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【6h】

基于ARM的多对象远程控制系统的开发

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的背景

1.2 工业以太网发展现状和前景

1.2.1 工业以太网发展现状

1.2.1 工业以太网发展前景

1.3 嵌入式系统概述

1.3.1 嵌入式微处理器

1.3.2 嵌入式操作系统

1.4 嵌入式数字控制系统

1.5 课题研究目的和意义

1.6 课题的主要研究内容

第二章 系统整体设计

2.1 嵌入式系统整体设计思想

2.2 嵌入式系统硬件体系结构

2.2.1 嵌入式系统微处理器选择

2.2.2 嵌入式系统硬件平台结构

2.3 嵌入式系统软件体系结构

2.3.1 嵌入式系统软件平台选择

2.3.2 嵌入式系统软件平台结构

2.4 监控软件通信模式选择

2.5 本章小结

第三章 嵌入式系统硬件设计

3.1 LPC2368简介

3.1.1 LPC2368总线结构

3.1.2 LPC2368存储系统

3.1.3 片上和外围接口资源

3.2 通信电路设计

3.2.1 以太网接口电路设计

3.2.2 串行通信接口电路设计

3.2 控制电路设计

3.3.1 直流电机控制电路

3.3.2 步进电机控制电路

3.3.3 电阻炉控制电路

3.4 本章小结

第四章 嵌入式实时操作系统平台构建

4.1 嵌入式实时操作系统简介

4.2 μC/OS-II的移植

4.2.1 μC/OS-II移植准备工作

4.2.1 μC/OS-II移植过程

4.3 本章小结

第五章 嵌入式TCP/IP协议栈的实现

5.1 嵌入式TCP/IP协议栈

5.1.1 TCP-IP协议栈简介

5.1.2 μC/TCP-IP协议栈体系结构

5.1.3μC/TCP-IP内部任务模式和优先级

5.1.4 μC/TCP-IP协议栈内数据收发流程

5.1.5μC/TCP-IP客户机-服务器应用程序模式

5.2 NIC驱动程序

5.2.1 片上NIC硬件原理

5.2.2 NIC驱动程序设计

5.3 网络链接测试

5.4 本章小结

第六章 μC/OS-II应用程序和远程监控程序设计

6.1 μC/OS-II应用程序设计思想

6.2 通信任务程序设计

6.3 直流电机控制程序设计

6.4 步进电机控制程序设计

6.5 电阻炉控制程序设计

6.5 远程监控程序设计

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 进一步研究方向

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

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摘要

网络技术的迅速发展和广泛应用,引发了工业控制领域的深刻技术变革。控制系统的结构沿着网络化、开放性方向发展将成为控制技术发展的必然趋势。近年来,工业以太网正成为工业控制网络技术的主流,由于采用相同的通信协议,能够实现企业办公网络和工业控制网络的无缝连接。嵌入式技术的发展,特别是像μC/OS-II、VxWorks等嵌入式实时操作系统的出现,为以太网技术应用于工业控制提供了简洁可行的解决方案。
   本课题跟踪了当前工业以太网的研究现状和发展趋势,在系统详细设计前,结合系统的功能需求,对处理器、操作系统、协议栈和通信模式的选择做了比较详细的调研工作,力求设计出一个既能满足当前功能需求,又具有可扩展性的以太网远程控制系统。
   论文采用自底向上,从系统平台构建到应用程序开发的思路,详细剖析了基于ARM处理器和μC/OS-II操作系统的多对象远程控制系统的构建过程。
   论文先根据ARM控制器LPC2368片上资源和外围接口特点,设计了以太网、串口通信电路以及各被控对象的控制电路,构建了一个具有网络通信功能的以太网控制系统的硬件平台。然后,在这个硬件平台上移植了实时操作系统μC/OS-II,通过对μC/TCP-IP协议栈的深入分析,编写了适合LPC2368内置以太网控制模块和外接PHY芯片DP83848I的以太网接口驱动程序,在μC/OS-II中分层实现了精简的协议栈μC/TCP-IP。在构建好的系统软件平台上,根据μC/OS-II任务管理的特点设计了应用程序,实现与远程PC机的通信和对各被控对象的控制。应用程序采用模块化的设计思想,确保各个任务模块的独立性。采用VC++设计远程PC机监控程序,实现对被控对象的实时监控,监控程序能对控制对象、控制算法、控制参数进行设置,并能绘制被控对象的实时控制曲线。
   本课题历经一年多的时间,对软硬件进行设计和测试,基本实现了一个基于ARM处理器的多对象远程控制系统。结果表明:系统的可靠性、稳定性、实时性均能够满足设计要求,所构建的嵌入式以太网实时网络控制平台具有广泛的通用性,也能适用于其他应用任务的开发。本课题的设计既是对工业以太网技术的初步探索,也为以后的设计提供了可借鉴的方法和思路。

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