素,合理选择元器件的封装形式,并使布局、布线达到最优结果;电路板制作好后,需要对硬件电路进行焊接、调试。外围设备驱动开发。由于采用了嵌入式Linux操作系统,要想使硬件设备能够正常工作,就必须为其开发基于Linux的设备驱动程序。点检仪需要设计的驱动主要有:A/D转换驱动、信息钮(iButton)驱动、触摸屏驱动、键盘驱动、LCD显示驱动、USB驱动。软件系统构建。点检仪的软件系统由三部分组成:启动代码Bootloader、Linux内核和Linux根文件系统。当然,为点检仪开发的设备驱动和应用程序要添加到Linux系统中。该点检仪能够工作在前后台、单机两种模式下,它体积小、重量轻,便于携带,具有良好的人机接口,操作简单,对设备状态的分析结果简明易懂,适用的人群更广泛,是一款真正的智能仪器。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 设备故障诊断技术的发展概况
• 1.1.2 设备故障诊断技术的原理及主要实现方式
• 1.2 课题提出及来源
• 1.2.1 点检技术的原理
• 1.2.2 点检设备的开发、应用情况
• 1.2.3 嵌入式点检仪开发的前景及意义
• 1.2.4 课题来源
• 1.3 课题的主要工作
• 第二章 点检仪的总体方案和开发规划
• 2.1 系统总体设计
• 2.1.1 需求分析与功能定义
• 2.1.2 系统总体方案设计
• 2.1.3 实现技术选择
• 2.2 开发规划
• 2.2.1 仪器设计原则
• 2.2.2 开发方法和开发环境
• 2.2.3 设计步骤
• 第三章 点检仪硬件平台设计
• 3.1 硬件平台的构成
• 3.2 ARM芯片的选型
• 3.3 数据采集模块的设计
• 3.3.1 传感器
• 3.3.2 信号滤波
• 3.3.3 运算放大电路
• 3.3.4 A/D转换器
• 3.3.5 电路图
• 3.4 信息钮（iButton）
• 3.5 人机接口设计
• 3.5.1 键盘
• 3.5.2 触摸屏
• 3.5.3 LCD显示屏
• 3.6 通讯接口-USB
• 3.7 电源管理
• 3.7.1 供电电路
• 3.7.2 充电电路
• 3.7.3 电源系统示意图
• 3.8 点检仪PCB设计
• 3.8.1 PCB设计的基本原则
• 3.8.2 PCB的抗干扰设计
• 3.8.3 点检仪PCB设计方案
• 第四章 点检仪设备驱动开发
• 4.1 Linux设备驱动
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 Linux设备的分类
• 4.1.3 内核中的设备管理
• 4.1.4 编写设备驱动的几个关键数据结构
• 4.2 数据采集驱动程序的设计
• 4.2.1 A/D转换的工作机理
• 4.2.2 A/D转换驱动编写
• 4.3 驱动程序的使用
• 第五章 点检仪软件系统的构建
• 5.1 启动代码─Bootloader
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 Bootloader的工作模式
• 5.1.3 点检仪的Bootloader
• 5.2 Linux内核的移植
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 Linux内核的结构
• 5.2.3 Linux内核的配置编译
• 5.3 Linux文件系统的移植
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 Linux根文件系统的目录结构
• 5.3.3 点检仪根文件系统的制作
• 5.4 点检仪软件系统的固化
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.1.1 关键技术
• 6.1.2 创新点
• 6.1.3 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目和发表的论文
• 致谢