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BESⅢ超导磁体数据采集系统的设计与实现

作　者: 廖院松
导　师: 黄光明
学　校: 华中师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: BESIII超导磁体 CAN-bus 数据采集嵌入式网关
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 76次
引　用: 1次
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内容摘要

本课题是在北京正负电子对撞机/北京谱仪升级改造国家重大科学项目的背景下,设计与实现BESIII超导磁体数据采集系统。该数据采集系统为BESIII超导磁体运行状态分析以及磁体失超分析提供数字接口,为超导磁体的安全运行提供有力保障。本文在简要分析设计要求的基础上,提出了基于CAN-bus的分布式数据采集系统架构,设计出基于S3C44BOX微处理器和uClinux操作系统的CAN2Ethernet嵌入式网关,连接CAN-bus和以太网,并最终将采集的数据传到以太网上的控制计算机。根据BESIII超导磁体数据采集的特点和要求,制定了一套简单有效的CAN总线用户层协议。该协议从CAN节点规模和数据帧类型上来说都是可扩展的。在硬件电路设计部分,首先介绍了超导线圈和电流引线电压信号以及拉力传感器信号、应力应变传感器信号、位移传感器信号的前端处理电路,然后介绍了基于SST89E564RD单片机的数据采集节点电路;在CAN2Ethernet网关电路设计中介绍了S3C44BOX微处理器的存储接口、以太网接口和CAN-bus接口,并描述了CAN总线控制器SJA1000控制逻辑的VHDL语言实现。在数据采集节点软件设计中介绍了模拟电压的AD转换、数据的存储和CAN节点通信程序;在CAN2Ethernet嵌入式网关软件设计中介绍了交叉编译环境的建立、BootLoader的分析和移植、uClinux操作系统的配置和编译、CAN-bus设备驱动程序开发和应用程序开发。论文最后给出了性能测试结果并对全文进行了总结。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题背景  8-10
    1.1.1 北京正负电子对撞机和北京谱仪  8
    1.1.2 BESIII超导磁体  8-10
  1.2 超导磁体运行过程中需要采集的信号及其要求  10-13
    1.2.1 线圈和电流引线电压信号以及辅助电压信号  10-12
    1.2.2 拉力和应力应变传感器  12-13
    1.2.3 位移传感器  13
    1.2.4 温度传感器  13
  1.3 课题研究内容和论文结构  13-15
第二章系统设计  15-24
  2.1 系统运行需求分析  15-16
  2.2 系统设计框架  16-17
  2.3 CAN总线  17-20
    2.3.1 CAN总线介绍  17-19
    2.3.2 CAN总线和其它通信方案的比较  19-20
  2.4 CAN总线与以太网的桥接  20
  2.5 CAN总线用户层协议的制定  20-24
第三章硬件电路设计  24-42
  3.1 采集节点硬件设计  24-34
    3.1.1 Coil & Lead Conditioning电路  24-28
    3.1.2 Load Cell& Strain Gage Conditioning电路  28-29
    3.1.3 Potentiometer Conditioning电路  29-30
    3.1.4 数据采集电路  30-34
  3.2 CAN2Ethernet网关的硬件设计  34-42
    3.2.1 ARM7处理器S3C44B0X  35
    3.2.2 存储系统  35-37
    3.2.3 以太网接口  37-39
    3.2.4 控制逻辑的VHDL语言实现  39-42
第四章软件设计  42-61
  4.1 采集节点软件设计  42-47
    4.1.1 磁体电压数据采集  42-46
    4.1.2 LoadCell、StrainGage、Potentiometer及辅助电压信号采集  46-47
  4.2 CAN2Ethernet软件系统设计  47-61
    4.2.1 uClinux操作系统的移植  47-53
    4.2.2 CAN-bus驱动程序设计  53-58
    4.2.3 嵌入式网关应用程序设计  58-61
第五章性能测试和总结  61-65
  5.1 性能测试  61-63
  5.2 总结与展望  63-65
参考文献  65-68
在校期间发表的论文  68-69
致谢  69

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