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制造装备的嵌入式监控与维护单元设计与开发

作　者: 杨国均
导　师: 陆宝春
学　校: 南京理工大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 制造装备嵌入式监控维护模块化设计数据通信
分类号: TH122
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国大力发展制造装备行业,企业对制造装备的远程分布式监控与维护的需求日益增多。在这样的背景下,本文重点研究设计一款满足制造装备监控需求的嵌入式监控与维护单元原型。本文在对嵌入式监控与维护单元需求分析基础上,论证并设计了单元原型系统的总体方案；针对以太网通信的拥塞控制问题,提出了一种根据网络拥塞状况动态调整拥塞窗口的优化方法,并对改进后的拥塞控制进行网络仿真；探讨了在STM32硬件平台上移植μc/os-Ⅱ嵌入式操作系统的问题,完成了LwIP以太网协议栈的移植优化工作,实现了嵌入式监控与维护单元的以太网通信功能；进行原型系统的硬软件详细设计,包括电源系统、主控制器、数据存储器、调试接口、以太网通信接口、USB接口、CAN、485总线接口等模块硬件设计以及USB通信、CAN总线通信、RS485总线通信和嵌入式Web服务器实现等模块软件设计。基于本文研究设计开发的嵌入式监控与维护单元原型在重型装备液压机生产线上进行初步应用,应用表明设计达到了预期目标,对实际的工程应用具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题研究背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
    1.2.1 制造装备的监控与维护单元发展概况  9
    1.2.2 现场总线技术的发展状况  9-10
    1.2.3 以太网通信实时性研究发展状况  10-11
    1.2.4 分布嵌入式系统的研究概况  11
  1.3 课题来源与主要工作内容  11-12
  1.4 本文章节安排  12-13
2 系统总体设计  13-18
  2.1 系统设计需求分析  13-15
  2.2 系统总体方案设计  15-17
  2.3 本章小结  17-18
3 系统硬件设计  18-33
  3.1 硬件总体设计  18-19
  3.2 STM32最小系统设计  19-23
    3.2.1 主控芯片的选型  19-20
    3.2.2 电源模块设计  20-21
    3.2.3 复位模块设计  21
    3.2.4 时钟电路设计  21-22
    3.2.5 JTAG调试电路设计  22-23
  3.3 数据存储模块设计  23-25
    3.3.1 EEPROM电路设计  23
    3.3.2 NAND FLASH电路设计  23-24
    3.3.3 FLASH ROM电路设计  24-25
  3.4 外围接口电路设计  25-32
    3.4.1 以太网模块设计  25-27
    3.4.2 RS485接口电路的设计  27-28
    3.4.3 RS232串口设计  28-29
    3.4.4 SD卡电路设计  29
    3.4.5 USB主机接口电路设计  29-31
    3.4.6 USB设备接口电路设计  31
    3.4.7 CAN总线接口设计  31-32
  3.5 本章小结  32-33
4 以太网通信技术研究与实现  33-50
  4.1 TCP/IP协议概述  33
  4.2 LwIP协议栈分析  33-35
    4.2.1 LwIP协议栈的进程模型  33
    4.2.2 LwIP协议栈内存管理和缓冲  33-34
    4.2.3 LwIP通信实现过程  34-35
  4.3 以太网通信实时性技术研究  35-41
    4.3.1 以太网拥塞控制分析  35-37
    4.3.2 以太网拥塞控制优化  37-39
    4.3.3 以太网通信实时队列的设计  39-41
  4.4 μC/OS-Ⅱ操作系统移植  41-43
    4.4.1 μC/OS-Ⅱ分析  41-42
    4.4.2 μC/OS-Ⅱ移植实现  42-43
  4.5 改进后的LwIP在操作系统中移植  43-49
    4.5.1 LwIP在操作系统中的移植  43-46
    4.5.2 初始化网络驱动接口  46-49
  4.6 本章小结  49-50
5 嵌入式系统软件设计及实现  50-68
  5.1 USB通信软件设计  50-57
    5.1.1 USB协议概述  50
    5.1.2 USB主机功能的实现  50-53
    5.1.3 USB设备功能实现  53-57
  5.2 CAN总线软件设计  57-61
    5.2.1 CAN总线简介  57-58
    5.2.2 CAN控制器工作模式  58
    5.2.3 CAN控制器的初始化  58-60
    5.2.4 CAN总线发送和接受数据  60
    5.2.5 以太网与CAN数据的转换  60-61
  5.3 RS485总线软件设计  61-63
    5.3.1 485协议模型  61
    5.3.2 485协议层实现  61-63
  5.4 Web服务器设计  63-67
    5.4.1 嵌入式HTTP协议实现  63-65
    5.4.2 嵌入式CGI技术实现  65-67
  5.5 本章小结  67-68
6. 系统测试及应用  68-78
  6.1 硬件电路的测试  68-69
  6.2 以太网通信测试  69-70
  6.3 USB功能测试  70-72
  6.4 实例应用  72-77
    6.4.1 应用系统结构  72-73
    6.4.2 调试前准备工作  73-74
    6.4.3 系统调试  74-77
  6.5 本章小结  77-78
7 总结与展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
附录实物图  83-84

制造装备的嵌入式监控与维护单元设计与开发

内容摘要

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