基于ARM和嵌入式Linux船舶气象仪的数据采集处理系统的开发

摘要

船舶气象仪是一套船载的自动化海洋气象观测系统,该系统广泛的布置在各种船只上,可以获得船只经过的海域内的风、湿、温、气压、降雨等气象参数。通过对海洋气象环境实时的掌握,能够使船舶航行安全、省时、经济,并使因灾害性天气造成的损失减小到最低限度。通过对海洋气象数据的存储、统计,对我国观测海洋环境、研究海洋、开发海洋、利用海洋都有着重要的意义。
　　 现代测控系统除了具有高性能的数据采集、信号处理、I/O和通信接口以外,通常均需具备良好的人机接口、友好的用户界面和强大的网络功能等。ARM架构的嵌入式处理器和嵌入式Linux操作系统由于其优异的性能和很高的性价比,已经被广泛地应用到各种电子产品的设计当中,并受到愈来愈多的自动化设备和智能仪表设计人员的青睐。
　　 本课题主要研究基于ARM+Linux架构的嵌入式船舶气象仪的数据采集处理系统的开发。系统硬件平台选用Luminary Micro公司的LM3S1138微处理器,扩展了64M SDRAM和8M NAND FLASH,同时扩展了外围通信设备接口包括通用串行口、GPRS通信模块接口、网络接口等;并根据实际环境需要,进行了传感器的选型。
　　 软件平台的设计主要涉及了U-Boot引导装载程序的建立,同时根据开发平台的资源,配置和裁剪Linux的内核,并编写、添加源代码中没有的驱动程序,重新编译内核,下载到开发平台。在此基础上,进行了应用程序的编写。处理完数据后通过GPRS通信传输至岸边计算机。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 船舶气象仪概述

1.2 课题主要研究内容和关键技术

1.3 课题的研究意义和主要工作

1.4 本章小结

2 嵌入式系统与嵌入式Linux的介绍

2.1 嵌入式系统概述

2.1.1 嵌入式系统定义

2.1.2 嵌入式系统硬件基本结构

2.1.3 嵌入式系统软件结构体系

2.2 嵌入式操作系统概述

2.3 嵌入式Linux简介

2.4 Linux移植概述

2.5 本章小结

3 系统设计综述

3.1 设计要求和设计原则

3.1.1 船舶气象仪的数据采集处理系统的设计要求

3.1.2 船舶气象仪的数据采集处理系统的设计原则

3.2 设计方案论证及确定

3.2.1 设计方案比较

3.2.2 数据采集处理系统设计方案的确定

3.3 设计性能与戴维斯气象站的性能比较

3.4 本章小结

4 船舶气象仪的数据采集处理系统的硬件设计

4.1 传感器选型

4.2 传感器数据采集

4.3 系统设计整体框图

4.4 主要芯片选型和电路设计

4.5 本章小结

5 船舶气象仪的数据采集处理系统的软件设计

5.1 软件设计过程概述

5.2 Linux内核实现

5.2.1 交叉编译环境

5.2.2 启动代码u-boot

5.3 系统硬件驱动实现

5.3.1 驱动简介

5.3.2 内核模块的编写

5.3.3 串口驱动开发

5.4 基于Linux的气象数据采集处理的实现

5.5 本章小结

6 船舶气象仪的数据采集处理系统的数据通信及数据保护

6.1 数据通信

6.1.1 GPRS

6.1.2 数据采集处理系统的通信模块

6.2 船舶气象仪的数据采集处理系统通信协议的制定

6.3 数据传输

6.4 数据保护

6.4.1 本地冗余存储

6.4.2 数据重发保护

6.4.3 传感器工作异常时保护

6.5 本章小结

7 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历及发表的学术论文