集装箱装卸模拟器中控制设备仿真和电路设计

摘要

集装箱装卸设备操作人员的技术熟练程度对港口生产安全、设备使用效率、使用寿命及港口经济效益等起着决定性作用。与采用真实设备对操作人员进行培训相比，采用具有高度仿真效果的集装箱装卸模拟器进行培训，既不影响日常生产，也避免了培训事故的发生。仿真的控制设备是集装箱装卸模拟器的重要组成部分，一个逼近真实的模拟器驾驶台能够最大限度地增强系统的物理真实感，提高系统的培训效果。因此，本论文在结合大连大窑湾集装箱码头实际拍摄的照片、司机操作手册以及设计图纸的基础上，利用Protel DXP、KEIL C编辑器、USBXpress驱动程序开发包、Visual C++开发环境等开发工具以及单片机C8051F340、移位寄存器SN74LS165等，设计并研制了适用于集装箱装卸模拟器的驾驶台操作控制设备和控制电路，并通过USB（Universal Serial BUS，通用串行总线）接口实现控制设备与计算机之间的通信，实现仿真系统的人机交互。研究的主要内容如下： （1）集装箱装卸模拟器驾驶台操作控制设备及控制电路的设计和实现； （2）集装箱装卸模拟器操作控制电路中所用单片机固件程序的设计和实现； （3）基于USB接口的集装箱装卸模拟器控制设备与计算机之间通信的实现。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1集装箱装卸模拟器研制的意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题的提出

第2章 集装箱装卸模拟器驾驶台系统的总体设计

2.1驾驶台系统的总体设计

2.1.1系统硬件设计

2.1.2系统软件设计

2.2 C8051F340单片机系统概述

2.3 USB协议的一些关键概念和问题的说明

2.3.1 USB主机和USB设备

2.3.2 USB主机和USB设备之间数据的传输方式

2.3.3设备的端点

2.3.4设备的描述符

2.3.5 USB数据信息包的格式

2.3.6事务

2.3.7USB设备驱动程序的加载

2.4.USB设备的设计

2.4.1 USB设备的设计概述

2.4.2USB硬件接口设计

2.4.3控制器的固件编程

2.4.4 PC端驱动程序的开发

2.4.5 PC端应用程序的设计

第3章 系统的硬件设计与实现

3.1控制设备的设计与制作

3.2控制电路的设计

3.2.1单片机最小系统及外围电路

3.2.2电源电路

3.2.3信号采集与传输电路

3.3 PCB板的制作

3.3.1 Protel DXP

3.3.2 PCB板的制作

第4章 系统的软件设计与实现

4.1开发工具简介

4.1.1 Keil

4.1.2 U-EC5

4.1.3 USBXpress

4.2单片机固件程序设计

4.2.1信号采集与传输的方法

4.2.2 USB通信的方法

4.2.3单片机固件程序的实现

4.3 USB驱动程序设计

4.3.1 WDM驱动程序的基本概念

4.3.2 USB驱动程序结构

4.3.3 USB设备驱动程序的开发

4.4上位机应用程序设计

第5章 系统的测试

5.1单机测试

5.2联机测试

第6章 结论与展望

参考文献

附录

致谢

研究生履历