基于ARM+μC/OS-Ⅱ的智能变功率开水控制器的研究和设计

摘要

开水器是作为解决人群饮水需求而设计产生的家用电器。近几十年来，市场上涌现出了各种各样的开水器产品，随着科技的发展，大部分已经不再符合当前社会对智能家电的要求。我国的开水器行业一直保持着较高的发展速度，但是与欧美等国相比仍存在较大差距，为此本文提出一种基于ARM+μC/OS-Ⅱ构架的嵌入式设计方案，实现了针对特定集团饮水环境的变功率加热控制功能，使开水器达到智能化、网络化，主要工作如下:
　　 1)本文从开水器的发展历程出发，介绍了开水器的组成，分析了的智能变功率开水控制器的基本工作原理，根据其功能和性能要求，提出ARM+μC/OS-Ⅱ的总体设计，并分别阐述了ARM和μC/OS-Ⅱ操作系统的特点和优势。
　　 2)详细讨论了开水控制器的硬件电路设计，其中将整个硬件电路模块分为两个部分，一个是以ARM控制器最小系统以及外围设备接口为主的核心板，另一个是由电源模块以及功率驱动模块组成的强电板。
　　 3)完成了μC/OS-Ⅱ系统和LwIP协议栈的移植工作，并在这个基础上完成了开水器的网络通信、LCD驱动显示以及针对某单位的饮水规律的变功率加热等各个功能模块的软件设计。
　　 4)最后对开水控制器进行调试和测试。
　　 本文所设计的基于ARM+μC/OS-Ⅱ智能变功率开水控制器，通过长时间的测试，不仅实现了变功率加热功能，还实现了网络化和智能化的功能，最终结果令人满意。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本文的研究背景和意义

1．2 开水器的发展现状和趋势

1．3 本文的主要研究内容及章节安排

2 智能变功率开水控制器总体设计

2．1 智能变功率开水器的结构

2．2 开水器系统的需求分析

2．3 智能变功率开水控制器硬件构架

2．4 控制器软件平台和软件构架的研究

2．4．1 控制器操作系统的介绍

2．4．2 控制系统软件架构的分析

2．5 本章小结

3 控制器硬件电路设计

3．1 控制器系统的处理器选型

3．2 核心板最小系统硬件电路设计

3．2．1 核心板电源电路模块设计

3．2．2 复位电路设计

3．2．3 实时时钟电路设计

3．2．4 JTAG调试接口电路设计

3．2．5 网络通讯模块设计

3．3 扩展接口电路设计

3．3．1 AC-DC转换模块设计

3．3．2 加热器控制模块设计

3．3．3 温度传感器模块设计

3．3．4 多水位传感器模块设计

3．3．5 液晶显示模块设计

3．3．6 红外信号接收和发送模块设计

3．3．7 电容式触摸按键信号输入模块设计

3．3．8 进水和出水电磁阀控制模块设计

3．4 PCB的抗干扰措施

3．5 本章小结

4 控制器程序设计

4．1 μ C/OS-Ⅱ软件平台的搭建

4．1．1 μ C/OS-Ⅱ的组成部分

4．1．2 μ C/OS-Ⅱ系统在LPC2148上的移植

4．2 μ C/OS-Ⅱ的软件设计平台的研究

4．2．1 系统的实时性分析

4．2．2 多任务切换机制及任务间通信与同步

4．2．3 中断与中断处理机制

4．2．4 控制器系统的任务划分及等级确定

4．3 系统网络监控模块的设计

4．3．1 以太网数据包解析

4．3．2 LwIP网络协议的移植

4．3．3 以太网控制器的底层驱动设计

4．4 针对某单位用水环境的功率控制模块的研究与设计

4．4．1 某单位用水环境的概述及相应对策

4．4．2 PWM控制方式实现变功率加热的设计

4．5 系统其他子功能模块的设计

4．5．1 LCD显示驱动模块的实现

4．5．2 红外遥控信号的获取与解码的分析

4．5．3 触摸按键模块的设计

4．6 本章小结

5 控制器的调试与测试

5．1 控制器硬件调试

5．1．1 电源电路的调试

5．1．2 触摸按键电路仿真

5．2 控制器软件仿真和调试

5．3 整机调试

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 课题展望

致谢

参考文献