《智能仪器外部接口的设计与实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能仪器外部接口的设计与实现（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国科学技术大学 硕士学位论文 智能仪器外部接口的设计与实现 姓名：殷冬冬 申请学位级别：硕士 专业：检测技术与自动化装置 指导教师：程健 20100510 摘 要 I 摘 要 摘 要 计算机科学和微电子学的发展给传统的测量仪器带来了巨大的冲击和革命 性的影响。随着微处理器在体积小、功能强、价格低等方向上的进一步发展，以 及测量技术与计算机技术、通信技术、自动控制技术的结合愈加紧密，产生了具 有运算、存储、自动化操作和通信功能的智能仪器。仪器智能化的提高对仪器与 外界的通信提出了更高的要求， 主要体现在通信速率高、 抗干扰性强、 使用方便、 组网容易等特点上。因此，智能仪器外部接口的开发对其智
2、能化的提高具有很强 的现实意义。 静电探针自动测量仪是一种测量等离子体特性参数的智能仪器，具有广泛 的应用价值。本文以静电探针测量仪为应用背景，在其已经实现串口通信的基础 上，设计并实现了USB、以太网和蓝牙通信，使设备性能得到提升，使用更加方 便。同时，该论文还为相关智能设备外部接口的开发提供了一种通用方法。 本文所涉及的智能仪器外部接口通信方式包括USB、 以太网和蓝牙通信。 USB 通信接口的实现主要包括基于LPC2148微处理器的USB硬件电路设计，USB固件程 序设计， Windows XP下的USB驱动程序设计和上位机应用程序设计。以太网通信 接口的实现采用以Atmel公司的AT9
3、1RM9200微处理器为核心的硬件结构，编译并 移植了Linux2.6内核， 并完成了以太网驱动程序设计以及上下位机网络应用程序 设计。蓝牙通信的实现以AT91RM9200为主控制器，辅以GC-232-2蓝牙模块，完成 蓝牙接口的软硬件设计。 在完成上述接口通信的同时，本文还对串口、USB、以太网和蓝牙这四种通 信方式进行了简单的比较。除此之外，还设计了一套适用于静电探针自动测量仪 的上下位机通信交互协议。 关键词：关键词：智能仪器 静电探针 ARM USB 以太网 蓝牙 机械扫描 ABSTARCT II ABSTRACT The development of computer science
4、 and microelectronics causes tremendous impact and revolutionary influence to traditional measurements and instruments. With the further development of the microprocessor in small, powerful function, low price direction, and closer connection between measurement technology and computer technology, c
5、ommunication technology and automation technology, intelligent instrument with the function of computation, memory, automatic operation and communication function had come out. The intellectualize of the instrument has a higher standard on the communication between the instrument and the outside wor
6、ld, mainly reflected in higher communication rate, more powerful anti-jamming, easier use, easier network construction and etc. Therefore, the development of the external interface of intelligent instrument has a very strong significance for the intellectualize of the intelligent instrument. Langmui
7、r probe automatic measuring instrument is an intelligent instrument which is mainly used to measure the plasma parameters. As the Langmuir probe automatic measuring instrument for application background, in this paper, we designed and implemented USB, Ethernet and Bluetooth interface on the bases of
8、 serial port communication. And so the performance of the instrument had been promoted and much easier to use. At the same time, this paper has also provided a universal method for developing external interface of intelligent instrument. The external interface of intelligent devices involved in this
9、 paper include USB, Ethernet and Bluetooth. The implementation of USB interface mainly include the USB hardware circuit design which based on LPC2148 microprocessor, USB firmware program design, USB driver design in Windows environment and application design. The implementation of Ethernet interface
10、 used AT91RM9200 microprocessor hardware structure, compiled and transplanted Linux 2.6 kernel, and ABSTRACT III also included network driver and network communication application. The design of Bluetooth communication introduce AT91RM9200 microprocessor and GC-232 Bluetooth module, completed the so
11、ftware and hardware design of Bluetooth interface. Besides the implementation of those communication interface, we also make a simple comparison for serial, USB, Ethernet and Bluetooth communication interface. In addition to this, we also designed a suit of communication protocol between host and de
12、vice which is suitable for langmuir probe automatic measuring instrument. Key Words: Intelligent instrument The Langmuir probe ARM USB Ethernet Bluetooth Mechanical scanning 论文原创性和授权使用声明 本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工 作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对 本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人
13、授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即： 学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：_ 年 月 日 第 1 章 绪论 1 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 课题背景 1.1 课题背景 智能仪器是指能够对数据进行运算、存储、自动化操作且具有通信功能的电 子仪器。它能根据被测参数的范围变化自选量程，可自动校正、自动补偿、自我 诊断、自我恢复等，具有一定的智慧。智能仪器是信息化的核心设备，同时也是
14、现代工业的核心技术之一1。 智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统， 主要由硬件和软件两大部分 组成。硬件部分主要包括主机系统、微处理器、存储器、电源、时钟、复位电路、 A/D转换器、D/A转换器、人机接口电路、通信接口电路等部分组成。软件部分 主要包括应用程序和驱动程序。应用程序主要负责数据的采集、存储、处理和结 果的显示， 以及人机交互方面的设计。 驱动程序则主要实现仪器的USB、 以太网、 蓝牙等外部接口的通信和相应外设的驱动，如电机、打印机等。 目前，智能仪器正向着功能多样化，系统集成化、模块化，通信高速化、网 络化，使用便捷化的方向发展。因此，智能仪器的发展对其外部通信接口提出了
15、更高的要求。然而，在工业和医疗等场合，仍然有很多智能仪器采用串口的方式 与主机进行通信。由于串口通信存在通信速率慢，不支持热插拔等缺点，而且目 前很多PC机没有串口，因此采用其它方式实现主从设备通信是智能设备发展的 必然需求。本文以静电探针自动测量仪为应用背景，提出并实现了主从设备之间 的USB、 以太网和蓝牙通信， 并为智能仪器外部接口的开发提供了一种通信方法， 同时还为智能仪器之间的网络互连和与因特网的连接打下了基础。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2.1 智能仪器的现状及发展趋势 1.2.1 智能仪器的现状及发展趋势 仪器仪表的发展可简单的划分为
16、三个阶段：第一阶段是指针式仪器仪表，如 指针式电压表、电流表、万用表等，它们主要是基于电磁原理并通过指针来显示 测量的结果，这类仪器功能简单、精度低、响应速度慢2,3；第二阶段是数字式 仪器仪表，它的基本原理是将待测的模拟信号转化为数字信号进行测量、计算， 并以数字的形式显示测量结果，如数字式万用表等仪器，这类仪器的特点是精度 较高，响应速度较快，结果显示清晰、直观，并且容易与计算机技术结合起来； 第 1 章 绪论 2 第三阶段就是智能仪器，智能仪器的主要特征就是内含微处理器，因此，它们通 常是集信息采集、信息提取、信息处理和结果显示于一体的仪器仪表，并具有自 我诊断、自我恢复等功能。 计算机和微处理器技术的发展和普及，推动了智能仪器的发展。目前，国内 的智能仪器普遍采用16位和32位微处理器，它们能够完成信号的采集、信号的处 理、控制信号的输出、放大、人机交互以及与其他机器进行
