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嵌入式智能光电传感器的研究

作　者: 苑永强
导　师: 王立刚
学　校: 大庆石油学院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: ARM 智能光电传感器 MATLAB TCP/IP协议 μC/OS—II操作系统
分类号: TP212.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着科学技术的发展,光电传感器的应用领域日益扩大,但目前的光电传感器性能单一、缺乏智能处理和远程传输等功能,本文提出一种光电传感器设计方案—嵌入式智能光电传感器,它是以嵌入式微处理器为核心,集成了光电采集单元、智能信号处理单元和网络接口单元的新一代传感器。它能够完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通信,内部可实现自检、自校、自补自诊断等功能的传感器。采用32位ARM处理器,它具有高性能、低功耗、低成本、低开发难度等优点,即能提高智能光电传感器运算速度同时又能简化系统硬件的设计;采用低噪声的光电采集电路和低通滤波电路,有效地增加了系统的信噪比;利用一线式DS18B20设计了温度采集电路,简化了温度采集硬件制作难度;采用嵌入式实时μC/OS—II操作系统,提高了系统的实时性能。在数据处理方面,通过MATLAB软件进行处理,对光信号和温度信号进行曲线拟合通过查表的方式,对数据进行温度补偿和控制,即提高了处理的准确度,又提高了运行速度;同时系统应用了低通、算术平均等数字滤波方法,有效的抑制了噪声信号。本文在μC/OS—II操作系统下,移植TCP/IP协议,很好的实现了网络数据传输,以及远程PC机控制功能。根据上述智能光电传感器的设计分析,通过硬件搭接、软件调试,最终能够很好地实现智能光电传感器的功能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
创新点摘要  6-11
第一章绪论  11-14
  1.1 光电传感器的发展现状  11
  1.2 光电传感器的发展趋势  11-12
  1.3 智能光电传感器的概念与实现  12-13
  1.4 本文主要研究内容  13-14
第二章智能光电传感器系统设计  14-17
  2.1 智能光电传感器的总体框图  14-15
  2.2 智能控制模块  15-17
第三章智能光电传感器硬件设计  17-32
  3.1 微处理器选型  17
  3.2 LPC2210 主要特性  17-19
    3.2.1 LPC2210 结构  18
    3.2.2 片内boot 装载程序  18
    3.2.3 片内静态RAM  18-19
    3.2.4 LPC2210 外部内存控制器  19
  3.3 控制器硬件电路设计  19-24
    3.3.1 电源设计  19-20
    3.3.2 复位电路  20-21
    3.3.3 系统时钟  21
    3.3.4 内存电路  21-22
    3.3.5 键盘电路设计  22-24
  3.4 以太网控制芯片RTL8019AS  24-25
  3.5 温度检测电路  25-27
    3.5.1 传感器温度漂移软件补偿原理  25-26
    3.5.2 DS18B20 的工作原理  26-27
  3.6 A/D 转换  27
  3.7 模拟输出  27-29
  3.8 量程切换电路  29-30
  3.9 电子电路抗干扰性设计  30-32
第四章智能光电传感器前置检测电路的设计  32-42
  4.1 光电检测器件的选取  32-33
  4.2 光电检测电路的噪声来源  33-34
  4.3 光电检测电路的设计  34-35
  4.4 电路的噪声估算  35-37
  4.5 设计低噪声光电检测电路的方法  37-38
  4.6 滤波电路设计  38-42
第五章智能模块的设计  42-76
  5.1 嵌入式操作系统  42-44
    5.1.1 μC/OS—II 操作系统的特点  42-43
    5.1.2 μC/OS—II 操作系统组成  43-44
  5.2 μC/OS-Ⅱ操作系统的移植  44-50
    5.2.1 OS_CPU.H 中代码的修改  45-46
    5.2.2 OS_CPU_A.ASM 代码编写  46-48
    5.2.3 OS_CPU_C.C  48-49
    5.2.4 移植代码测试  49-50
  5.3 程序整体流程  50
  5.4 任务模块的划分  50-52
  5.5 温度检测任务  52-53
  5.6 量程切换任务  53-55
  5.7 光功率检测任务  55-56
  5.8 数据处理  56-65
    5.8.1 最小二乘法基本原理  58-59
    5.8.2 MATLAB 曲线拟合  59-61
    5.8.3 查表法程序设计  61-64
    5.8.4 温度补偿程序  64-65
  5.9 数字滤波程序设计  65-68
    5.9.1 滤波程序  65-67
    5.9.2 MATLAB 滤波仿真  67-68
  5.10 TCP/IP 网络通信任务  68-72
    5.10.1 TCP/IP 应用程序工作模型  69
    5.10.2 WinsockAPI 套接口与连接建立  69-71
    5.10.3 μC/OS—II 中移植TCP/IP 软件包  71-72
  5.11 按键任务  72-76
    5.11.1 自诊断功能  73-74
    5.11.2 检测物体通过的时间  74
    5.11.3 检测物体通过的个数  74-75
    5.11.4 光功率上下限设置  75-76
第六章光电传感器系统的仿真与调试  76-85
  6.1 系统开发环境  76-77
  6.2 EasyJTAG 仿真器  77-78
  6.3 硬件连接电路样机  78-79
  6.4 硬件焊接调试  79-80
    6.4.1 光电检测电路的调试  79
    6.4.2 滤波电路的调试  79-80
    6.4.3 量程切换电路调试  80
  6.5 程序调试过程  80-81
    6.5.1 光电检测程序的调试  80-81
    6.5.2 量程切换程序调试  81
    6.5.3 温度检测程序调试  81
    6.5.4 操作系统中加入程序的调试  81
  6.6 实验结果与结论  81-82
  6.7 TCP/IP 程序调试  82-85
结论  85-86
参考文献  86-88
发表文章目录  88-89
致谢  89-90
附录1 网络端口电路图  90-91
附录2 A/D 采集数字滤波程序  91-92
附录3 线性补偿程序  92-97
附录4 温度补偿程序  97-99
附录5 网络通信程序  99-102
附录6 系统按键程序  102-104
附录7 PC 机网络通信调试编程  104-107
详细摘要  107-109

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