分布式测控系统开发与应用研究

摘要

网络化、分布式系统是现代计算机测控系统的主要发展方向。分布式测控系统通过计算机和网络实现对地理上分散的各种被测控对象实施实时监测、控制以及信息采集。论文根据分布式测控系统的特点与功能，结合具体系统开发和应用，系统研究了分布式测控系统设计的关键技术和典型设计，实现了分布式电能测控系统和移动机器人辅助服务的分布式视频监测模块。 以电能数据监测管理为应用背景的分级分布式测控系统，由远程上位机、集控端和测控端三级组成，以基于ARM微处理器的嵌入式技术为核心。在测控端利用SPI总线扩展I/O输入来作为脉冲采集接口，扩展两个RS-485模块来作为通信接口，不仅能够抄收脉冲式电能表，而且能够抄收带RS-485接口的电能表；集控端基于S3C2410微处理器和嵌入式Linux开发平台。 以室内视频监测为对象的分布式视频监测模块则负责为服务型移动机器人本体及服务对象提供视频监测提供辅助支持信息，设计采用基于ARM9处理器和嵌入式Linux的嵌入式系统平台，包括视频采集、图像压缩与传送等多项功能模块。 论文首先分析了分布式测控系统的现状与发展、特点与功能、应用前景，讨论了分布式测控系统设计的关键技术，包括系统的典型架构、系统的通信网络的设计以及在分布式测控系统设计中非常重要的嵌入式操作系统，论述了分级分布式电能测控系统与分布式视频监测模块的系统结构和总体设计，详细给出了分级分布结构下各硬件系统和通信系统的设计、构建和实现方法，详细论述了各软件功能模块的设计与实现，并给出了两方面的应用。

目录

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声明

第一章 绪论

1.1 论文研究背景与意义

1.2 测控技术的现状与发展

1.2.1 嵌入式微处理技术的现状与发展

1.2.2 测控装置的现状与发展

1.3 测控系统的现状及发展

1.3.1 测控系统的发展阶段

1.3.2 网络化测控系统的特点

1.4 分布式测控系统的功能及特点

1.4.1 分布式测控系统的功能特点

1.4.2 分布式测控系统应用前景

1.5 论文研究内容及章节安排

第二章 分布式测控系统结构及关键技术

2.1 分布式测控系统架构

2.2 嵌入式测控节点

2.2.1 嵌入式操作系统选型

2.2.2 嵌入式数据采集节点

2.2.3 嵌入式视觉处理节点

2.3 集控主机及上位机

2.3.1 嵌入式数据测控的集控端与上位机

2.3.2 嵌入式视频监控的集控端与上位机

2.4 网络环境下分布式系统的通信

2.4.1 通信设计的需求

2.4.2 典型的分布式测控通信网

第三章 分布式电能测控系统设计与实现

3.1 集控端及上位机的设计与实现

3.1.1 集控端总体架构

3.1.2 存储模块设计

3.1.3 人机接口模块设计

3.1.4 集控端软件设计

3.2 测控端的设计与实现

3.2.1 测控端硬件设计

3.2.2 测控端软件设计

第四章 分布式视频监测模块设计与实现

4.1 分布式视频监测系统的组成及工作原理

4.2 嵌入式视频监测模块的总体设计

4.3 视频监测模块的嵌入式Linux系统构建

4.3.1 基于Bootloader引导程序的移植

4.3.2 嵌入式Linux交叉编译环境的建立

4.3.3 嵌入式Linux内核剪裁及移植

4.3.4 嵌入式文件系统构建

4.4 视频监测模块的图像采集与处理

4.4.1 Linux下的USB设备驱动及驱动程序移植

4.4.2 基于Video4Linux的视频采集模块设计

4.5 视频监测模块的图像网络传输

4.5.1 基于MPEG—4的图像数据压缩

4.5.2 基于RTP协议的网络视频传输

第五章 分布式测控系统的应用研究

5.1 面向电能管理的数据测控系统应用

5.1.1 实验结果

5.2 面向家庭服务机器人的视频监测系统应用

5.2.1 应用场景

5.2.2 分布式视频监测系统的实现

5.2.3 实验结果

第六章 总结与展望

6.1 论文研究工作总结

6.2 未来工作的展望

致谢

参考文献

附录一 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文