畢業(yè)設計(論文)開題報告 - search readpudncom

1、<p><b>　　設計背景 </b></p><p>　　以單片機或微控制器（MCU）為核心的嵌入式系統(tǒng)在汽車電子、工業(yè)控制等領域有著廣泛應用，MCU與檢測傳感器、伺服機構和人機界面等構成能夠?qū)崿F(xiàn)一定功能的嵌入式系統(tǒng)。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是獨立應用的，在一些領域為了實現(xiàn)多個MCU（或子系統(tǒng)）之間遠程信息交流，利用RS-485、RS-232等現(xiàn)場總線組網(wǎng)。這些網(wǎng)絡的有效半徑比較低

2、，網(wǎng)絡協(xié)議比較簡單，需要布線，搭建成本高，并且它們大都孤立于Internet之外。現(xiàn)今，Internet已經(jīng)成為世界上最成功的通信網(wǎng)絡，成為了地球村的數(shù)據(jù)動脈，是信息流通的重要渠道。結合Internet技術的嵌入式系統(tǒng)可以實現(xiàn)低成本的遠程或超遠程監(jiān)控，并可以利用Internet現(xiàn)有的資源。因此基于WEB的Internet控制方式已成為中、高端遠程控制系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢。</p><p>　　無線通信技術的高速發(fā)展

3、正深深地影響著人類的生活和工作方式,改變著世界的面貌。隨著無線通信技術的不斷完善，越來越多的嵌入式控制系統(tǒng)采用無線通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。特別是在一些布線困難和可移動性要求較高的場合，無線通信提供了很好的解決方案。 </p><p>　　目前，嵌入式控制系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能主要有開關量的輸入與輸出，模擬量的采集，模擬量的輸出等。</p><p><b>　　二、系統(tǒng)概述</b&g

4、t;</p><p>　　本系統(tǒng)主要目標是利用ARM作為web服務器連接互聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)基于NRF2401的無線通信，各個前端控制機的實現(xiàn)控制系統(tǒng)常見的控制任務：開關量的輸入，開關量的輸出，模擬量的輸入，模擬量的輸出。</p><p>　　對系統(tǒng)的操作和控制可通過互聯(lián)網(wǎng)上的終端發(fā)起也可以通過ARM進行本地操作。由于Linux不是實時的操作系統(tǒng)，而大部分工業(yè)控制對實時性有很高的要求，所以

5、本系統(tǒng)設計一個中間端控制機，相當于ARM和終端機的連接器和緩沖器，而這個中間端控制機也可以負責一些功能的實現(xiàn)并且可以分擔ARM的控制任務。</p><p><b>　　三、參考文獻</b></p><p>　　1．《PIC單片機原理及應用》李榮正、劉啟中、陳學軍編著 北京航空航天大學出版社2．《嵌入式設計及Linux驅(qū)動開發(fā)指南》孫天澤、袁文菊、張海峰編著 電子工業(yè)

6、出版社3．《Linux C函數(shù)庫參考手冊》徐千洋 著 中國青年出版社4．《REDHAT9.0實用教程》耿祥義、張躍平編著 清華大學出版社</p><p>　　5．《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用》田澤 編著 北京航空航天大學出版社</p><p>　　6．《GCC技術全面接觸》劉偉，李小武，羅明 編著 清華大學出版社</p><p>　　7．《PIC系列單片機原理和程序設

7、計》竇振中 編著北京航空航天大學出版社</p><p>　　8．《SBC-2410X使用手冊 version 0.9》廣州友善之臂科技有限公司</p><p>　　畢業(yè)設計任務要研究或解決的問題和擬采用的方法</p><p>　　一、 系統(tǒng)的組成和功能構想</p><p><b>　　1、系統(tǒng)的組成</b></p&

8、gt;<p><b>　　本系統(tǒng)結構：</b></p><p><b>　　（1）．主控機</b></p><p><b>　?。?）．中間控制機</b></p><p><b>　?。?）．前端控制機</b></p><p><b&g

9、t;　　（1）．主控機</b></p><p>　　主控機由ARM承擔，通過中間端控制機控制底層的前端控制機，并且對前端控制機進行控制和數(shù)據(jù)的采集，并且承擔者WEB服務器的角色，通過互聯(lián)網(wǎng)提供遠程控制的功能。</p><p><b>　　（2）．中間控制機</b></p><p>　　中間控制機由PIC16F877來擔任，負責數(shù)據(jù)的

10、轉送和臨時緩存，并且負責一部分控制的功能，通過無線模塊和前端控制機建立起無線網(wǎng)絡。</p><p><b>　?。?）．前端控制機</b></p><p>　　前端控制機即控制終端節(jié)點，是控制信號的執(zhí)行端和數(shù)據(jù)的采集端，也采用PIC16F877擔任。</p><p><b>　　主要模塊:</b></p>&

11、lt;p>　　ARM和中間端控制機通訊協(xié)議</p><p>　　制定ARM和中間端控制機的通訊協(xié)議，并且對設備地址，操作對象，操作內(nèi)容進行定義和設計。</p><p><b>　　無線網(wǎng)絡的開發(fā)</b></p><p>　　搭建無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)中間端控制機和前端控制機的無線通訊。</p><p>　　完成中間控制機的

12、開發(fā)包括軟件硬件的設計與實現(xiàn)</p><p>　　完成前端控制機的開發(fā)包括軟件硬件的設計與實現(xiàn)</p><p>　　5．前端控制機和中間端控制機實現(xiàn)：開關量的輸入與輸出，模擬量的采集，模擬量的輸出。</p><p><b>　　其他要求</b></p><p>　　能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)量和模擬量的控制與采集。</p>

13、<p>　　能夠從互聯(lián)網(wǎng)的終端和主控機上實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。</p><p>　　中間端控制機與前端控制機的通訊采用無線方式。</p><p>　　二、本系統(tǒng)擬采用的解決方法（技術）</p><p>　　本系統(tǒng)拓撲結構如圖，采取主控機，中間端控制機，前端控制機三層模式。</p><p>　　主控機采用友善之臂的SBC-2410。用

14、BOA作為WEB服務器，相等于信息系統(tǒng)的B/S模式。</p><p>　　中間端控制機和前端控制機采用PIC16F877控制。中間端控制機和前端控制機采用基于NRF2401無線模塊進行無線通。</p><p><b>　　三、主要技術簡介</b></p><p><b>　　什么是ARM</b></p>&l

15、t;p>　　英國ARM 公司是全球領先的16/32 位嵌入式 RISC 微處理器解決方案的供應商，向全球各大領先電子公司提供高性能、低成本和高效率的RISC 處理器、外設和系統(tǒng)芯片技術授權。ARM 還為開發(fā)完整系統(tǒng)提供綜合技術支持。ARM 的微處理器核技術廣泛用于便攜式通信產(chǎn)品、手持運算、多媒體和嵌入式解決方案等領域，已成為RISC 標準。</p><p>　　ARM公司是一家既不生產(chǎn)芯片（fabless）

16、也不銷售芯片（chipless）的公司，它通過出售芯片技術授權，建立起新型的微處理器設計、生產(chǎn)和銷售商業(yè)模式。更重要的是，這種商業(yè)模式取得極大的成功，采用ARM技術IP核的微處理器遍及各類電子產(chǎn)品：汽車、消費電子、成像、工業(yè)控制、海量存儲、網(wǎng)絡、安保和無線等市場，ARM技術幾乎無處不在。</p><p><b>　　嵌入式系統(tǒng)</b></p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是

17、以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器／微</p><p>　　處理器、存儲器及外設器

18、件和I／O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系</p><p>　　統(tǒng)軟件（OS）（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。有時設計人員把這</p><p>　　兩種軟件組合在一起。應用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為；而操作系統(tǒng)控制著</p><p>　　應用程序編程與硬件的交互作用。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式

19、微處理器一般就具備以下4個特點：</p><p>　　1）對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時</p><p>　　間，從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。</p><p><b>　　2）具有功能</b></p><p>　　很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結

20、構已模塊化，而為了避</p><p>　　免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區(qū)保護功能，同</p><p>　　時也有利于軟件診斷。</p><p>　　3）可擴展的處理器結構，以能最迅速地開展出滿足應用</p><p>　　的最高性能的嵌入式微處理器。</p><p>　　4）嵌入式微處理器必須功

21、耗很低，尤其是用于</p><p>　　便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，</p><p>　　如需要功耗只有mW甚至μW級。</p><p><b>　　無線網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)</b></p><p>　　采用無線網(wǎng)絡技術給我們帶來了極大的方便，采用無線網(wǎng)絡技術可省去布線的麻煩，可以讓信號覆

22、蓋到有線網(wǎng)絡不能延伸到的地方，可以節(jié)約維護成本等。無線監(jiān)控技術同樣擁有這些優(yōu)勢，特別是在煤礦、鋼鐵冶煉等惡劣環(huán)境下，采用有線網(wǎng)絡監(jiān)控，不但在組建監(jiān)控系統(tǒng)時布線比較麻煩，在拆遷的時候也給用戶帶來巨大的工作量。而無線監(jiān)控系統(tǒng)的組建則比較簡單，只需要在監(jiān)控地點安裝相關設備，不用布線，在拆遷時直接取下布置的無線監(jiān)控產(chǎn)品就可以帶走了。所以無線監(jiān)控系統(tǒng)與有線監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有很大的優(yōu)勢。</p><p><b>　

23、　NRF2401</b></p><p>　　nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片功耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有 10.5mA，接收時工作電流TM只有18mA。其獨有的DuoCeiver 技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同

24、頻道的數(shù)據(jù)。nRF2401 使用跳頻技術，在 2400MHz和 2527MHz之間設立了 128 個頻道（每個頻道帶寬 1MHz），頻道間的切換時間小于200μs。此外，nRF2401內(nèi)置CRC編解碼模塊，可以在不增加編程難度的條件下減小誤碼率。 </p><p>　　nRF2401適用于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線鼠標、無線耳機等。　　 nRF2401內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調(diào)處理器