【摘要】：當(dāng)代世界正面臨著新一輪的工業(yè)改革,嵌入式技術(shù)也必須與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合,并進(jìn)一步趨于智能化。順應(yīng)這一大趨勢,設(shè)計了一種基于RT-Thread的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器,軟件設(shè)計可分為下位機(jī)和上位機(jī)兩個部分,旨在為用戶提供一個二次開發(fā)平臺,實現(xiàn)對小型設(shè)備進(jìn)行實時控制和數(shù)據(jù)采集。下位機(jī)軟件設(shè)計方面,將下位機(jī)軟件框架分為四層:用戶層、API層、RT-Thread層、驅(qū)動層。針對以往嵌入式開發(fā)過程可移植性差、擴(kuò)展性低、實時性不高的缺點,本文基于RT-Thread實時操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,應(yīng)用多線程的工作模式,提高了嵌入式控制器的可移植性和實時性。另一方面,針對用戶二次開發(fā)的需求,為用戶封裝了函數(shù)庫,設(shè)計API供用戶調(diào)用。其中,針對用戶不了解梯形圖編程語言的情況,設(shè)計了可編程邏輯控制API,設(shè)計數(shù)字量輸入輸出接口,采用節(jié)點連接邏輯識別的方式,使用戶可以直接對該API進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,最終在控制器上實現(xiàn)自己的電路邏輯。另外,采用系統(tǒng)時鐘進(jìn)行高精度時間采樣,實現(xiàn)PID算法控制,用戶調(diào)用PID算法控制API,配置參數(shù)后即可實現(xiàn)對輸出量的實時調(diào)節(jié),實現(xiàn)自動控制。此外,為了順應(yīng)下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)趨勢,同時滿足用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)實時采集控制器數(shù)據(jù)的需求,本文設(shè)計網(wǎng)絡(luò)通信模塊支持IPv4/IPv6協(xié)議,設(shè)計嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器為基于TCP協(xié)議的服務(wù)器端,采用并發(fā)多線程服務(wù)器模型進(jìn)行軟件設(shè)計,實現(xiàn)了多個客戶端可以通過網(wǎng)絡(luò)通信對控制器的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測。上位機(jī)軟件設(shè)計方面,為了滿足用戶實時觀測、存儲下位機(jī)采集數(shù)據(jù)結(jié)果的需求,選用C#語言,采用Winform框架,引入Iocomp外部工業(yè)控件庫,設(shè)計了上位機(jī)軟件UI界面。另外,為了給用戶提供直觀數(shù)據(jù)觀測功能與便捷的數(shù)據(jù)處理功能,本文實現(xiàn)了數(shù)據(jù)顯示與圖形顯示功能,通過數(shù)據(jù)的實時發(fā)送和接收實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動態(tài)與靜態(tài)分析。此外,采用SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的再處理功能,最終用戶可以通過上位機(jī)實現(xiàn)對控制器外的接設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測。最后,對嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行下位機(jī)的可編程邏輯控制功能、上位機(jī)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測功能以及整體的網(wǎng)絡(luò)通信功能進(jìn)行測試,測試結(jié)果驗證了本文設(shè)計的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器的實際應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP311.52;TP393.09
【圖文】：

有重要的實際意義。逡逑１．２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過了將近半個世紀(jì)的發(fā)展，大概可以分為四個基本階段（圖１）。逡逑可以看出，嵌入式技術(shù)的發(fā)展與嵌入式操作系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系緊密。逡逑近年嵌入式領(lǐng)域開發(fā)人員對該領(lǐng)域進(jìn)行了不斷的研究與探索，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域逡逑使嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器大放異彩，提出了設(shè)計理念的同時了實現(xiàn)不同的功能（戴麗萍，逡逑２０１７）。逡逑在工業(yè)領(lǐng)域，控制器類別大致分為：可編程邏輯控制器（ＰＬＣ），可編程自動化控逡逑制器（ＰＡＣ）和工控機(jī)（ＩＰＣ）等類型，根據(jù)不同的實際需求與系統(tǒng)的復(fù)雜程度應(yīng)用逡逑在不同場合（朱偉，２０１２）。工業(yè)上使用ＰＬＣ主要用于輸入輸出類型的機(jī)械控制和生逡逑產(chǎn)場合，ＰＬＣ擁有自己的編程規(guī)則和編程語言，有齊全的硬件設(shè)備，用戶可以根據(jù)自逡逑己的需求來進(jìn)行編程使用。ＰＡＣ則是涵蓋了邋ＰＬＣ的主要功能并擁有更強(qiáng)大的控制能逡逑力

圖２整體工作框架圖逡逑Ｆｉｇ．２邋Ｏｖｅｒａｌｌ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｆｒａｍｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑２．２下位機(jī)軟件架構(gòu)設(shè)計逡逑針對應(yīng)用中的實用性與ＲＴ－Ｔｈｒｅａｄ操作系統(tǒng)的特性，設(shè)計了四層架構(gòu)（圖３）。逡逑四層從上到下：用戶層一ＡＰＩ層一ＲＴ－Ｔｈｒｅａｄ層一驅(qū)動層，最終由驅(qū)動層控制硬逡逑件資源。逡逑用戶層是用戶的使用平臺，擁有Ｃ語言基礎(chǔ)的開發(fā)人員即可以對設(shè)計的嵌逡逑入式網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行二次開發(fā)，這里將用戶層，即用戶可操作的編程空間限制在逡逑ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．ｃ文件中，適應(yīng)ＲＴ－Ｔｈｒｅａｄ操作系統(tǒng)的啟動特點，用戶在該空間進(jìn)行逡逑ＡＰＩ調(diào)用，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，這時用戶所設(shè)置的相關(guān)參數(shù)，就會傳到下一層：ＡＰＩ逡逑層。逡逑ＡＰＩ層是整個軟件設(shè)計的重點，其中主要包括了三個模塊：可編程邏輯控制逡逑模塊、ＰＩＤ算法控制模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊，另外還有其他小型模塊，如ＰＷＭ模逡逑塊等。此時位于這一層的ＡＰＩ函數(shù)己經(jīng)接收到了從用戶層傳來的具體配置參數(shù)，逡逑

圖４上位機(jī)軟件架構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．４邋ＰＣ邋ｓｏｆｔｗａｒｅ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑．４本章小結(jié)逡逑本章主要講述了控制器需求分析與框架設(shè)計思路，其中包括了總體框架與框架，軟件設(shè)計框架分為上位機(jī)與下位機(jī)部分。通過對實際需求以及實際項析，基于ＲＴ－Ｔｈｒｅａｄ操作系統(tǒng)，提出了四層軟件架構(gòu)：用戶層、ＡＰＩ層、ＲＴ－、驅(qū)動層，設(shè)計該層次結(jié)構(gòu)使軟件設(shè)計合理可行，采用層層遞進(jìn)的方式實現(xiàn)源的控制，以從下到上的層次順序逐章進(jìn)行設(shè)計實現(xiàn)，其中用戶層作為用戶，在這里不做贅述，本文闡述的最高層為ＡＰＩ層。上位機(jī)方面，基于控制器點進(jìn)行框架設(shè)計，其中主要包括圖形數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫操作體設(shè)計與實現(xiàn)在后文會有描述。以上框架經(jīng)實際設(shè)計驗證均合理可行，接下位機(jī)開始對各層進(jìn)行闡述。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 夏中亞;王國博;馬莉;劉成;;基于SOPC的電路板故障檢測單元的設(shè)計[J];四川兵工學(xué)報;2014年11期

2 楊明極;祝慶峰;李碩;;基于STM32的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計[J];測控技術(shù);2014年10期

3 孫曉夢;王志斌;;基于TCP的多線程Socket通信實例[J];遼東學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年03期

4 涂撰;趙標(biāo);;RT-Thread在LPC2378上的移植與應(yīng)用[J];上海船舶運輸科學(xué)研究所學(xué)報;2013年01期

5 朱小軍;韓曉紅;孫鳳茹;;嵌入式實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J];自動化與儀器儀表;2013年01期

6 朱志國;;RT-Thread操作系統(tǒng)在STM32中移植的研究[J];計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用;2012年22期

7 邱云蘭;;適用于嵌入式系統(tǒng)的模糊控制算法及實現(xiàn)[J];電腦知識與技術(shù);2011年21期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 毛華堅;云環(huán)境中的移動文件存儲和時空數(shù)據(jù)分析關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張雨琛;基于PCI的高精度采集模塊設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2018年

2 王瑞賢;基于多直線開關(guān)磁阻電機(jī)測控平臺研究[D];深圳大學(xué);2017年

3 佟科斌;水質(zhì)采樣無人船控制系統(tǒng)設(shè)計[D];海南大學(xué);2017年

4 王振運;基于RT-Thread和STM32的雙輪自平衡機(jī)器人的設(shè)計與實現(xiàn)[D];中北大學(xué);2016年

5 李憲鵬;面向自主巡航的多旋翼飛行器飛控系統(tǒng)設(shè)計[D];海南大學(xué);2016年

6 劉雄;800速全自動生化分析儀運動控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西南科技大學(xué);2015年

7 王統(tǒng);基于嵌入式的智能家居控制系統(tǒng)[D];杭州電子科技大學(xué);2015年

8 郭聚建;基于RT-Thread的智能開關(guān)設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2014年

9 何鵬林;基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器設(shè)計及可靠性研究[D];天津大學(xué);2014年

10 王哲梁;基于嵌入式Linux的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

本文編號：2799380