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基于eCos和ARM7的污水在线监测传输终端的设计与实现

作　者: 李志训
导　师: 杨宜康；苏承智
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: ARM eCos GPRS FAT 文件系统
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 7次
引　用: 0次
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内容摘要


二十一世纪,随着国内工业现代化的高速发展,环境污染特别是水源污染的问题变得日益严峻。为了更好地遏制环境污染的进一步恶化,各地环境保护部门纷纷引进污染源实时在线监测系统,以取代原有人工定时定点采样分析的方式,实现污染源监测的自动化。本论文设计的污水在线监测传输终端是为了了改善目前国内污水在线监测的现状、提高自动化的水平。本论文旨在以一种全新的方法来设计这款传输终端,终端的处理器选用了功耗低、集成度高、性能强的ARM7内核的NXP公司的LPC2210,软件平台选用了嵌入式可配置实时操作系统eCos,具有可配置和源码开放的特点。在终端的硬件设计部分,本文从功能需求分析、主要芯片的选型及串口通信中的数据处理方法等几个方面进行了详细的阐述。在终端的软件设计与实现部分,本文从RTOS的选型、eCos的移植过程、SD卡FAT16文件系统的软件实现和HJ/T212-2005协议的软件实现等几个方面进行了详细的阐述,使大家对终端的软件实现过程及难点有一个清晰的认识。终端采用了GPRS的通信方式,具有覆盖范围广、实时传输、按量计费和永远在线等特点,本论文优化了GPRS模块在实际应用中的容错机制,解决了数据丢失、延迟、模块死机等实际问题,使其在无人值守的环境下可长期稳定可靠地运行。终端软件的设计以良好的可扩展性、健壮性、可维护性为原则,采用了一款优秀的RTOS-嵌入式可配置实时操作系统eCos。本论文讲述了它的特性,并详细论述了eCos在Smart ARM2200开发板上的移植过程,为致力研究eCos开发的同行提供了经验参考。本论文为解决实时采集数据的海量存储,实现了基于通用存储媒介SD卡的定制的FAT16文件系统,详细剖析了FAT文件系统的工作原理及软件实现代码,有效解决了数据实时存储导致SD卡寿命变短的技术难题。本论文将新一代嵌入式技术应用到了传统的工控监测领域,实现了ARM处理器和实时操作系统eCos技术的有机结合,顺应了技术发展的趋势。文中的技术具有一定的通用性,也可用于其他需要远程监控的行业领域。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 项目背景  11-12
  1.2 国内外污染监测的发展概况  12-13
    1.2.1 国外污染监测发展概况  12
    1.2.2 国内污染监测现状  12-13
  1.3 课题研究的目标和意义  13
  1.4 课题研究的主要内容、章节划分和难点  13-15
第二章 系统需求与方案设计  15-20
  2.1 系统组成  15-16
  2.2 系统需求分析  16
  2.3 系统方案设计  16-19
    2.3.1 通信方式的选择  16-19
    2.3.2 终端硬件平台的方案设计  19
    2.3.3 终端软件平台的方案设计  19
  2.4 本章小结  19-20
第三章 终端硬件系统的设计  20-35
  3.1 终端的系统架构  20-21
  3.2 终端设计的依据[11]  21-23
    3.2.1 终端性能指标要求  21
    3.2.2 终端的通讯方式  21-22
    3.2.3 终端应具备的功能  22
    3.2.4 其他要求  22-23
  3.3 4～20MA 转换为电压信号的方案选择  23-26
  3.4 A/D 转换芯片的选型及软件实现  26-29
  3.5 嵌入式处理器（MCU）的选型及硬件结构  29-31
  3.6 串口通信中数据处理方法  31-34
  3.7 本章小结  34-35
第四章 软件的设计及实现  35-60
  4.1 嵌入式实时操作系统  35-36
  4.2 主流RTOS 的分类和选择  36-37
  4.3 ECOS 操作系统  37-38
  4.4 ECOS 软件平台的移植  38-48
    4.4.1 eCos 平台移植流程图  39
    4.4.2 HAL 硬件抽象层的组成  39-40
    4.4.3 HAL 移植步骤详解  40-43
    4.4.4 eCos HAL 的启动过程  43-46
    4.4.5 内存布局文件编写  46-47
    4.4.6 驱动程序的移植  47-48
    4.4.7 移植小结  48
  4.5 终端软件的架构组成  48-49
  4.6 SD 卡FAT16 文件系统的软件实现  49-55
  4.7 HJ/T212-2005 协议软件实现  55-58
  4.8 本章小结  58-60
第五章 GPRS 无线通信模块的软件实现  60-73
  5.1 GPRS 的基本原理  60-65
  5.2 GPRS 存在的问题及其向3G 的过渡  65-68
  5.3 GPRS 模块的选择  68
  5.4 GPRS 模块软件设计流程  68-69
  5.5 GPRS 模块软件需解决的实际问题  69-71
    5.5.1 复杂电磁环境对无线通信的干扰  69-70
    5.5.2 GPRS 模块自身软件的稳定性  70-71
  5.6 GPRS 模块软件的实现  71-72
  5.7 本章小结  72-73
第六章 总结与展望  73-75
  6.1 所解决的关键技术  73-74
  6.2 展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-78
攻硕期间取得的研究成果  78-79
附录 A LTC1859 软件实现代码  79-83
附录 B SD 卡 SPI 驱动软件实现代码  83-88
附录 C FAT 文件系统实现代码  88-89
附录 D 原理图,PCB、实物照片和软件运行截图  89-91

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 软件工程 > 软件开发
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