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正文內(nèi)容

井下供電系統(tǒng)信息采集裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2025-06-30 03:40 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 式控制器因其體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用己經(jīng)深入到現(xiàn)代社會人們?nèi)粘I畹雀鱾€(gè)領(lǐng)域,對各行各業(yè)的技術(shù)改造、產(chǎn)品更新?lián)Q代、加速自動(dòng)化進(jìn)程、提高生產(chǎn)率等方面起到了極其重要的推動(dòng)作用。 嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 嵌入式系統(tǒng)正處于一個(gè)飛速發(fā)展激烈競爭的時(shí)代。在未來的幾年里,這種發(fā)展 和競爭將達(dá)到一個(gè)白熱化的程度。就嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)和市場來說,國外發(fā)展速度極快,技術(shù)日趨成熟,市場格局基本形成 。而國內(nèi)發(fā)展也很快,市場潛力很大。硬件方面,近年來微電子技術(shù)迅猛發(fā)展,處理器增長速度也隨之加快,嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。在國外,嵌入式 CUP 的處理能力提升較快,由 8 位、 16位升級到 32 位,掌上電腦、 PAD、智能手機(jī)等新產(chǎn)品層出不窮,產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益壯大。在國內(nèi),嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵硬件主要靠國外引進(jìn),技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱。然而國內(nèi)的個(gè)人數(shù)字處理 (PDA)市場火爆,掌上電腦、機(jī)頂盒等產(chǎn)品進(jìn)入市場后也獲得用 戶好評,智能手機(jī)市場前景看好。軟件方面,作為嵌入式系統(tǒng)核心的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是開發(fā)嵌入式應(yīng)用的關(guān)鍵一環(huán)。目前國內(nèi)外推出了很多商業(yè)化嵌入式操作系統(tǒng),努力爭取自己的市場份額。進(jìn)入我國市場的國外嵌入式操作系統(tǒng)有 windowCsE、 vxworks、 QNX 等,我國自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品有 Deltasystem、 Hopen 等。值得注意的是, Linux 以其自身的諸多優(yōu)勢,吸引了許多開發(fā)商的目光,成為嵌入式操作系統(tǒng)的新寵。它的出現(xiàn)無疑為國家發(fā)展嵌入式操作系統(tǒng)事業(yè)提供了極有吸引力的機(jī)山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 12 會。信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn) 品獲得巨大的發(fā)展機(jī)遇,從中可以看出未來嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢 : ● 嵌入式開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身,同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持。 ● 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。未來的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求,必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口,同時(shí)也提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。 ● 精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法,降低功耗和軟硬件成本。利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?,用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法,優(yōu)化編譯器性能。 ● 友好的用戶界面、圖像界面和靈活的控制方式。這方面 的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面、多媒體技術(shù)上下功夫。目前一些先進(jìn)的 PAD 在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布,但一般的嵌入式設(shè)備想達(dá)到這個(gè)要求還有很長的路要走。 的概述 作為本論文的核心部件的 AT9lMR9200 是 ATMEL針對系統(tǒng)控制以及基于 AMR92T0 內(nèi)核的新型微控制器,它與 AT91X4O8xx 等基于AR 的微控制器向上兼容。 AT91RM9200 是一個(gè)真正的片上系統(tǒng),它片內(nèi)以太網(wǎng)、 EBI、 MCI、 SSC 和 SPI 等多種通信接口, 200MIPS 的處理速度管理使這款芯片 非常適合于系統(tǒng)控制領(lǐng)域 AT91RM9200 的結(jié)構(gòu)如圖 。從圖中可以看出,它主要是由外部總以太網(wǎng) MAC 接口、 、多媒體卡接口 MCI、先進(jìn)中斷控制器 AIC、數(shù)器 TC、山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 13 主 /從 SPI 接口、通用同步 /異步收發(fā)器 USART、并行 1/0 口、看門狗定時(shí)器 WD、時(shí)鐘、復(fù)位、嵌入式 ICE 和電源等部分組 ATglRM9200的主要特點(diǎn)如下 : (1)集成了 ARM920TARMThumb 核 ● 工作頻率為 180MHz 時(shí)處理速度為 200MIPS。 ● 16KB 的高速數(shù)據(jù)緩存, 16KB 的高速指令緩存 。 ● 存儲器管理單元 MUC。 ● 支持在線仿真 (JTAG)。 (2)16KBSRAM 和 128KBROM 的擴(kuò)展存儲器 (3)外部總線接口 EBI 支持 SDRAM、靜態(tài)存儲器、 BurstFlash、CoNANDFlash 和 SmartMedia 等多種存儲器 (4)增強(qiáng)的系統(tǒng)外圍性能 ● 增強(qiáng)的時(shí)鐘發(fā)生器和電源管理控制器 。 ● 2 個(gè)片內(nèi)振蕩器和 2 個(gè)鎖相環(huán)電路 PLL。 ● 很低的時(shí)鐘操作模式和軟件優(yōu)化系統(tǒng)功耗 。 ● 4 個(gè)可編程的外部輸出時(shí)鐘信號 。 ● 系統(tǒng)定時(shí)器包括周期中斷定時(shí)器、看門狗定時(shí)器和秒計(jì)數(shù) ● 具有鬧鐘中斷的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 。 ● 專用調(diào)試單元,兩線 UATR 的調(diào) 試通道 。 ● 8 優(yōu)先級、可單獨(dú)屏蔽的向量中斷控制器 。 ● 7 個(gè)外部中斷源和 1 個(gè)快速中斷源 。 ● 4 個(gè) 32 位并行 I/0 控制器,多達(dá) 122 個(gè) I/0 口,每個(gè)口中斷和開漏能力 。 ● 20 個(gè)外圍數(shù)據(jù)控制通道 。 (5)10/100BASE 以太網(wǎng) MAC 接口 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 14 ● 簡化的媒體獨(dú)立接口 RMMI。 ● 發(fā)送和接收分別集成了 28 字節(jié)的 FIFO 和專用 DMA 通道 。 (6) 全速 (12Mbps)主端口 ● 片內(nèi)收發(fā)器 。 ● 集成 FFIO 和專用 DMA 通道 。 (7) 全速 (12Mbps)設(shè)備端口 ● 片內(nèi)收發(fā)器 。 ● ZKB 可配置的集成 FFI 氏 (8)多媒體卡接口 MCI ● 自動(dòng)協(xié)議控制和快速數(shù)據(jù)傳輸 。 ● 兼容 MMC 和 SD 存儲卡,最多支持 2 個(gè) DS 存儲卡 。 (9)3 個(gè)同步串行控制器 SCS ● 每個(gè)發(fā)送器和接收器都有單獨(dú)的時(shí)鐘和幀同步信號 。 ● 支持 125 模擬接口和時(shí)分多任務(wù) 。 ● 支持 32 位的高速數(shù)據(jù)流傳送 。 (10)4 個(gè)通用同步 /異步收發(fā)器 USART ● 支持 1507816TOT/l 智能卡 。 ● 硬件和軟件握手協(xié)議 。 ● 支持 RS485, IrAD 通信速率可達(dá) 115kbps。 ● USARTI 口包括一個(gè)完整 Mdome 的所有控制信號 。 (11)主 /從 SPI 口 ● 數(shù)據(jù)長度可編程 8~16 位 。 ● 4 條外部片選線 。 (12)2 個(gè) 3 通道的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器模塊 (13)TWI 兩線端口 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 本設(shè)計(jì)的總體思路 15 ● 支持主模式 。 ● 支持 ATMEL 公司所有兩線串行 EEPRMO。 (14)所有數(shù)據(jù)引腳支持邊界掃描功能 (15)208 一 leadPQFP 或 256 一 ballBGA 封裝 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 16 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 井下供電系統(tǒng)需 要采集的參數(shù) (1)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù) 數(shù)據(jù)采集是指對溫度、壓力、流量、位移等模擬量進(jìn)行采樣、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲、處理、顯示或打印的過程,相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) 。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的主要任務(wù)就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號,由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的加工,并將處理結(jié)果進(jìn)行顯示或打印,以便實(shí)現(xiàn)對某些物理量的測量和監(jiān)視,其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要是精度和速度;在保證精度的前提下,應(yīng)有一定的采樣速率,以滿足實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制的要求。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)方面的功能: ● 數(shù)據(jù)采集:按照一定的采樣頻率對模擬信號進(jìn)行采樣,也可以直接對數(shù)字信號和開關(guān)量進(jìn)行采樣。 ● 模 擬信號處理:模擬信號便于傳送,但易受干擾。由各種傳感器獲得的低電平信號或者由儀器、變送器輸出的小電流信號經(jīng)過采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換后,由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確性判斷、標(biāo)度變換及線性化等處理工作。 數(shù)字信號處理:數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)后,通常需要進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換、濾波、譜分析等處理。 ● 開關(guān)量處理:主要任務(wù)是監(jiān)測開關(guān)器件的狀態(tài)變化,開關(guān)信號主要來自各種開關(guān)器件,如按鈕和繼電器觸點(diǎn)。 ● 二次數(shù)據(jù)計(jì)算:主要包括平均值、累計(jì)值、變化率、差值及最值的計(jì)算。 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 17 ● 屏幕顯示:顯示信號波形、趨勢圖、模擬圖、相關(guān)性等曲線。 ● 數(shù)據(jù)存儲:按一定 的時(shí)間間隔,定期將某些重要數(shù)據(jù)存儲在外部存儲器上。 ● 打印輸出:定期將各種數(shù)據(jù)以表格或圖形的形式打印出來。 ● 人機(jī)接口:操作人員通過鍵盤或鼠標(biāo)與系統(tǒng)對話,完成對系統(tǒng)的運(yùn)行方式、采樣頻率等參數(shù)的設(shè)置以及系統(tǒng)功能的選擇。 數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處 理和二次處理。預(yù)處理通常是剔除數(shù)據(jù)奇異項(xiàng)、去除數(shù) 據(jù)趨勢項(xiàng)、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等;二次處理通常包括各種數(shù)學(xué)運(yùn)算,如微分、積分和傅立葉變換等。數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)包括對采集的各種信號做物理量解釋,消除數(shù)據(jù)中的干擾信號和分析數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征。 圖 智能采集器電氣原理圖 傳感 器 介紹 傳感器概述 傳感器是以一定的精度和規(guī)律把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。 傳感器通常由三部分組成: 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 18 敏感元件: 直接感受被測量 ,輸出與被測量成確定關(guān)系。 轉(zhuǎn)換元件: 敏感元件的輸出就是轉(zhuǎn)換元件的輸入 ,它把輸入轉(zhuǎn)換成電量參量 。 轉(zhuǎn)換電路:把轉(zhuǎn)換元件輸出的電量信號轉(zhuǎn)換為便于處理、顯示、記錄或控制的有用的電信號的電路。 其組成如圖 所示: 圖 傳感器組成圖 實(shí)際上 ,有些傳感器很簡單 , 最簡單的傳感 器由一個(gè)敏感元件 (兼轉(zhuǎn)換元件 )組成 ,它感受被測量時(shí)直接輸出電量 ,如熱電偶。 有些傳感器很復(fù)雜 。大多數(shù)傳感器是開環(huán)系統(tǒng) ,也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ,沒有轉(zhuǎn)換電路 ,如壓電式加速度傳感器 ,其中質(zhì)量塊是敏感元件 ,壓電片 (塊 )是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè) ,要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。 傳感器的分類 轉(zhuǎn)換元件 轉(zhuǎn)換電阻 敏感元件 +12V 被測量 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 19 按傳感器的工作機(jī)理,分為物理型、化學(xué)型和生物型。 按傳感器的構(gòu)成原理,分為結(jié)構(gòu)型和物理型兩種。 按傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況,分為能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型。 按傳感器的物理原理分為: 電參量式傳 感器 壓電式傳感器 磁電式傳感器 光電式傳感器 氣電式傳感器 熱電式傳感器 射線式傳感器 波式傳感器 半導(dǎo)體式傳感器 其他原理傳感器 按傳感器的輸出量,可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。 按轉(zhuǎn)換過程是否可逆,分為雙向傳感器、單向傳感器。 有時(shí)也把傳感器分為機(jī)械式傳感器等 傳感器的選擇 原則 ● 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行 — 個(gè)具體的測量工作,首先要考慮采用何種原理的傳感器,這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?,即使是測量同一物理量,也有多種原理的傳感器可供選用,哪一種原理 的傳感器更為合適,則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求;測量方式為接觸式還是非接觸式;信號的引出方法,有線或是非接觸測量 .在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器,然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 ● 傳感器的靈敏度 傳感器的靈敏度越高,可以感知越小的變化量,即被測量稍有微小山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 20 變化時(shí),傳感器即有較大的輸出。但靈敏度越高,與測量信號無關(guān)的外界噪聲也容易混入,并且噪聲也會被放大。因此,對傳感器往往要求有較大的信噪比。 傳感器的量程范圍 是和靈敏度緊密相關(guān)的一個(gè)參數(shù)。當(dāng)輸入量增大時(shí),除非有專門的非線性校正措施,傳感器不應(yīng)在非線性區(qū)域工作,更不能在飽和區(qū)域內(nèi)工作。有些需在較強(qiáng)的噪聲干擾下進(jìn)行的測試工作,被測信號疊加干擾信號后也不應(yīng)迸入非線性區(qū)。因此,過高的靈敏度會影響其適用的測量范圍。 如被測量是一個(gè)向量時(shí),則傳感器在被測量方向的靈敏度愈高愈好,而橫向靈敏度愈小愈好;如果被測量是二維或三維向量,那么對傳感器還應(yīng)要求交叉靈敏度愈小愈好 ● 傳感器的線性范圍 任何傳感器都有一 定的線性范圍, 在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍愈寬 ,則表明傳感器的工作量程愈大。 為了保證測量的精確度,傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。感器的精確度表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。因?yàn)閭鞲衅魈幱跍y試系統(tǒng)的輸入端,因此,傳感器能否真實(shí)地反映被測量例如,機(jī)械式傳感器的彈性元件,其材料的彈性限是決定測量量程的基本因素。當(dāng)超過彈
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