网络化控制嵌入式终端系统研究

论文摘要

21世纪的控制系统将是网络与控制结合的系统。随着计算机、通信、自动控制、微电子等技术的发展,人们对工业生产的智能化提出越来越高的要求,远程监控工业设备势必将成为发展趋势。随着制造工艺的进步,嵌入式控制芯片的成本越来越低,功能却越来越强大,不仅解决了嵌入式微控制器与Internet连接的技术问题,同时也使得这种连接费用降低到工业控制完全可以接受的程度,这促使了嵌入式网络控制技术的出现。本课题的研究工作是设计和实现网络化嵌入式控制系统终端平台。通过分析现有的网络化控制系统中的两大架构C/S模式和B/S模式,结合各自的优缺点,本文采用了嵌入式HTTP服务器&Java Applet相结合的系统架构,既可以发挥B/S模式的灵活便捷性,又可以达到C/S模式的专业性;在操作系统的选取上,考虑到控制系统满足实时性的要求,本文选取了uC/OS-II作为系统支撑,并移植到了UP-TECHS3C2410开发板上;为了实现终端平台的网络化功能,移植了uC/TCP-IP协议栈,开发了针对网络控制器DM9000A的驱动程序,构建了FAT32文件系统以及HTTP服务器。本文以工业洗衣机为控制对象,分析了其功能模块。并将工业洗衣机作为网络化嵌入式控制的实验对象,以常用的变频通讯、I/O控制以及模拟量的采集为客户端远程监控的目标。在嵌入式控制器上设计了相应的网络Socket监控以及洗衣机控制的应用程序,利用JavaApplet开发了客户端友好的用户界面以及控制网页,对工业洗衣机实现了基于Internet的远程实时监控,实现了在线的变频调速、阀门开关量的控制和洗涤仓温度的监控。最后,对网络化控制系统进行了总结展望。分析了网络化控制系统作为控制系统的一种所具有的传统控制系统的特点,以及处于网络环境中,所具有的新特性,提出了进一步研究的问题及主要研究工作。本系统为网络化嵌入式控制系统的进一步研究提供了软硬件上的支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 嵌入式网络化控制系统现状
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 主要研究工作
• 第2章 系统方案
• 2.1 网络架构方案
• 2.1.1 C/S 模式
• 2.1.2 B/S 模式
• 2.1.3 系统架构实现
• 2.2 操作系统方案
• 2.2.1 实时操作系统比较
• 2.2.2 操作系统选取
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统硬件及软件开发平台构建
• 3.1 系统软硬件开发平台
• 3.1.1 UP-TECH S3C2410 硬件简介?
• 3.1.2 UP-TECH S3C2410 软件平台
• 3.2 uC/TCP-IP 协议栈的分析与移植
• 3.2.1 TCP/IP 协议结构分析
• 3.2.2 uC/TCP-IP 结构与移植
• 3.2.3 DM9000AE 驱动程序设计
• 3.3 FAT32 文件系统及HTTP 服务器的建立
• 3.3.1 FAT32 的分析与移植
• 3.3.2 FAT32 下 NandFlash 驱动开发
• 3.3.3 FAT32 下 SD 卡驱动开发
• 3.3.4 HTTP 服务器的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 嵌入式网络控制应用开发实例
• 4.1 工业洗衣机简介
• 4.2 功能模块分析
• 4.3 嵌入式终端系统应用软件结构设计
• 4.3.1 变频通讯控制
• 4.3.2 开关量监控
• 4.3.3 A/D 量监控
• 4.3.4 控制器程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 客户端应用开发
• 5.1 客户端程序设计
• 5.1.1 网络收发数据程序设计
• 5.1.2 图形界面驱动程序设计
• 5.2 远程监控实验结果
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录