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管道机器人的数据采集及传输系统设计研究

作　者: 朱芳
导　师: 李芃；梁志武
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制工程
关键词: 管道机器人数据采集传输系统 USB通信
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 39次
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内容摘要

目前各种管道运输已成为输送液体、气体等能源的经济安全的运输方式,并在油气运输业中被广泛应用。为确保管道的安全运行,常需要对其进行检测,其中磁通漏失检测就是进行管道内部检测常用的一种有效方法,而管道机器人是实现漏磁监测和记录的一种设备。其中,数据采集技术是管道机器人系统中的关键技术之一,它不仅能够采集各种信息,而且还能够将这些信息存储以供后续分析。课题就是针对管道机器人中的数据采集及传输部分进行设计与研究,给出了设计实现方案,实现了通过A/D转换电路完成既定精度的数据采集和大容量存储,完成了USB总线技术对数据与上位分析软件之间的传输与通信,对管道机器人的研制工作具有十分重要的意义。论文首先给出了管道机器人的组成和工作机理,分析了管道机器人的结构特点,构建了基于USB的管道机器人数据采集及传输系统。系统设计主要包括硬件和软件设计两部分,硬件部分系统选用了ATMEL公司的单片机C8051F320作为微控制器核心,电路设计包括数据采集电路、数据存储电路、USB通信接口电路、JTAG调试接口电路、复位电路、系统电源电路以及系统的电路板设计,详细给出了工作原理和电路实现。然后,在Keil C51开发环境中进行数据采集及传输系统主程序、采集程序、FLASH存储程序、USB通信的设备端程序及系统固件程序的设计,USB通信的主机端程序及上位机应用程序结合面向对象的程序设计语言VC++开发,设计了人机交互分析界面,实现了采集数据的传输和图形显示分析功能,给出了各部分程序的软件流程图和实现步骤。最后,对数据采集及传输系统的硬件和软件功能进行测试,验证了本系统设计的合理性,在设计的数据采集及传输界面上实现了对采集信号的显示和分析。通过仿真实验验证,本系统的设计能够实现基于USB总线的漏磁检测数据采集及传输功能,系统工作稳定。由于选用了内置USB控制器的C8051F320作为微控制器,其10位200Ksps的A/D转换器实现了数据的高速采集,并且结合SAMSUNG公司128MB的K9F1G08U0A型Flash存储器作为系统外部存储器,较好的实现了该管道机器人高检测率、大容量存储等特性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题的研究背景、目的和意义  10-11
  1.2 管道机器人的国内外研究现状  11-12
  1.3 基于USB的数据采集系统研究现状  12-14
  1.4 课题的主要研究内容  14-16
第2章管道机器人系统的总体方案设计  16-21
  2.1 引言  16
  2.2 管道机器人漏磁检测的原理与特点  16-17
    2.2.1 管道机器人漏磁检测的原理  16-17
    2.2.2 管道机器人漏磁检测的特点  17
  2.3 管道机器人漏磁检测结构  17-19
  2.4 系统方案设计  19-20
    2.4.1 数据采集及传输系统总体方案设计  19-20
    2.4.2 数据采集及传输系统硬件设计方案设计  20
  2.5 本章小结  20-21
第3章基于USB的数据采集及传输系统硬件设计  21-33
  3.1 引言  21-24
    3.1.1 C8051F320的原理与特性  21-23
    3.1.2 K9F1G08UOA型Flash概述  23-24
  3.2 系统硬件电路设计  24-29
    3.2.1 A/D转换电路  25-26
    3.2.2 Flash存储电路  26-27
    3.2.3 USB通信接口电路  27
    3.2.4 系统电源电路  27-28
    3.2.5 系统复位电路  28-29
    3.2.6 JTAG调试接口电路  29
  3.3 系统的电路板设计  29-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章数据采集及传输系统软件设计  33-60
  4.1 系统固件程序设计  33-48
    4.1.1 引言  33
    4.1.2 固件的任务  33
    4.1.3 固件程序规划  33-37
    4.1.4 固件初始化程序  37-38
    4.1.5 固件主程序  38-40
    4.1.6 USB中断服务程序  40-41
    4.1.7 C8051F320数据采集程序  41-42
    4.1.8 K9F1G08UOA型Flash存储  42-48
  4.2 USB驱动程序设计  48-54
    4.2.1 设备驱动程序  49
    4.2.2 驱动程序的执行模式  49-50
    4.2.3 设备驱动程序的分类  50-51
    4.2.4 USB驱动程序结构  51
    4.2.5 USB驱动开发工具简述  51-52
    4.2.6 USB驱动程序设计  52-54
  4.3 应用程序设计  54-59
  4.4 本章小结  59-60
第5章系统测试与结果分析  60-65
  5.1 系统实现的功能  60
  5.2 实验测试  60-64
    5.2.1 USB通信测试  60-61
    5.2.2 系统功能实现测试  61-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  70-71
致谢  71-72
附录A  72

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