毕业设计基于工业Ethernet的嵌入式智能维护系统_电子论文

　　毕业设计基于工业Ethernet的嵌入式智能维护系统，共71页，42412字。
　　摘要
　　嵌入式智能维护系统是融网络通信技术、嵌入式计算机技术和自动化技术为一体，能嵌入和集成在被监测对象中的嵌入式远程监测、诊断、维护和控制装置。本文以基于工业Ethernet的嵌入式智能维护系统为研究对象，设计出一套结合了16位单片机SPCE061A和以太网控制芯片RTL8019as，以及实时嵌入式操作系统µC/OS－Ⅱ的嵌入式智能维护系统，应用于液压电液位置伺服控制系统中，并通过工业Ethernet连入Internet/Intranet（企业内联网）实现与远程主机PC的控制通信。本文的主要研究内容如下：
　　 1.论文分析了目前基于工业Ethernet的嵌入式智能维护系统的应用研究发展现状，根据具体研究对象的要求，确定出整体设计方案，提出了嵌入式系统的硬件环境的组成和操作系统的选择，开发出一套用于电液位置伺服系统监控的嵌入式智能维护系统。
　　 2.在对系统选用嵌入式处理器SPCE061A进行分析后，选择了一种具有实时多任务占先式特点的嵌入式操作系统µC/OS－Ⅱ，并完成了µC/OS－Ⅱ的移植任务。对16位单片机SPCE061A和以太网控制芯片RTL8019as的硬件结构和控制方式进行研究，完成了两者的连接电路的设计和制板，并完成了硬件的初始化控制程序的编写，。
　　 3.根据具体的应用需要得出了嵌入式系统连入工业Ethernet所必须完成的TCP/IP协议的子集，并在此基础上，在嵌入式系统中实现了所需的软件协议，从而实现了嵌入式系统和工业Ethernet的通信连接。同时，对于单片机和PC之间的通信控制协议进行研究，提出一套适合于应用的通信控制协议完成单片机和PC机之间的信息交互，实现了对液压设备的远程监控。
　　 4.分析比较了工业Ethernet相对于现场总线FCS在实时工业控制系统中的优势和不足之处，并针对其网络结构、实时控制、确定性等问题提出了改进措施，在此基础上提出了将工业Ethernet和现场总线技术相融合的观点。
　　 5.对于常用的数字PID算法进行分析，在嵌入式系统中完成了一种自适应PID控制算法，实现了对电液位置伺服系统的智能控制。
　　论文成功的完成了基于微处理器SPCE061A和以太网控制器RTL8019as的嵌入式工业Ethernet智能维护系统的设计，并应用于电液位置伺服系统的监控。
　　关键词：嵌入式系统, µC/OS－Ⅱ, TCP/IP , 数字式PID , 工业Ethernet
　　
　　目录
　　摘要 I
　　 Abstract Ⅱ
　　第一章绪论 1
　　 1.1 嵌入式系统的定义、概念 1
　　 1.2 嵌入式系统的组成、特点与意义 1
　　 1.2.1 嵌入式系统的组成 1
　　 1.2.2 嵌入式系统的特点： 2
　　 1.2.3 嵌入式系统的研究意义 2
　　 1.3 嵌入式系统的应用及发展趋势 2
　　 1.4 本课题的研究意义、目标及主要内容 3
　　 1.4.1 本课题的研究意义 4
　　 1.4.2 本课题的研究目标及主要内容 5
　　 1.5 本课题的研究的重点和难点 5
　　第二章嵌入式操作系统 7
　　 2.1 嵌入式操作系统的概念 7
　　 2.2 嵌入式操作系统的特点 7
　　 2.3 嵌入式操作系统的分类 8
　　 2.4 嵌入式实时操作系统 9
　　 2.5 实时多任务嵌入式操作系统——µC/OS－Ⅱ 10
　　 2.5.1 µC/OS－Ⅱ实时操作系统介绍 10
　　 2.5.2 µC/OS－Ⅱ实时操作系统内核的工作原理 12
　　 2.5.3 µC/OS－Ⅱ实时操作系统内核的特点 13
　　 2.6 µC/OS－Ⅱ实时操作系统在单片机上的移植和实现 14
　　 2.6.1 µC/OS－Ⅱ系统的结构分析与移植 14
　　 2.6.2 µC/OS－Ⅱ系统移植的实现 16
　　 2.7 本章小结 20
　　第三章嵌入式系统连入Internet的方法与实现 21
　　 3.1 嵌入式Internet的概念 21
　　 3.2 嵌入式系统连入Internet的技术模型 22
　　 3.3 嵌入式系统连入Internet的硬件实现 24
　　 3.3.1 凌阳16位单片机SPCE061A 24
　　 3.3.2 以太网控制芯片RTL8019AS 26
　　 3.3.3 微处理器SPCE061A和网卡芯片RTL8019as的硬件接口电路设计 29
　　 3.4 嵌入式系统连入Internet的软件实现 29
　　 3.4.1 微处理器SPCE061A的初始化编程 30
　　 3.4.2 网卡芯片RTL8019as的初始化编程 31
　　 3.4.3 网卡芯片RTL8019as接受和发送数据报的编程实现 33
　　 3.5 本章小结 37
　　第四章嵌入式系统的TCP/IP协议的实现 38
　　 4.1 嵌入式系统TCP/IP协议的选择 38
　　 4.1.1 TCP/IP协议的介绍 38
　　 4.1.2嵌入式系统TCP/IP协议的选择 41
　　 4.2 嵌入式系统TCP/IP协议的实现 44
　　 4.2.1 以太网802.3协议的实现 44
　　 4.2.2 ARP应答协议的实现 45
　　 4.2.3 IP协议的实现 46
　　 4.2.4 ICMP（Ping）协议的实现 48
　　 4.2.5 UDP协议的实现 49
　　 4.3 本章小结 51
　　第五章嵌入式系统在液压控制中的应用 52
　　 5.1 基于工业以太网的控制系统 52
　　 5.2 嵌入式液压控制系统的设计 54
　　 5.3 嵌入式PID控制器算法设计 54
　　 5.3.1 位置式PID控制算法 54
　　 5.3.2增量式PID控制算法 55
　　 5.3.3 自适应PID控制器NNC 56
　　 5.4 嵌入式液压控制系统的软件实现 58
　　 5.4.1 PC端网络控制程序的编写 58
　　 5.4.2 单片机控制程序的编写 59
　　 5.4.3 嵌入式系统中通讯协议的设计与实现 60
　　 5.5 本章小结 62
　　第六章总结与展望 63
　　 6.1 总结 63
　　 6.2 研究展望 63
　　参考文献 65
　　致谢 67

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