基于ARM的压缩天然气加气机控制系统的研究和设计

【摘要】：环境和能源是近一个世纪以来人们普遍关注的话题,也是21世纪我国可持续发展战略的两个重大课题。凭借安全性高、热值大、污染少的优点,天然气将会在未来彻底取代石油,成为世界第一大消费能源。在这种背景下,压缩天然气(CNG)加气机的市场需求逐渐增多,结构和功能也亟需改进。 本课题提出了设计一款基于ARM11核心的控制器系统来取代传统的单片机控制器。新的系统不仅具有更强的处理性能,而且在兼容目前已有外部设备的基础上进行了功能的扩展。新的系统能够实现网络连接,并支持更加人性化的操作方式,产品特性明显。 本课题采用“核心板+扩展板”的层次化模块设计方案,分别对核心板和扩展板两个模块进行设计。核心板构成最小化系统,能够脱离功能扩展板独立运行。功能扩展板集成了多种功能电路和设备接口,实现了最小的系统冗余和最优的性价比。本课题主要完成的工作如下： 1、设计硬件系统平台,在兼容已有外部设备的基础上扩展多种功能模块。控制器系统中保留了原有的矩阵键盘及段码式液晶显示屏的接口,并集成了LCD液晶显示屏及触摸屏接口、USB接口、RS232接口、RS485接口、以太网控制器电路及接口等,为系统实现功能扩展提供了硬件基础。 2、搭建软件系统平台,为应用软件提供完善的运行环境。课题中采用了目前较为流行的嵌入式Linux操作系统,并在此基础上构建了Linux根文件系统,完成了相关设备驱动模块的移植和开发。 3、对开发完毕的系统进行测试,包括电气性能测试以及模块功能测试,验证系统的可靠性及稳定性。 本课题基本完成了该加气机控制器的样品设计及开发工作,实现了预期要求,并提出了后期完善及改进方案。 【关键词】：压缩天然气 ARM11 核心板 扩展板 嵌入式Linux 设备驱动模块
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 课题研究背景和意义9-14
• 1.2.1 压缩天然气(CNG)产业的国内外发展现状10
• 1.2.2 压缩天然气(CNG)加气机的国内研究现状10-11
• 1.2.3 嵌入式技术的发展与现状11-13
• 1.2.4 选题意义13-14
• 1.3 课题的重点与难点14
• 1.4 本文的主要内容和论文组织结构14-16
• 第二章 系统总体设计方案16-25
• 2.1 系统功能需求分析16-18
• 2.1.1 压缩天然气加气机的结构和工作原理16-17
• 2.1.2 客户需求及产品功能特性分析17
• 2.1.3 系统的功能实现方案分析17-18
• 2.2 系统平台设计方案分析18-23
• 2.2.1 系统平台设计方案的比较与分析18-20
• 2.2.2 系统功能模块设计方案分析20-21
• 2.2.3 系统硬件设计方案概述21-22
• 2.2.4 系统软件设计方案概述22-23
• 2.3 系统开发流程分析与设计23-25
• 第三章 控制器系统的硬件原理设计25-38
• 3.1 嵌入式微处理器选型25-27
• 3.1.1 S3C6410处理器25-26
• 3.1.2 嵌入式处理器的选型分析26-27
• 3.2 核心板的原理图设计27-29
• 3.2.1 处理器及系统时钟原理图设计27-28
• 3.2.2 存储器模块原理图设计28-29
• 3.3 系统扩展板主要功能模块的原理图设计29-37
• 3.3.1 系统扩展板的结构设计29-30
• 3.3.2 LCD及触摸屏电路的原理图设计30-31
• 3.3.3 以太网电路的原理图设计31-33
• 3.3.4 EEPROM电路的原理图设计33
• 3.3.5 音频AC97电路的原理图设计33-34
• 3.3.6 USB电路原理图设计34-35
• 3.3.7 SD卡电路原理图设计35-36
• 3.3.8 系统电源原理图设计36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 控制器系统的软件平台设计38-58
• 4.1 系统软件平台的搭建38-47
• 4.1.1 交叉编译环境的建立38-39
• 4.1.2 Bootloader的移植39-42
• 4.1.3 Linux内核的移植42-45
• 4.1.4 Linux根文件系统的制作和移植45-47
• 4.2 系统驱动模块的移植和开发47-57
• 4.2.1 Linux驱动程序的概念和设计方法48-49
• 4.2.2 LCD显示屏的驱动程序设计49-52
• 4.2.3 触摸屏的驱动程序设计52-53
• 4.2.4 矩阵键盘的驱动程序设计53-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 控制器系统平台测试58-61
• 5.1 系统电气性能测试58
• 5.2 系统模块功能测试58-60
• 5.2.1 LCD功能测试59
• 5.2.2 触摸屏功能测试59
• 5.2.3 矩阵键盘功能测试59
• 5.2.4 以太网模块功能测试59-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 参考文献63-65
• 致谢65-67
• 攻读学位期间发表旳学术论文目录67

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