基于PETRI网的按摩椅嵌入式控制系统的研究

摘要

随着我国经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，电动按摩椅作为家庭保健的主要器械越来越受到人们的欢迎。按摩椅是典型的机电一体化的产品，而且正在向智能化发展，成为家庭保健的“中心”。为了提高国产按摩椅的技术含量和市场竞争力，论文应用嵌入式系统、PETRI网等一些新技术，研发了按摩椅产品的嵌入式控制系统。论文在控制系统的硬件、软件和按摩手法等方面分别展开研究： 1．硬件系统采用了MCU (Micro Control Unit)与DSP(Digital SignalProcessor)结合的方案，包括了键盘和显示、电源和复位、检测、数据采集、逻辑控制、总线电压转换、MCU及其扩展、DSP及其扩展、双端口RAM(RandomAccess Memory)和电机驱动等模块，并设计了互锁电路以保证电机驱动模块的安全； 2．在软件方面，采用嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ作为控制系统的内核，并将其移植到MCU和DSP芯片上； 3．应用PETRI网对电机控制模块进行建模，并分析了该模型的可达性，保证电机实现的功能不存在死锁和冲突； 4．将速率单调调度算法RMS(Rate Monotonic Scheduling)应用到按摩椅控制系统的任务调度机制之中，把控制系统中非周期任务改造成周期任务，使多个任务能够并行工作，同时还保证这些任务的实时性要求。通过对μC/OS-Ⅱ的改进，增加了任务的运行时间限制功能，提高系统的稳定性； 5．设计了按摩椅的按摩手法学习功能，增加用户的满意度。 本文的研究是在与相关企业的实际产品的开发过程中进行的，研究成果直接获得应用和验证。实践表明，本文研究的嵌入式控制系统平台，有利于缩短产品开发周期、降低产品研发成本、提高企业的技术水平和国产按摩椅的市场竞争力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景与目的

1.2国内外相关研究

1.2.1 PETRI网在嵌入式系统中应用的研究

1.2.2实时系统中任务调度算法的研究

1.3本论文研究内容

1.4论文的组织结构

1.5本章小结

第二章按摩椅控制系统硬件的设计

2.1按摩椅产品的机械结构及工作原理

2.2按摩椅产品的功能要求

2.3按摩椅产品的技术要求

2.4硬件系统的设计

2.4.1键盘和显示模块

2.4.2电源及复位模块

2.4.3检测模块

2.4.4数据采集模块

2.4.5逻辑控制模块

2.4.6总线电压转换模块

2.4.7 MCU及其扩展模块

2.4.8 DSP及其扩展模块

2.4.9双端口RAM模块

2.4.10电机驱动模块

2.5本章小结

第三章按摩椅控制系统软件部分的设计

3.1软件系统总体架构

3.2嵌入式软件系统的选择依据

3.3开源嵌入式系统的比较

3.4 μC/OS-Ⅱ的介绍

3.5 μC/OS-Ⅱ实时性分析

3.5.1中断延迟时间

3.5.2调度延迟

3.5.3上下文切换时间

3.6任务转换过程

3.7 μC/OS-Ⅱ在系统上的移植

3.7.1 μC/OS-Ⅱ在单片机上的移植

3.7.2 μC/OS-Ⅱ在DSP上的移植

3.8本章小结

第四章PETRI网在按摩椅控制系统的应用

4.1 PETRI网的介绍

4.2电机控制模块的建模

4.3电机控制模块的数据结构及接口

4.4电机控制模型的伪代码的转换

4.5本章小结

第五章按摩椅控制系统任务调度机制的研究

5.1 μC/OS-Ⅱ任务调度机制的分析

5.2速率单调调度算法介绍

5.3 RMS在μC/OS-Ⅱ的实现

5.4任务运行时间限制功能的实现

5.5改进后μC/OS-Ⅱ的实验结果

5.6学习功能的实现

5.7本章小结

总结与展望

一.工作总结

二.工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢