基于嵌入式系统的软测量仪表研制

摘要

随着科学技术的不断发展，工业对象现场过程复杂化程度越来越高，对于一些关键性的过程变量，无法在线直接测量，使得过程工业的发展受到局限。软测量技术的出现促进了工业过程的发展，本文从应用开发的角度实现了基于嵌入式系统的工业过程软测量仪表。
　　 本文研制了一种基于嵌入式系统的软测量仪表，主要包括硬件的设计、开发环境的移植、模型算法的建立和软件的编写这四个过程。论文首先从嵌入式系统的现状与软仪表开发的背景及意义出发，给出了本文研究的主要内容。详细描述了嵌入式Linux系统开发环境构建的各个步骤以及嵌入式Linux操作系统移植的具体步骤，应用Qt Creator集成开发环境设计人机界面。硬件系统方面采用ARM11开发板（S3C6410为微处理器核心）作为嵌入式软测量仪表的核心硬件电路，扩展逻辑控制器，同时还包括系统外设接口电路的实现原理，嵌入式以太网通讯模块的设计及实现。给出了工业过程软测量技术的实现过程，支持向量机构建软仪表的通用模型及实现框架，并对软测量建模的方法进行分析比较，将混合建模方案引入本文。软件的编写包括界面设计、数据预处理和编制模型算法，最终程序编译固化到FLASH存储器中。结合本次课题的实际项目内容，通过研究嵌入式软仪表在锅炉蓄热中的应用，验证本次设计的软测量仪表的效果。针对锅炉蓄热的简单机理模型与支持向量机结合的混合模型编写了求取锅炉蓄热系数的程序，通过采集电厂的现场数据对仪表进行测试，验证了本文所建模型的可行性，该系统基本能够满足设计的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 开发背景及意义

1．2 发展现状与趋势

1．3 本文的研究内容

1．4 论文章节安排

第2章 嵌入式系统

2．1 嵌入式系统概述

2．1．1 嵌入式系统的定义及特点

2．1．2 嵌入式操作系统

2．1．3 嵌入式Linux

2．2 嵌入式Linux开发环境构建

2．2．1 交叉开发环境模式

2．2．2 Linux软件环境

2．2．3 交叉编译环境

2．3 嵌入式Linux系统移植

2．3．1 移植U-Boot

2．3．2 移植Linux内核

2．3．3 嵌入式Linux文件系统

2．4 Qt Creator集成开发环境

2．5 本章小结

第3章 嵌入式硬件平台与网络通信

3．1 ARM11开发板的介绍

3．2 核心模块的原理图设计

3．2．1 处理器

3．2．2 NAND FLash电路

3．2．3 DDR存储器

3．2．4 电源与时钟电路

3．3 系统外设接口模块设计

3．3．1 串行接口电路

3．3．2 USB接口电路

3．3．3 LCD和触摸屏接口电路

3．3．4 JTAG接口电路

3．3．5 以太网通讯模块

3．4 嵌入式以太网通讯

3．4．1 Linux网络驱动

3．4．2 DM9000控制器

3．4．3 Linux网络通信

3．5 本章小结

第4章 软测量的软仪表实现

4．1 工业过程软测量技术的实现

4．1．1 辅助变量的选取

4．1．2 数据预处理

4．1．3 软测量模型的建立

4．1．4 模型的在线校正

4．2 软测量建模方法

4．2．1 传统的软测量建模方法

4．2．2 基于数据驱动的建模方法

4．2．3 混合建模方法

4．3 支持向量机构建软仪表

4．3．1 支持向量机模型

4．3．2 模型参数的调整

4．3．3 基于LS-SVM的软仪表实现

4．4 本章小结

第5章 嵌入式软仪表在锅炉蓄热过程中的应用

5．1 锅炉蓄热概述

5．1．1 锅炉蓄热系数整定方法

5．1．2 锅炉蓄热在协调中的应用

5．2 锅炉蓄热的简单机理模型

5．2．1 汽包蓄热

5．2．2 水冷壁蓄热

5．2．3 过热器蓄热

5．3 混合模型方案

5．4 锅炉蓄热模型的软仪表实现

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢