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基于ARM的分布式工业信号采集模块的研究

作 者: 崔晓南
导 师: 陈曦
学 校: 河北工业大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 嵌入式Linux系统 数据采集 S3C2440 ARM SPI C8051F021
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 5次
引 用: 0次
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内容摘要


工业信号4-20mA的电流信号和0-5V的电压信号已成为当前工业信号的标准,随着科学技术的发展,通过对传感器转换的工业信号的数据观察显得尤为重要,同时人们需要能够更准确、快速、便捷的获得其大量数据并对其进行更好的改进,直接对工厂设备进行观察,分析。由于传统的单片机的传输速度相对较慢,效率低等特点,本论文提出了一款基于ARM的分布式的工业信号采集模块,使嵌入式系统在数据采集和处理中得到具体应用。本文首先介绍了课题相关的背景和研究意义,数据采集的发展现状和发展前景,其次介绍了工业信号采集模块的整体结构,研究了各个模块和主控制系统的硬件构造,软件构造和整体通讯的设计。本文采用嵌入式Linux操作体系,主控制器选用S3C2440为控制芯片,设计一款嵌入式分布式数据采集系统。底层数据采集模块选用的控制芯片为C8051F021,工业信号通过各底层模块进行数据的采集和处理,主控制器将底层接受到的信号进行逻辑运算,分析等,两者之间通过SPI协议进行数据传送,软件实现上采用了嵌入式Linux操作系统,在构建Linux操作系统平台下,开发了SPI驱动程序,修改内核代码,进行内核移植,最后通过应用程序和图形程序设计实现了数据的采集,处理等。本文最后总结了论文的工作内容,设计成果和在设计中存在的不足。实验证明,本设计基于ARM的嵌入式分布式工业信号模块化的采集系统,性能稳定、灵活,在技术上完全可行,满足设计的需求。在工业控制领域具有较为广阔的应用前景。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-14
  §1-1 课题的背景和意义  8-9
  §1-2 课题主要技术及研究现状  9-12
    1-2-1 嵌入式系统技术  9-11
    1-2-2 SPI 总线技术  11-12
  §1-3 课题的主要工作任务  12
  §1-4 论文的结构安排  12-14
第二章 系统的总体实现方案  14-19
  §2-1 系统的整体框架  14-15
  §2-2 底层采集模块的设计方案  15-16
    2-2-1 采集控制模块的硬件设计方案  15-16
    2-2-2 采集控制模块的软件设计方案  16
  §2-3 主控制器软硬件设计  16-18
    2-3-1 主控制器的硬件结构设计  16-17
    2-3-2 主控制器的软件结构设计  17-18
  §2-4 本章小结  18-19
第三章 系统的硬件设计  19-39
  §3-1 底层采集模块的硬件设计及实现  19-31
    3-1-1 C8051F 实验系统的硬件开发平台  19-22
    3-1-2 信号调理电路设计  22-27
    3-1-3 模拟量输入采集模块设计  27-29
    3-1-4 开关量采集模块设计  29-31
  §3-2 主控制器模块的硬件设计  31-36
    3-2-1 主控制器芯片 S3C2440  31-33
    3-2-2 电源电路设计  33-34
    3-2-3 系统时钟电路设计  34
    3-2-4 LCD 和触摸屏电路的设计  34-35
    3-2-5 串口电路的硬件设计  35-36
  §3-3 SPI 通讯模块硬件设计  36-38
  §3-4 本章小结  38-39
第四章 系统的软件设计  39-54
  §4-1 底层采集模块的软件设计  39-42
    4-1-1 软件开发环境  39-40
    4-1-2 模拟量数据采集软件设计  40-41
    4-1-3 开关量采集软件设计  41-42
  §4-2 嵌入式软件设计  42-49
    4-2-1 嵌入式 Linux 简介  42-43
    4-2-2 Linux 操作系统平台搭建  43-44
    4-2-3 设备驱动程序的开发  44-49
  §4-3 SPI 通信模块的软件设计  49-53
    4-3-1 SPI 接口特点  49-50
    4-3-2 SPI 接口工作原理  50-51
    4-3-3 SPI 通信程序设计  51-53
  §4-6 本章小结  53-54
第五章 总结与展望  54-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
攻读学位期间所取得的相关科研成果  59

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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