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1、 I摘 要 本文以中央储备粮赤壁直属库粮情管理监控系统的设计为背景介绍了一款基于 S3C44B0X 微处理器的嵌入式系统在粮情监控系统中的应用该系统取代传统的工控机作为现地控制单元LCU在粮库管理监控系统中起着承上启下的作用 首先本文介绍了嵌入式系统的基本概念特点和发展状况以及与通用计算机系统相比所具有的优越性重点介绍了嵌入式系统在工业控制领域的应用情况 然后本文针对粮情监控系统的应用特点和设计要求在对我国粮情监控系统的现状进行了深入分析的基础上提出了一种基于嵌入式系统的粮情监控系统的设计方案粮情监控系统采用三层体系结构它们分别为生产管理层过程监控层和现场控制层生产管理层主要由生产调度监控主机
2、打印机等装置组成过程监控层主要由现地控制单元(LCU) 组成现场控制层采用数字集成粮仓测温系统机电一体化库房门窗自动启闭系统和通风冷却系统组成现场控制层和过程监控层之间采用现场总线 CAN 总线相连同时备有 485 总线作为备份过程控制层和生产管理层之间则通过以太网相连 再后本文分别对三层体系结构的设计进行了介绍尤其是对过程监控层的嵌入式工作站的硬件平台设计和现场控制层中基于数字式温度传感器 DS18B20 的智能测温系统进行了详细介绍 最后本文在对该系统在实际应用中存在的问题分析的基础上针对目前系统存在的不足提出了改进意见并对本系统的应用前景进行了展望 关键词嵌入式系统嵌入式微处理器现场总线
3、监控系统 IIAbstract Based on the design of management monitor system of the Chibi grain depot which belongs to China Center Grain Reservation Bureau, the dissertation discusses the application of embedded system based on S3C44B0X which replaces traditional industry control computer to grain depot manage
4、ment monitor system. The embedded system can connect the up and the down. First of all, the paper explains the basic conceptcharacter and development condition of embedded system. Together the general computer system compared, embedded system has itself characteristics. Embedded system is a computer
5、 system of simplifying. The dissertation discusses the application of embedded system apply in industry control realm. Secondly, according to the circumstance of the grain detecting and controlling system, this paper put forward a project of the grain detecting and controlling system. In this projec
6、t, system is based on three layers network.There are the supervisor the process detecting and controlling and the local control unit.The supervisor includes the host computer and the printer. The upper level network is Ethernet and the bottom layer network is CAN bus (standby 485 bus). The embedded
7、system acts as a local control unit. Thirdly, this paper detailed explains the design of three layers network. Especially the embedded system that acts as a local control unit and the scale temperature circuit based on the digital temperature sensor DS18B20. Finally, based on the analyser of the pro
8、blems of management monitor system of the Chibi grain depot, the paper puts forward some rectify schemes. The grain detecting and controlling system have a capacious application foreground. Keyword: Embedded systemEmbedded microprocessorLocale bus Monitor system 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取
9、得的研究成果尽我所知除文中已经标明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体均已在文 中 以 明 确 方 式 标 明本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的 法 律 结 果 由 本 人 承担 学位论文作者签名陈涛 日期 2004 年 5 月 9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定即学校有权保留并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本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容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和汇编本学位论文 保密
10、 在_ _ _ _ _ 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名陈涛 指导教师签名王仲东 日期2 0 0 4 年 5 月 9 日 日期2 0 0 4 年 5 月 9 日 1 1 绪 论 随着科学技术的迅猛发展人们在生活水平不断得到改善的基础上对工作环境和劳动强度上的要求也越来越高于是对工业企业的自动化程度的要求也越来越高很多企业开始采用微机监控系统对工业现场的仪表和设备进行监测和控制即减轻了劳动强度又提高了可靠性目前微机监控系统主要有集散控制系统和在集散控制系统基础上发展起来的现场总线控制系统二者虽然在系统结构上有区别但控制思想是一样的即控制系统的数据采集器
11、和控制执行器在空间上分散分布而控制操作由系统中的控制器集中完成微机监控系统中的监控主机就是系统中的集中控制器它对采集到的数据进行处理并控制相关设备工作 近年来3CComputer,Communication,Consumer合一的发展趋势逐渐明朗计算机微型化和专业化趋势已成事实这两种发展趋势都产生了一个共同的需求嵌入式系统目前一般使用工业控制计算机作为监控主机工业控制计算机具有很高的性能和很好的抗干扰能力能够长期稳定的运行其缺点是价格较高体积笨重安装操作不方便在一些工业应用中并不实用随着微电子技术的发展嵌入式微处理器的集成度越来越高性能越来越强由过去的 8 位16 位升级到 32 位和 64
12、位 基于 32 位嵌入式处理器的嵌入式系统由于具有较高的性价比 体积小巧使用灵活方便等优点在控制要求不是很高的情况下已经完全可以取代通用的工控机在监控系统中作为监控主机起到集中控制器的作用 1.1 嵌入式系统的概念 随着微处理器技术的发展 嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分嵌入式系统被定义为1以应用为中心以计算机技术为基础软件硬件可裁剪适应应用系统对功能可靠性成本体积功耗严格要求的专用计算机系统简言之一个嵌入式系统就是一个计算机硬件和软件的集合体有时还包括其它一些机械部分它是为完成某种特定的功能而设计的有时我们也称其为嵌入式设备2 它是指具有计算机功能但又不称为计算机的设备或器材几乎
13、包括了我们周围的所有电器设备PDA手机机顶盒汽车微波炉电梯自动售货机和自动取款机等等2还有一种定义方法在各定义中嵌入式系统被定义为非 PC 系统它包括硬件和软件两部分硬件包括处理器/微处理器存储器及外设器件和 I/O 端口图形控制器等软件包括操作系统软件和应用程序编程有时设计人员把这两种软件组合在一起应用程序控制着系统的运作和行为而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用嵌入式系统被广泛应用于制造工业过程控制通信仪器仪表汽车船舶航空航天军事装备消费品产品等方面 1.2 嵌入式系统的特点 大体上看嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下几个主要的不同点3嵌入式系统通常是面向特定应用的因此
14、嵌入式 CPU与通用型的最大不同就是嵌入式 CPU 大多工作在为特定用户群设计的系统中 它通常都具有低功耗 体积小 集成度高等特点 能够把通用 CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化移动能力大大增强跟网络的耦合也越来越紧密 嵌入式系统是将先进的计算机技术半导体技术电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物这一点就决定了它必然是一个技术密集资金密集高度分散不断创新的知识集成系统 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计量体裁衣去除冗余力争在同样的硅片面积上实现更高的性能这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力其中嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功
15、能的关键对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同 首先软件要求固态化存储其次要求高质量高可靠性的软件代码此外许多应用要求系统软件具有实时处理能力 嵌入式系统本身不具备自开发能力即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的必须有一套开发工具和环境才能进行开发 3 由于嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器我们有必要了解嵌入式微处理器的特点嵌入式微处理器一般具备以下四个特点对实时多任务有很强的支持能力能完成多任务并且有较短的中断响应时间从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度 具有功能很强的存储区保护功能这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化而为了避免在软件模块
16、之间出现错误的交叉作用 需要设计强大的存储区保护功能同时也有利于软件诊断 可扩展的处理器结构以能最迅速地扩展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器嵌入式微处理器必须功耗很低尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此如需要功耗只有 mW 甚至 W 级 此外我们的嵌入式系统软件需要 EOSEmbedded Operating System,嵌入式操作系统开发平台这是因为对于嵌入式系统应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行但是为了合理地调度多任务利用系统资源系统函数以及和专家库函数接口用户必须自行选配 EOS 开发平台这样才能保证程序执行的实时性可靠性并减少开发时间保障软件质量 一个优秀的 EOS 是嵌入式系统成功的关键EOS 是相对于一般操作系统而言的它具备了一般操作系统最基本的功能如任务调度同步机制中断处理文件功能等但嵌入式系统仅具有这些功能是不够的为了适应不断发展的嵌入式产品的要求E
