基于PXA320gn CAN总线的手持式工业检测终端

摘要

CAN总线作为一种广为流行的工业现场总线，伴随着嵌入式技术的飞速发展，CAN总线以灵活的通信方式，数据格式精简，以及完善的纠错机制，使CAN总线的应用已经不再是最初的汽车行业，在仪器仪表，智能楼宇，工业现场，医疗器械等领域，不论是商业，还是军工都有着广泛的应用，辽阔的前景。
　　 根据CAN总线传输速度快，兼顾实时性与可靠性的特点，针对工业现场恶劣的环境下，对工业设备采集数据，故障诊断，监测管理等需求，提出了一种基于高性能ARM处理器PXA320的CAN总线手持式工业检测终端，手持终端的设计以便于携带，功耗较低，性能完善为原则，可以有效的克服工业现场干扰性大，数据传输实时性低，管理缺乏灵活性等缺陷，能够良好的应用于各种工业设备。本文对CAN手持终端从硬件设计和软件设计两个方面进行了研究。
　　 在硬件设计方面，手持终端分为核心板和功能板两个部分。核心板实现了手持终端的最小系统，由PXA320处理器，以及两片128M的SDRAM和1片1G的NANDFLASH存储器组成，并使用功能强大的电源管理芯片LP3972为系统的供电提供9路电压输入;功能板利用经典的CAN控制芯片SJA1000和高度集成的隔离收发芯片CTM1050实现了CAN功能模块的设计，并为手持终端设计了高容量的锂电池充放电模块，此外还设计有LCD，USB，MiniSD卡，JTAG等接口电路。
　　 在软件设计方面，主要从Linux嵌入式操作系统的移植开始入手，完成bootloader，内核及文件系统的修改与移植。然后进行相关模块的软件驱动设计，如SJA1000的初始化和收发基本操作，这些驱动都被封装到了内核当中。在用户层的设计中，提出了一种基于时间调度的CAN通信算法，在多节点网络通信当中，使手持终端实时性和稳定性更强，利用QT4工具完成了人机界面的设计，最后以工业设备齿轮为例，设计了基于信息融合的工业故障诊断原理。
　　 经过试验测试，CAN手持终端可以充分发挥其速度快，实时性高，可靠性好，功耗较低的优势，成功的实现其基本通信功能，除此之外，本文完成了通信算法的改进，制作了简单的用户界面，达到了预期的结果。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 国内外动态

1．3 本文的主要研究内容

2 CAN总线工作原理

2．1 CAN总线概述

2．2 CAN总线的电平分析

2．3 CAN总线的体系结构

2．4 CAN总线的协议分析

2．4．1 CAN总线的报文传送

2．4．2 CAN总线的帧结构

2．4．3 CAN总线的报文滤波

2．5 本章小结

3 CAN手持终端硬件系统设计

3．1 系统总体硬件结构

3．2 CAN手持终端的核心板设计

3．2．1 PXA320处理器介绍

3．2．2 电源模块的设计

3．2．3 存储器电路的设计

3．3 CAN手持终端的功能板设计

3．3．1 CAN通信模块的设计

3．3．2 USB接口电路的设计

3．3．3 LCD接口电路的设计

3．3．4 MiniSD卡接口电路的设计

3．3．5 锂电池电源模块的设计

3．4 本章小结

4 CAN手持终端的软件系统设计

4．1 Linux操作系统介绍

4．2 Boot loader的研究与实现

4．2．1 Boot loader工作原理

4．2．2 Boot loader移植

4．3 Linux内核的研究与实现

4．3．1 Linux内核工作原理

4．3．2 Linux内核移植

4．4 文件系统的研究与实现

4．4．1 文件系统简介

4．4．2 文件系统移植

4．5 CAN驱动程序设计

4．6 本章小结

5 CAN手持终端的应用软件研究与测试

5．1 基于时间调度的CAN通信协议研究

5．1．1 TTCAN算法的基本原理

5．1．2 TTCAN算法性能指标分析

5．1．3 TTCAN算法仿真测试

5．2 CAN总线通信软件设计与测试

5．2．1 SJA1000通信程序设计

5．2．2 CAN手持终端通信测试

5．3 嵌入式系统的GUI设计

5．3．1 QT开发工具介绍

5．3．2 QT4的安装

5．3．3 CAN手持终端GUI设计

5．4 基于信息融合的工业故障诊断应用

5．4．1 D-S证据理论原理

5．4．2 齿轮故障诊断原理

5．5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录A：核心板PCB

附录B：功能板PCB

攻读学位期间发表的学术论文和科研成果

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