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多协议楼宇自动化通信平台的研究与实现

作　者: 张光明
导　师: 吴成东; 王晓哲
学　校: 东北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 楼宇自动化嵌入式系统 LwIP协议栈 TFT-LCD 多协议通信
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要

楼宇自动化系统是智能建筑的主要组成部分,负责对现场设备的状态和参数进行监测。目前,国内采用的楼宇自动化产品大都是国外厂商生产的,这些产品基本都是各自采用自己的总线标准,比如：Lon Works、CAN、RS485等。针对以上这种情况,本文提出了一种接入以太网的楼宇自动化系统集成方案。本文采用了先进的ARM Cortex-M3内核MCU STM32F107为主控芯片,以此为核心设计了电源电路、时钟电路、复位电路和JTAG仿真接口,外扩了数据存储和图像显示电路,提供了以太网、CAN、RS232/485等总线接口,从而构建起了楼宇自动化通信平台的硬件构架。在通信平台上移植了嵌入式TCP/IP协议栈LwIP,详细阐述了嵌入式TCP/IP协议栈LwIP在各个层次上函数的调用过程。在STM32F107上编写了以太网的驱动程序并且成功运行了LwIP协议栈。把嵌入式文件系统EFSL移植到了STM32F107上,并且在LwIP的基础上实现了文件传输功能,用C#语言Socket编写了上位机程序,能够使文件在上位机和通信平台间上传和下载。同时,还实现静态Web功能,在网页上可以显示通信平台所接入设备的基本信息。为了配合智能建筑中仪表自动识读的人工校对功能,研究了JPEG编解码的过程,完成了对TFT-LCD控制器ILI9320底层驱动程序的编写。为了提高在STM32F107上JPEG解码的速度,对反离散余弦变换采用了简化算法,实现了JPEG软解码。分别把CAN、RS232和RS485设备通过通信平台接入到以太网。编写了CAN和USART的底层驱动程序,以及三种总线到以太网的数据转换程序,通过Ethereal抓包软件验证了数据被成功转换到以太网上。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究的背景及意义  11-13
    1.1.1 课题研究的背景  11-12
    1.1.2 课题研究的意义  12-13
  1.2 楼宇自动化通信技术国内外发展现状  13-15
  1.3 本文研究内容及论文结构  15-17
第2章通信平台系统构架的实现  17-31
  2.1 系统构架设计  17-20
    2.1.1 系统的总体结构  17-19
    2.1.2 STM32F107微控制器  19-20
  2.2 系统核心电路设计  20-23
    2.2.1 电源模块  20-21
    2.2.2 复位电路  21
    2.2.3 时钟电路设计  21-22
    2.2.4 JTAG调试接口  22-23
  2.3 多协议接入电路设计  23-26
    2.3.1 以太网接口电路设计  23-24
    2.3.2 RS232接口电路设计  24-25
    2.3.3 CAN总线接口电路设计  25-26
  2.4 数据存储与图像显示电路设计  26-30
    2.4.1 数据存储电路设计  26-27
    2.4.2 图像显示电路设计  27-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章 TCP/IP协议与通信实现  31-53
  3.1 嵌入式TCP/IP协议栈  31-32
    3.1.1 TCP/IP协议简介  31-32
    3.1.2 嵌入式TCP/IP协议栈LwIP  32
  3.2 嵌入式TCP/IP协议栈LwIP移植  32-44
    3.2.1 LwIP协议栈实现的技术细节  32-35
    3.2.2 以太网驱动程序设计  35-36
    3.2.3 LwIP底层初始化  36
    3.2.4 ARP/DHCP协议实现  36-39
    3.2.5 IP/ICMP协议实现  39-42
    3.2.6 TCP/UDP协议实现  42-44
  3.3 嵌入式文件系统移植  44-46
    3.3.1 文件系统概述  45
    3.3.2 EFSL嵌入式文件系统移植  45-46
  3.4 基于LwIP文件传输与WEB实现  46-52
    3.4.1 文件传输功能的实现  46-50
    3.4.2 静态WEB的实现  50-52
  3.5 本章小结  52-53
第4章图像显示终端的设计与实现  53-63
  4.1 JPEG标准及文件格式  53-54
  4.2 JPEG压缩步骤  54-56
  4.3 LCD驱动程序的设计  56-58
    4.3.1 TFT-LCD显示技术  56
    4.3.2 LCD初始化及驱动程序设计  56-58
  4.4 JPEG图像软解码的实现  58-62
    4.4.1 熵解码  59-60
    4.4.2 反量化  60-61
    4.4.3 反离散余弦变换  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第5章多协议数据转换  63-73
  5.1 CAN总线设备接入  63-67
    5.1.1 CAN总线简述  63-64
    5.1.2 CAN总线驱动程序  64-65
    5.1.3 CAN-Ethernet转换  65-66
    5.1.4 测试结果及分析  66-67
  5.2 RS232设备接入  67-70
    5.2.1 RS232驱动程序  67-68
    5.2.2 RS232-Ethernet转换  68-69
    5.2.3 测试结果及分析  69-70
  5.3 RS485建筑能耗检测平台设备接入  70-72
  5.4 本章小结  72-73
第6章结论与展望  73-75
  6.1 总结  73
  6.2 展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
作者简介  81

多协议楼宇自动化通信平台的研究与实现

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