基于Mesh网络的车辆智能监测系统手持监测单元设计

摘要

当前，通信技术、电子信息技术和工业控制技术飞速发展。为了能在大型工程机械作业的危险复杂环境中，更大限度地保护现场人员的人身安全，越来越多的无线远程遥控设备出现在生产一线。但与此同时工业设备维护和故障诊断正面临越来越多的挑战，有必要对它们的实时状态有详细的掌握，以便及时发现问题，帮助制定运营维护方案。
　　本论文依托基于Mesh网络的车辆智能监测系统，设计并实现了手持监测单元，具备良好的HMI人机界面，能够在矿下基站信号无法覆盖的地方，对车辆进行实时状态信息监测、机车历史记录采集、紧急情况控制机车和重要控制量的配置和下发等任务。解决了在井下信号盲区无法进行车辆状态监测的问题。
　　手持监测单元使用LPC1768核心控制芯片。用户根据屏幕上的菜单页面选择所要执行的任务，任务指令按通信协议组包后，CO2128通信芯片将数据透明传输给目标设备。手持监测单元收到回复后将数据提取出来显示在液晶屏指定位置，完成设计的信息采集和通信控制任务。同时，手持监测单元具备离线数据导入功能，可将采集到的机车数据通过RS-232接口导入上位机监测软件。
　　本文首先简介课题研究背景、国内外研究现状及预期研究目标;其次详细阐述了基于Mesh网络的车辆智能监测系统整体架构和各部分主要功能，并对无线Mesh网络和Ad-Hoc网络进行简介;接着从整个系统的硬件出发，研究Flash、EEprom存储、电源、按键开关机、RS232接口等电路设计;随后对软件平台用到的数据存储、菜单结构、任务事件管理、透传通信模式和整体流程等模块进行设计;再根据手持监测单元各个功能要求，分别设计通信协议、HMI人机界面和上层功能的软件处理逻辑;最后对整个子系统进行测试和结果分析。
　　实际测试结果表明HMI人机界面设计整洁合理、页面切换运行流畅，结合通信协议实现了信息采集、指令下发、数据上传的功能，达到预期设计目标。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题国内外研究现状

1．3 课题研究目标

1．4 论文主要工作及结构

2 系统总体设计及无线网络介绍

2．1 车辆智能监测系统

2．2 无线Mesh网络概述

2．3 无线Mesh网络架构

2．4 Ad-Hoc网络概述和应用

2．5 本章小结

3 手持监测单元硬件设计

3．1 核心板硬件原理

3．1．1 LPC1768芯片介绍

3．1．2 CO2128芯片介绍

3．2 手持监测单元外设电路设计

3．2．1 电源模块电路设计

3．2．2 按键开关电路设计

3．2．3 存储电路设计

3．2．4 RS232串口接口电路设计

3．4 PCB电路设计

3．5 本章小结

4 手持监测单元软件平台设计

4．1 Keil μVision5开发环境

4．2 手持监测单元总体软件流程设计

4．2．1 主动任务管理机制

4．3 菜单结构流程设计

4．4 数据存储设计

4．4．1 车辆运行状态历史记录

4．4．2 报警记录

4．4．3 车辆设备存储信息

4．4．4 系统信息

4．5 通信单元设计

4．6 按键模块设计

4．7 实时时间同步

4．8 屏幕界面开发

4．9 本章小结

5 手持监测单元主要功能与通信协议设计

5．1 超时重传机制

5．2 通信协议

5．2．1 操作信息帧格式及定义

5．2．2 手持监测单元和车载监测单元之间的通信协议

5．2．3 手持监测单元和PC之间的通信协议

5．3 信息查询

5．3．1 实时信息查询

5．3．2 历史信息

5．3．3 报警信息

5．4 历史记录收集与上传

5．5 控制量配置

5．6 控制指令下发

5．7 本章小结

6 系统测试

6．1 测试软件介绍

6．2 系统实物

6．3 测试环境

6．4 手持监测单元功能测试

6．5 量化指标测试

6．6 本章小结

7 总结与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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