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基于ARM的低功耗单兵便携数据采集处理系统的设计与实现

2020-12-12阅读(383)

基于ARM的低功耗单兵便携数据采集处理系统的设计与实现

论文摘要

未来的战争主要是爆发在高技术信息化条件下的局部战争,先进的武器装备使战斗的非接触性和高效性大大加强。这要求指挥系统相应的具有更高速度,更稳定,更便捷的特点。从某种角度讲,未来的战争,要求作战力量能有机的结合为一个系统,如同一个生物。单兵,作为战场上的最基础作战单元,其重要性不降反升。就如同我们人的末端神经传感器,单兵传回的信息往往是最新最具体的。在世界各国开始陆续研究未来单兵作战系统的今天,在新的战争模式条件下我军的信息化转型也会是必然的结果。未来单兵作战系统不但代表着未来军队技术的信息化发展方向,也是人类在未来战争下单兵装备系统人性化研究的趋势。本论文源于单兵系统,以系统集成芯片的设计技术和当前比较成熟的嵌入式技术为开发基础,结合单兵小范围无线通信和后方指挥监控中心来实现设计功能。本课题涉及到传感器应用,数据采集和处理,短距离无线通信和自动控制等方面的技术问题。本论文的主要研究方向是设计和实现战场信息传递的低功耗嵌入式数据采集处理系统,通过姿态传感器采集到的单兵姿态信息,经过相应算法的处理,形成姿态矩阵表,通过ZigBee传输模式传送到指挥中心的数据处理终端服务器上,完成信息的采集和处理。本论文主要介绍了便携式数据采集系统的软硬件研制过程。介绍了嵌入式系统低功耗的设计方法和ZigBee协议的相关概念,简要介绍了了基于S3C2440ARM处理器的Linux内核和BSP包的移植和开发方法以及基于ZigBee协议的无线传输模式。论述了系统硬件设计,介绍了设计硬件系统模块化设计思想。并且详细给出了ARM嵌入式处理模块、无线传感模块、ZigBee模块等的电路设计。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 背景及理论
  • 1.2 国内外研究情况
  • 1.3 我国发展单兵系统的必要性及策略
  • 1.5 本研究课题的来源
  • 1.6 主要研究内容
  • 1.7 本文结构
  • 第二章 嵌入式操作系统及其体系结构
  • 2.1 嵌入式系统的发展历史及特点
  • 2.2 嵌入式系统的特点
  • 2.3 嵌入式处理器概述
  • 2.4 ARM处理器的特点及应用领域
  • 2.5 嵌入式Linux操作系统概述
  • 2.6 基于ARM9嵌入式Linux内核移植的可行性分析
  • 第三章 ZigBee的基本概念
  • 3.1 ZigBee技术简介
  • 3.2 ZigBee技术的应用前景
  • 3.3 ZigBee网络体系结构
  • 3.3.1 ZigBee的功能类型设备
  • 3.3.2 ZigBee的节点类型
  • 3.3.3 ZigBee的拓扑结构
  • 3.3.4 ZigBee的工作模式
  • 3.4 ZigBee协议的体系结构
  • 3.5 ZigBee的组网原理
  • 第四章 嵌入式系统的功率优化方法
  • 4.1 处理器的选型
  • 4.1.1 处理器供电电压和时钟频率
  • 4.1.2 总线宽度
  • 4.2 接口驱动电路的设计
  • 4.2.1 端接电阻的选取
  • 4.2.2 悬空脚的处理
  • 4.2.3 缓冲器的必要性
  • 4.3 电源的动态管理
  • 4.3.1 工作模式的选择
  • 4.3.2 关闭不需要的外设控制器
  • 4.4 系统的供电设计
  • 4.4.1 线性稳压转换
  • 4.4.2 DC to DC
  • 第五章 系统技术方案和途径设想
  • 5.1 系统设计目标及体系架构
  • 5.1.1 系统设计目标
  • 5.1.2 系统的体系架构
  • 5.2 系统主要技术参数和性能指标
  • 5.2.1 单兵信息装备
  • 5.2.2 便携数据处理设备
  • 5.3 系统主要技术途径设想
  • 5.3.1 便携数据处理设备模块
  • 5.3.2 无线传感器模块
  • 5.3.3 传感器模块
  • 5.3.4 ZigBee模块
  • 5.3.5 ZigBee网关
  • 第六章 便携数据采集处理系统的设计实现
  • 6.1 便携数据采集处理设备模块
  • 6.1.1 原理框图
  • 6.1.2 复位设计
  • 6.1.3 时钟设计
  • 6.1.4 内存设计
  • 6.1.5 FLASH设计
  • 6.1.6 系统电源的设计
  • 6.1.7 模块成品图
  • 6.2 ZigBee模块设计
  • 6.2.1 模块说明
  • 6.2.2 应用范围
  • 6.2.3 模块特点
  • 6.2.4 模块接口说明
  • 6.3 无线传感器模块设计
  • 6.3.1 原理框图
  • 6.3.2 终端节点流程
  • 6.3.3 无线数据的收发
  • 6.4 ZigBee组网
  • 6.4.1 ZigBee网络平台的体系架构
  • 6.4.2 网络协调器的实现
  • 第七章 系统的功耗优化策略和实现
  • 7.1 处理器的功耗优化
  • 7.2 电源的动态管理
  • 7.3 电源动态管理程序
  • 第八章 嵌入式操作系统以及相关驱动设计
  • 8.1 嵌入式操作系统的选型
  • 8.2 嵌入式软件开发流程
  • 8.3 Linux操作系统的移植
  • 8.3.1 BootLoader的开发
  • 8.3.2 Linux内核的移植
  • 8.3.3 根文件的制作
  • 第九章 结论和展望
  • 参考文献
  • 致谢

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