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网位仪信号采集与处理平台的设计与实现

作　者: 王明涛
导　师: 李海森
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 网位仪 ARM Linux 驱动程序应用程序
分类号: S951.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 7次
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内容摘要

网位仪是一种比较新的水声助渔仪器,最近几年才在我国出现的,但完全依靠国外进口,不仅价格昂贵,且维护成本高。本文围绕我国首台自主研发的具有自主知识产权的网位仪原理样机开展。本文主要完成网位仪系统信号采集与处理平台的设计与实现工作。根据网位仪系统对多任务、实时性和可靠性的指标要求,网位仪信号采集与处理平台采用嵌入式微处理器FPGA+微控制器ARM的架构,再结合嵌入式Linux操作系统的实现方案。本文详细分析了网位仪系统信号采集与处理平台的性能指标要求之后,具体完成了核心芯片的选型和平台上各个功能模块的电路设计及调试。进而重点研究了ARM体系结构和嵌入式Linux操作系统的开发方法,开发出一套完整的基于ARM和Linux系统的嵌入式软件系统,为网位仪信号采集与处理平台和网位仪系统提供必要服务。嵌入式操作系统移植到ARM微控制器上是本论文工作的重要部分。整个网位仪信号采集与处理平台以ARM芯片为核心,在Linux系统的统一管理下,稳定而可靠的运行。基于Linux的外围设备驱动程序开发和应用程序开发是本论文工作的另一重要部分。在完成Linux操作系统移植的基础上,设计并实现SPI总线驱动开发和ARM与FPGA之间的通信等待程序模块。实现了ARM通过串口发送工作状态指令；实现了网位仪系统数据的网络传输。网位仪信号采集与处理平台设计完成之后,分别进行水池实验和湖北宜昌清江试验对网位仪系统进了工作性能的验收工作。实验证明,网位仪系统和网位仪信号采集与处理平台工作稳定,达到了设计要求。

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摘要 4-5ABSTRACT 5-8第1章绪论 8-15 1.1 引言 8 1.2 网位仪发展历史与研究现状 8-12 1.3 网位仪系统组成 12-14 1.3.1 网位仪控制系统 12-13 1.3.2 电源系统 13 1.3.3 水下发射系统 13 1.3.4 水下接收预处理系统 13 1.3.5 网位仪采集与处理系统 13 1.3.6 PC机实时显控 13-14 1.4 本论文的主要内容及章节安排 14-15第2章网位仪信号采集与处理平台硬件设计 15-27 2.1 信号采集与处理平台设计方案 15-16 2.2 信号采集与处理平台核心芯片介绍 16-19 2.2.1 数据采集与处理 16-17 2.2.2 网位仪系统控制核心 17-19 2.3 信号采集与处理平台硬件设计实现 19-26 2.3.1 平台信号采集电路设计 19-20 2.3.2 平台控制核心的UART通信设计 20-22 2.3.3 平台网络通信模块设计 22-24 2.3.4 平台辅助采集模块设计 24-26 2.4 本章小结 26-27第3章网位仪信号采集与处理平台软件设计 27-51 3.1 软件系统总体设计概述 27-28 3.2 嵌入式Linux系统在ARM芯片上的移植 28-33 3.2.1 嵌入式系统的选择 28-29 3.2.2 嵌入式Linux系统的移植 29-31 3.2.3 嵌入式软件开发交叉编译环境的建立 31-33 3.3 基于Linux的嵌入式设备驱动软件设计 33-42 3.3.1 基于Linux系统的驱动程序概述 33-35 3.3.2 基于Linux系统的SPI总线驱动开发 35-39 3.3.3 ARM与FPGA通信驱动程序开发 39-42 3.4 基于Linux的嵌入式应用软件设计 42-48 3.4.1 网位仪系统网络通信实现 42-46 3.4.2 Linux系统下串口通信实现 46-48 3.5 网位仪信号处理算法简介 48-50 3.5.1 网位仪系统信号处理算法选择 48-49 3.5.2 相移波束形成算法仿真 49-50 3.6 本章小结 50-51第4章网位仪原理样机性能验收试验 51-59 4.1 实验室电路联调 51-53 4.2 水池实验 53 4.3 湖北宜昌清江试验 53-58 4.3.1 实验大纲的制定和网位仪系统恢复实验 54-55 4.3.2 网位仪系统静态实验 55-57 4.3.3 网位仪系统动态测试实验 57-58 4.4 本章小结 58-59结论 59-60参考文献 60-63攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 63-64致谢 64

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