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人防工事核生化三防系统的ARM嵌入式平台设计

作　者: 周锦峰
导　师: 赵东风；张云徽
学　校: 云南大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 人防工事三防系统嵌入式 PC/104 CAN总线
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

人防工程是保障人民防空指挥、通信、掩蔽人员等免受或减轻核、生、化武器和常规炸弹杀伤破坏而专门建造的防护建筑。用以防护核、化学、生物武器袭击的各种装备器材称为三防装备。三防装备是部队在核、化学、生物武器条件下作战的保障。在人防工事的头部均有“三防”设施,主要有防护密闭系统、滤毒通风系统、洗消系统和核化自动报警系统等。“三防”设施不但对各种杀伤破坏因素进行防护,而且保障工程内隐蔽人员对清洁空气和进出工事的需求。本文介绍了某工事三防系统工程的设计方案。该方案主要包括三防系统的总体结构,现场采集控制单元使用的基于ARM嵌入式计算机的平台,系统软件功能及RS485通信协议设计。着重介绍了插于ARM嵌入式计算机PC/104总线上的两块定制功能RS485通信板块和10输入输出板卡的设计方法。该设计方法包括通过CPLD对PC/104总线读写时序的设计,PC/104总线IO端口地址译码的方法,多路中断复用和通过CPLD实现定制板卡寄存器设置的方法等。最后,通过采用RS485通信方式的通信协议分析工程实施安装过程中遇到的问题后,提出了一套基于CAN总线的三防控制系统工程设计方案及CAN总线通信协议设计。此通信协议能满足接入三防系统的各种现场环境监测控制设备的数据、报警信息传递要求,同时考虑了联入总线设备的通信地址自动分配方法,以及满足三防系统设备监测数据量程范围跨越12个数量级的要求。在该通信协议中采用了报警、设备故障信息由设备主动发送和监测数据由上位机请求发送的方式,且几种不同信息安装不同的优先权级别定义。该通信协议的设计为我单位及其他电子信息产业单位在今后三防系统建设方面起到一定的参考作用。此次设计的的核、生、化三防控制系统工程在国防系统有一定规模的量产,工程产品形成近八千万元产值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 人防工程介绍  8-9
  1.2 核生化三防控制系统  9-10
  1.3 ARM的嵌入式系统平台  10-11
  1.4 本文研究目的及意义  11
  1.5 本文主要内容及章节安排  11-13
第二章人防工事核生化三防系统的ARM嵌入式平台设计系统概述  13-19
  2.1 系统介绍  13-16
    2.1.1 某三防系统结构  13-14
    2.1.2 基于ARM的嵌入式平台  14-15
    2.1.3 三防系统软件构成  15-16
  2.2 通信协议设计  16-17
  2.3 实施过程中遇到的问题  17-19
第三章定制功能PC/104板卡设计  19-40
  3.1 PC/104介绍  19-24
    3.1.1 机械结构  19-20
    3.1.2 电气特性  20-21
    3.1.3 信号规范  21-22
    3.1.4 总线读写时序  22-24
  3.2 芯片选型  24-25
    3.2.1 CPLD选型  24-25
    3.2.2 UART芯片选型  25
  3.3 全光电隔离8通道RS485定制板卡设计  25-31
    3.3.1 功能要求  25
    3.3.2 硬件结构框图  25
    3.3.3 PC/104总线信号安排  25-26
    3.3.4 半双工RS485收发自动切换  26-28
    3.3.5 回环测试  28
    3.3.6 TL16C554硬件连接  28-29
    3.3.7 光电隔离  29
    3.3.8 中断汇总  29-30
    3.3.9 地址译码  30-31
  3.4 多路IO输入输出定制板卡设计  31-37
    3.4.1 功能要求  31-33
    3.4.2 硬件框图  33
    3.4.3 PC/104总线信号安排  33-34
    3.4.4 光电隔离、中断选择、地址译码  34
    3.4.5 CPLD功能  34
    3.4.6 IO卡与单板机的软件接口  34-36
    3.4.7 24通道IO输出逻辑  36-37
    3.4.8 触发信号输出逻辑  37
  3.5 驱动程序设计  37-39
  3.6 组装和调试  39-40
第四章使用CAN总线的系统改造设计  40-51
  4.1 现有系统RS485通信分析  40
  4.2 采用CAN总线通信的设计  40-51
    4.2.1 CAN总线介绍  40-42
    4.2.2 CAN通信协议设计  42-48
      4.2.2.1 CAN总线数据报文  42-44
      4.2.2.2 三防系统CAN数据帧设计  44-48
    4.2.3 三防系统监测数据分析  48-49
    4.2.4 小结  49-51
第五章总结与展望  51-53
  5.1 总结  51
  5.2 展望  51-53
参考文献  53-54
致谢  54-55
附录  55-69
  1.光电隔离8通道RS485板卡电路原理图  55-56
  2.光电隔离8通道RS485板卡PCB板图  56-60
  3.定制功能IO板卡电路原理图  60-61
  4.定制功能IO板卡PCB板图  61-65
  5.部分VHDL程序清单  65-69

人防工事核生化三防系统的ARM嵌入式平台设计

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