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一种面向车间信息管理便携式信息交互终端硬件系统研究与开发

作　者: 张朝霞
导　师: 宋豫川；鄢萍
学　校: 重庆大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 车间 便携式 信息交互终端 低功耗 电源管理
分类号: TH166
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


车间层是制造过程中信息流和物流的交汇处,信息的涵盖范围极为广泛,因此车间层信息的管理与集成是整个制造系统能否优化运行的关键因素。然而,目前车间中大多数信息交互装置笨重且可操作性差,缺乏对流过车间层信息的实时分析处理能力,制约着车间层信息化技术在制造业的推广应用。本文依托的科研项目提出了一种面向车间层信息管理的便携式信息交互终端,以满足车间工作人员自由灵活操作、移动便利、快速处理问题的需要,改善车间层与控制层、设计层等企业上层信息交互困难的局面。本文结合项目实践,重点围绕面向车间信息管理的便携式信息交互终端硬件设计进行研究。首先,针对现有车间层信息交互终端的不适应性,分析了便携式信息交互终端的功能需求,确定了一种适用于车间信息管理的便携式信息交互终端的硬件体系结构。该体系结构包括处理器模块、存储器模块、音视频处理模块、外围接口模块、电源管理模块等,完成整个信息交互终端的运作和控制。设计了实时时钟、软关机电路、掉电存储等功能,使终端因故障死机时无需人的干预而自动复位,保证了终端运行的人性化和稳定性。然后,开展了基于能耗限制的便携式信息交互终端的硬件模块详细设计,包括外围器件选型、功能模块原理设计、硬件低功耗设计等,详细介绍了低功耗电源管理设计原理及充电电路设计方案;介绍了高速PCB设计地平面规划和叠层设计、系统PCB布局和高速信号线差分线布线设计。最后,基于便携式信息交互终端的硬件模块详细设计和PCB板产品,进行了系统的硬件调试和系统功能测试,完成了便携式信息交互终端的节电性能测试,主要包括终端的耗电情况测试和运行时间测试。功能测试和节点性能测试结果表明便携式信息交互终端的硬件系统设计满足设计要求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题的提出及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 嵌入式信息交互终端的研究现状  9-12
    1.2.2 嵌入式系统低功耗设计的现状  12-13
    1.2.3 国内外研究现状的分析总结  13-14
  1.3 论文的课题来源  14
  1.4 论文的主要研究内容和安排  14-15
  1.5 本章小结  15-16
2 车间信息管理便携式信息交互终端的硬件体系结构  16-21
  2.1 车间信息管理便携式信息交互终端的需求分析  16-18
    2.1.1 现有车间信息交互终端的不适应性  16
    2.1.2 便携式信息交互终端的需求分析  16-17
    2.1.3 便携式信息交互终端的硬件功能指标  17-18
  2.2 便携式信息交互终端的硬件体系结构  18-20
  2.3 本章小结  20-21
3 基于能耗限制的便携式信息交互终端硬件设计  21-50
  3.1 硬件低功耗设计方法  21-22
  3.2 核心处理单元设计  22-29
    3.2.1 低功耗嵌入式处理器选型  22-25
    3.2.2 DDR2 SDRAM  25-27
    3.2.3 NorFlash/NandFlash  27-29
  3.3 主要外围电路设计  29-37
    3.3.1 视频处理模块  29-31
    3.3.2 音频处理模块  31-33
    3.3.3 网络接口设计  33-34
    3.3.4 USB 接口设计  34
    3.3.5 SD 接口设计  34-35
    3.3.6 RS-232/RS-485 接口设计  35-37
  3.4 其余电路设计  37-39
    3.4.1 RTC 电路设计  37-38
    3.4.2 EJTAG 调试端口  38-39
  3.5 低功耗电源管理设计  39-45
    3.5.1 系统电源需求分析  39-40
    3.5.2 系统供电方案设计  40-42
    3.5.3 电池充电设计  42-45
    3.5.4 系统动态电源管理  45
  3.6 高速PCB 设计  45-49
    3.6.1 地平面规划和叠层设计  46-47
    3.6.2 高速信号差分线布线设计  47-49
  3.7 本章小结  49-50
4 便携式信息交互终端的调试和测试  50-57
  4.1 系统调试  50-54
    4.1.1 系统调试步骤  50
    4.1.2 系统硬件调试  50-53
    4.1.3 系统功能和稳定性测试  53-54
  4.2 便携式信息交互终端的节电性能测试  54-56
    4.2.1 系统耗电情况测试  54-55
    4.2.2 系统运行时间测试  55-56
  4.3 本章小结  56-57
5 结论  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
附录  63
  A. 作者在攻读学位期间发表或录用的论文目录  63
  B. 作者在攻读硕士学位期间从事的主要科研工作  63
  C. 作者在攻读硕士学位期间所获奖励  63

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械制造工艺 > 计算机集成制造
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