井下供电系统信息采集装置设计毕业设计论文(编辑修改稿)

井下供电系统信息采集装置设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

式控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，其应用己经深入到现代社会人们日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。 嵌入式系统的现状和发展趋势 嵌入式系统正处于一个飞速发展激烈竞争的时代。 在未来的几年里，这种发展 和竞争将达到一个白热化的程度。 就嵌入式系统的技术和市场来说，国外发展速度极快，技术日趋成熟，市场格局基本形成。 而国内发展也很快，市场潜力很大。 硬件方面，近年来微电子技术迅猛发展，处理器增长速度也随之加快，嵌入式系统领域发生了翻天覆地的变化。 在国外，嵌入式 CUP 的处理能力提升较快，由 8 位、 16位升级到 32 位，掌上电脑、 PAD、智能手机等新产品层出不穷，产业规模日益壮大。 在国内，嵌入式系统关键硬件主要靠国外引进，技术基础比较薄弱。 然而国内的个人数字处理 (PDA)市场火爆，掌上电脑、机顶盒等产品进入市场后也获得用 户好评，智能手机市场前景看好。 软件方面，作为嵌入式系统核心的嵌入式实时操作系统是开发嵌入式应用的关键一环。 目前国内外推出了很多商业化嵌入式操作系统，努力争取自己的市场份额。 进入我国市场的国外嵌入式操作系统有 windowCsE、 vxworks、 QNX 等，我国自主开发的嵌入式系统软件产品有 Deltasystem、 Hopen 等。 值得注意的是， Linux 以其自身的诸多优势，吸引了许多开发商的目光，成为嵌入式操作系统的新宠。 它的出现无疑为国家发展嵌入式操作系统事业提供了极有吸引力的机山东科技大学学位学士论文 2 本设计的总体思路 12 会。 信息时代、数字时代使得嵌入式产 品获得巨大的发展机遇，从中可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势 : ● 嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。 ● 网络互联。 未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各种网络通信接口，同时也提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。 ● 精简系统内核、算法，降低功耗和软硬件成本。 利用最低的资源实现最适当的功能，用最佳的编程模型和不断改进算法，优化编译器性能。 ● 友好的用户界面、图像界面和灵活的控制方式。 这方面 的要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面、多媒体技术上下功夫。 目前一些先进的 PAD 在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但一般的嵌入式设备想达到这个要求还有很长的路要走。 的概述 作为本论文的核心部件的 AT9lMR9200 是 ATMEL针对系统控制以及基于 AMR92T0 内核的新型微控制器，它与 AT91X4O8xx 等基于AR 的微控制器向上兼容。 AT91RM9200 是一个真正的片上系统，它片内以太网、 EBI、 MCI、 SSC 和 SPI 等多种通信接口， 200MIPS 的处理速度管理使这款芯片 非常适合于系统控制领域 AT91RM9200 的结构如图。 从图中可以看出，它主要是由外部总以太网 MAC 接口、 、多媒体卡接口 MCI、先进中断控制器 AIC、数器 TC、山东科技大学学位学士论文 2 本设计的总体思路 13 主 /从 SPI 接口、通用同步 /异步收发器 USART、并行 1/0 口、看门狗定时器 WD、时钟、复位、嵌入式 ICE 和电源等部分组 ATglRM9200的主要特点如下 : (1)集成了 ARM920TARMThumb 核 ● 工作频率为 180MHz 时处理速度为 200MIPS。 ● 16KB 的高速数据缓存， 16KB 的高速指令缓存。 ● 存储器管理单元 MUC。 ● 支持在线仿真 (JTAG)。 (2)16KBSRAM 和 128KBROM 的扩展存储器 (3)外部总线接口 EBI 支持 SDRAM、静态存储器、 BurstFlash、CoNANDFlash 和 SmartMedia 等多种存储器 (4)增强的系统外围性能 ● 增强的时钟发生器和电源管理控制器。 ● 2 个片内振荡器和 2 个锁相环电路 PLL。 ● 很低的时钟操作模式和软件优化系统功耗。 ● 4 个可编程的外部输出时钟信号。 ● 系统定时器包括周期中断定时器、看门狗定时器和秒计数 ● 具有闹钟中断的实时时钟。 ● 专用调试单元，两线 UATR 的调 试通道。 ● 8 优先级、可单独屏蔽的向量中断控制器。 ● 7 个外部中断源和 1 个快速中断源。 ● 4 个 32 位并行 I/0 控制器，多达 122 个 I/0 口，每个口中断和开漏能力。 ● 20 个外围数据控制通道。 (5)10/100BASE 以太网 MAC 接口 山东科技大学学位学士论文 2 本设计的总体思路 14 ● 简化的媒体独立接口 RMMI。 ● 发送和接收分别集成了 28 字节的 FIFO 和专用 DMA 通道。 (6) 全速 (12Mbps)主端口 ● 片内收发器。 ● 集成 FFIO 和专用 DMA 通道。 (7) 全速 (12Mbps)设备端口 ● 片内收发器。 ● ZKB 可配置的集成 FFI 氏 (8)多媒体卡接口 MCI ● 自动协议控制和快速数据传输。 ● 兼容 MMC 和 SD 存储卡，最多支持 2 个 DS 存储卡。 (9)3 个同步串行控制器 SCS ● 每个发送器和接收器都有单独的时钟和帧同步信号。 ● 支持 125 模拟接口和时分多任务。 ● 支持 32 位的高速数据流传送。 (10)4 个通用同步 /异步收发器 USART ● 支持 1507816TOT/l 智能卡。 ● 硬件和软件握手协议。 ● 支持 RS485， IrAD 通信速率可达 115kbps。 ● USARTI 口包括一个完整 Mdome 的所有控制信号。 (11)主 /从 SPI 口 ● 数据长度可编程 8~16 位。 ● 4 条外部片选线。 (12)2 个 3 通道的 16 位定时器 /计数器模块 (13)TWI 两线端口 山东科技大学学位学士论文 2 本设计的总体思路 15 ● 支持主模式。 ● 支持 ATMEL 公司所有两线串行 EEPRMO。 (14)所有数据引脚支持边界扫描功能 (15)208 一 leadPQFP 或 256 一 ballBGA 封装 山东科技大学学位学士论文 3 数据信息采集前的准备 16 3 数据信息采集前的准备 井下供电系统需 要采集的参数 (1)数据采集与处理技术 数据采集是指对温度、压力、流量、位移等模拟量进行采样、转换成数字量后由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集与处理系统。 数据采集与处理系统的主要任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，由计算机进行相应的加工，并将处理结果进行显示或打印，以便实现对某些物理量的测量和监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集与处理系统的性能指标主要是精度和速度；在保证精度的前提下，应有一定的采样速率，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求。 数据采集与处理系统可以实现如下几个方面的功能： ● 数据采集：按照一定的采样频率对模拟信号进行采样，也可以直接对数字信号和开关量进行采样。 ● 模 拟信号处理：模拟信号便于传送，但易受干扰。 由各种传感器获得的低电平信号或者由仪器、变送器输出的小电流信号经过采样和 A/D 转换后，由计算机进行数据的正确性判断、标度变换及线性化等处理工作。 数字信号处理：数字信号输入计算机后，通常需要进行码制转换、滤波、谱分析等处理。 ● 开关量处理：主要任务是监测开关器件的状态变化，开关信号主要来自各种开关器件，如按钮和继电器触点。 ● 二次数据计算：主要包括平均值、累计值、变化率、差值及最值的计算。 山东科技大学学位学士论文 3 数据信息采集前的准备 17 ● 屏幕显示：显示信号波形、趋势图、模拟图、相关性等曲线。 ● 数据存储：按一定 的时间间隔，定期将某些重要数据存储在外部存储器上。 ● 打印输出：定期将各种数据以表格或图形的形式打印出来。 ● 人机接口：操作人员通过键盘或鼠标与系统对话，完成对系统的运行方式、采样频率等参数的设置以及系统功能的选择。 数据处理包括预处 理和二次处理。 预处理通常是剔除数据奇异项、去除数 据趋势项、数字滤波、数据转换等；二次处理通常包括各种数学运算，如微分、积分和傅立叶变换等。 数据处理的主要任务包括对采集的各种信号做物理量解释，消除数据中的干扰信号和分析数据的内在特征。 图 智能采集器电气原理图 传感 器 介绍 传感器概述 传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器通常由三部分组成： 山东科技大学学位学士论文 3 数据信息采集前的准备 18 敏感元件： 直接感受被测量 ,输出与被测量成确定关系。 转换元件： 敏感元件的输出就是转换元件的输入 ,它把输入转换成电量参量。 转换电路：把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的有用的电信号的电路。 其组成如图 所示： 图 传感器组成图 实际上 ,有些传感器很简单 , 最简单的传感 器由一个敏感元件 (兼转换元件 )组成 ,它感受被测量时直接输出电量 ,如热电偶。 有些传感器很复杂。 大多数传感器是开环系统 ,也有些是带反馈的闭环系统。 有些传感器由敏感元件和转换元件组成 ,没有转换电路 ,如压电式加速度传感器 ,其中质量块是敏感元件 ,压电片 (块 )是转换元件。 有些传感器转换元件不只一个 ,要经过若干次转换。 传感器的分类 转换元件 转换电阻 敏感元件 +12V 被测量 山东科技大学学位学士论文 3 数据信息采集前的准备 19 按传感器的工作机理，分为物理型、化学型和生物型。 按传感器的构成原理，分为结构型和物理型两种。 按传感器的能量转换情况，分为能量控制型和能量转换型。 按传感器的物理原理分为： 电参量式传 感器 压电式传感器 磁电式传感器 光电式传感器 气电式传感器 热电式传感器 射线式传感器 波式传感器 半导体式传感器 其他原理传感器 按传感器的输出量，可分为模拟式传感器和数字式传感器。 按转换过程是否可逆，分为双向传感器、单向传感器。 有时也把传感器分为机械式传感器等 传感器的选择 原则 ● 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行 — 个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。 因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理 的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量 .在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 ● 传感器的灵敏度 传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小山东科技大学学位学士论文 3 数据信息采集前的准备 20 变化时，传感器即有较大的输出。 但灵敏度越高，与测量信号无关的外界噪声也容易混入，并且噪声也会被放大。 因此，对传感器往往要求有较大的信噪比。 传感器的量程范围 是和灵敏度紧密相关的一个参数。 当输入量增大时，除非有专门的非线性校正措施，传感器不应在非线性区域工作，更不能在饱和区域内工作。 有些需在较强的噪声干扰下进行的测试工作，被测信号叠加干扰信号后也不应迸入非线性区。 因此，过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。 如被测量是一个向量时，则传感器在被测量方向的灵敏度愈高愈好，而横向灵敏度愈小愈好；如果被测量是二维或三维向量，那么对传感器还应要求交叉灵敏度愈小愈好 ● 传感器的线性范围 任何传感器都有一 定的线性范围， 在线性范围内输出与输入成比例关系。 线性范围愈宽 ，则表明传感器的工作量程愈大。 为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。 感器的精确度表示传感器的输出与被测量的对应程度。 因为传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量例如，机械式传感器的弹性元件，其材料的弹性限是决定测量量程的基本因素。 当超过弹。