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基于无线网络的嵌入式控制器的研制

作　者: 范赛华
导　师: 高美凤
学　校: 江南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 嵌入式控制器 LPC2114 μC/OS-II ZigBee CC2430
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着嵌入式技术的迅猛发展,基于无线传输的嵌入式系统的发展已成为当前新的趋势。嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点,已经在工业领域得到了广泛的应用,如远程监控、智能仪器仪表等。随着嵌入式系统的功能不断增强,程序代码变得越来越复杂,传统的软件设计方式很难保证系统的可靠性和稳定性,使用嵌入式操作系统作为软件开发平台是解决这个问题的有效途径。在本系统中,系统硬件平台采用ARM微处理器,软件平台采用μC/OS-II实时操作系统,μC/OS-II是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统,可以将应用程序分解成多个任务,简化应用系统软件的设计。同时,网络技术的高速发展给研制开发无线监控系统带来了极大的便利,因此我们采用了ZigBee技术来实现以无线方式进行数据的采集收发。ZigBee技术特别适合于数据吞吐量小、网络建设投资少、网络安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合。本文采用了TI公司的CC2430芯片进行了ZigBee通信的实验分析研究。本文通过对嵌入式系统总体结构的把握和对应用需求的分析,详细介绍了实现应用系统功能的硬件电路设计和具体的软件实现方案。系统的硬件平台是以微处理器LPC2114为核心,根据需求选择外围器件、设计功能模块实现的。重点介绍了主控制器模块的电源电路、串口电路、人机交互电路、A/D转换电路、开关量输入输出电路以及ZigBee通信模块的接口设计。软件部分以嵌入式操作系统μC/OS-II为软件平台,编写开发了各个功能模块的API函数库,包括串口驱动、ARM与ZigBee通信、人机交互等。本文最后对ZigBee网络中的组网、数据传输等进行了一定的分析研究。本课题所设计的基于ZigBee无线通信的嵌入式控制器具有体积小、价格低、可靠性较高的特点,为用户提供透明、高效的数据传输通道,可广泛应用在工业控制领域。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-10
  1.1 课题研究的背景及意义  8
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  8-9
    1.2.1 嵌入式控制器的现状与发展  8
    1.2.2 工业无线通信技术的现状与发展  8-9
  1.3 本课题的主要任务  9-10
第二章系统总体设计  10-16
  2.1 硬件系统总体设计  10-12
    2.1.1 嵌入式处理器的选型  10-12
    2.1.2 硬件功能模块框架设计  12
  2.2 软件系统总体设计  12-16
    2.2.1 嵌入式操作系统平台选型  13-15
    2.2.2 软件系统架构设计  15-16
第三章系统硬件设计  16-32
  3.1 电源电路设计  16-19
  3.2 通信模块电路设计  19-21
    3.2.1 RS232 总线接口电路设计  19-20
    3.2.2 RS485 总线接口电路设计  20-21
  3.3 模拟信号采集和处理模块设计  21-26
    3.3.1 模拟信号采集放大电路  21-25
    3.3.2 A/D 转换模块电路设计  25-26
  3.4 开关量输入输出控制  26-27
  3.5 人机交互界面设计  27-29
  3.6 JTAG 接口电路模块  29
  3.7 系统其他电路设计  29-30
    3.7.1 晶振电路  29
    3.7.2 复位电路  29-30
    3.7.3 蜂鸣报警电路  30
  3.8 硬件平台的PCB 设计  30-31
  3.9 硬件平台的调试  31-32
第四章系统软件设计  32-53
  4.1 软件平台总体结构  32
  4.2 μC/OS-II 操作系统的移植  32-43
    4.2.1 μC/OS-Ⅱ操作系统的内核机制分析  32-37
    4.2.2 μC/OS-II 操作系统的移植条件  37
    4.2.3 μC/OS-II 在LPC2114 的移植步骤  37-41
    4.2.4 测试移植代码  41-43
  4.3 系统应用程序开发  43-44
    4.3.1 任务划分  43
    4.3.2 任务建立  43-44
  4.4 串口通信模块的驱动设计  44
  4.5 A/D 转换驱动程序设计  44-48
  4.6 用户层称重数据接口的实现  48-49
  4.7 人机交互模块驱动设计  49-53
第五章 ZIGBEE 无线通信技术  53-66
  5.1 几种近距离无线通信技术  53-55
  5.2 ZIGBEE 技术分析研究  55-59
    5.2.1 ZigBee 协议栈  55-58
    5.2.2 ZigBee 网络设备  58
    5.2.3 ZigBee 网络拓扑结构  58-59
  5.3 CC2430 模块  59-63
    5.3.1 CC2430 模块外围电路  60-61
    5.3.2 CC2430 与LPC2114 硬件接口电路  61-62
    5.3.3 ZigBee 模块通信应用层设计  62-63
  5.4 通信协议  63-66
第六章总结与展望  66-68
  6.1 总结  66
  6.2 展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  72-73
附录  73-77

基于无线网络的嵌入式控制器的研制

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