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基于工业以太网的造纸质量控制系统设计
作 者: 李其珂
导 师: 付红桥
学 校: 重庆大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 质量控制系统 工业以太网 嵌入式微处理器 嵌入式Linux Boa
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
本课题针对造纸工业的应用需求,以研究和开发性能可靠,低成本,易扩展和易升级的造纸质量控制系统为目标。论文首先分析造纸工艺流程,研究了纸张质量参数的测控原理和控制结构,在此基础上将工业以太网通信技术应用于造纸测控技术,提出了基于工业以太网的测控系统总体方案。根据这个方案基于AT91RM9200完成了总体硬件设计,并以嵌入式Linux为平台实现了总体软件设计。论文选用AT91RM9200作为硬件开发平台,对质量控制系统主要的硬件模块电路进行了详细设计,包括电源电路、时钟电路、复位电路、SDRAM存储器接口电路、NOR Flash存储器接口电路、NAND Flash存储器接口电路、DM9161以太网通信电路、RS232串口通信电路、定量测量电路、水分测量电路、驱动控制电路和声光报警电路等。软件平台采用了嵌入式Linux操作系统,整体软件架构采用分层设计,至下而上分为引导层,Linux系统层以及应用程序层。本文详细论述了控制系统软件开发平台的搭建过程和基于Linux的应用程序。软件平台的搭建主要包括基于AT91RM9200的Bootloader设计和嵌入式Linux内核移植。应用程序主要包括数据采集与处理软件、积分分离PID控制算法及其MATLAB仿真和工业Ethernet网络管理软件。最后,对设计的模块进行了性能测试和系统集成,并给出实验结果。实践证明,本课题设计的基于工业以太网的造纸质量控制系统运行可靠,具有低成本、构建灵活、易扩展等优点,具有良好的推广前景。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-8 1 绪论 8-14 1.1 课题研究背景和意义 8 1.2 国内外造纸测控技术 8-10 1.2.1 国内外造纸测控技术现状 8-9 1.2.2 国内外造纸测控技术发展趋势 9-10 1.3 工业以太网通信技术 10-11 1.4 课题来源及主要研究内容 11-12 1.4.1 课题来源 11-12 1.4.2 主要研究内容 12 1.5 本章小结 12-14 2 方案研究与设计 14-28 2.1 造纸工艺流程及质量参数的测控原理 14-17 2.1.1 造纸工艺流程 14 2.1.2 质量参数的测控原理 14-17 2.2 测控系统研究 17-21 2.3 系统控制结构设计 21-22 2.4 系统总体硬件设计 22-24 2.4.1 AT91RM9200 片上系统概述 22-23 2.4.2 系统硬件框图设计 23-24 2.5 系统总体软件设计 24-26 2.5.1 嵌入式 Linux 概述 24-25 2.5.2 系统软件架构设计 25-26 2.6 本章小结 26-28 3 系统硬件详细设计 28-44 3.1 最小系统模块电路设计 28-31 3.1.1 电源电路设计 28-29 3.1.2 时钟电路设计 29-30 3.1.3 复位电路设计 30-31 3.2 存储器模块电路设计 31-34 3.2.1 SDRAM 接口电路设计 31-32 3.2.2 NOR Flash 接口电路设计 32-33 3.2.3 NAND Flash 接口电路设计 33-34 3.3 通信模块电路设计 34-37 3.3.1 RS232 接口电路设计 34-35 3.3.2 工业以太网接口电路设计 35-37 3.4 数据采集模块电路设计 37-41 3.4.1 纸张定量测量电路设计 37-40 3.4.2 纸张水分测量电路设计 40 3.4.3 ADC 电路设计 40-41 3.5 控制模块电路设计 41-43 3.5.1 驱动控制电路设计 41-42 3.5.2 声光报警电路设计 42-43 3.6 本章小结 43-44 4 系统软件详细设计 44-60 4.1 嵌入式 LINUX 开发环境的建立 44 4.2 BOOTLOADER 设计 44-48 4.2.1 AT91RM9200 的启动过程 45-46 4.2.2 loader 设计 46 4.2.3 boot 设计 46-47 4.2.4 U-boot 设计 47-48 4.2.5 Bootloader 测试 48 4.3 嵌入式 LINUX 内核移植 48-52 4.3.1 获取 Linux 内核源代码 48 4.3.2 修改 Linux 内核源代码 48-51 4.3.3 Linux 内核配置 51-52 4.3.4 Linux 内核编译 52 4.4 数据采集程序 52-53 4.5 PID 控制算法及其 MATLAB 仿真 53-56 4.5.1 PID 概述 53-54 4.5.2 改进的 PID 算法及其 MATLAB 仿真 54-56 4.6 WEB 服务器 BOA 的移植 56 4.7 网络管理系统设计 56-59 4.7.1 用户权限管理进程设计 56-58 4.7.2 网络管理进程设计 58-59 4.8 本章小结 59-60 5 系统测试与实验结果 60-64 5.1 模块性能测试 60-63 5.1.1 工业以太网通信测试 60-61 5.1.2 数据采集模块性能测试 61-62 5.1.3 控制模块性能测试 62-63 5.2 本章小结 63-64 结论 64-66 致谢 66-68 参考文献 68-72 附录 72-78 A. 电路原理图 72-75 B. 源代码 75-78 C. 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果 78
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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