【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(shì),設(shè)計(jì)了一種基于RT-Thread的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器,軟件設(shè)計(jì)可分為下位機(jī)和上位機(jī)兩個(gè)部分,旨在為用戶提供一個(gè)二次開(kāi)發(fā)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)小型設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集。下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)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(dòng)層。針對(duì)以往嵌入式開(kāi)發(fā)過(guò)程可移植性差、擴(kuò)展性低、實(shí)時(shí)性不高的缺點(diǎn),本文基于RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),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(shí)時(shí)性。另一方面,針對(duì)用戶二次開(kāi)發(fā)的需求,為用戶封裝了函數(shù)庫(kù),設(shè)計(jì)API供用戶調(diào)用。其中,針對(duì)用戶不了解梯形圖編程語(yǔ)言的情況,設(shè)計(jì)了可編程邏輯控制API,設(shè)計(jì)數(shù)字量輸入輸出接口,采用節(jié)點(diǎn)連接邏輯識(shí)別的方式,使用戶可以直接對(duì)該API進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,最終在控制器上實(shí)現(xiàn)自己的電路邏輯。另外,采用系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行高精度時(shí)間采樣,實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)輸出量的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。此外,為了順應(yīng)下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì),同時(shí)滿足用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集控制器數(shù)據(jù)的需求,本文設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信模塊支持IPv4/IPv6協(xié)議,設(shè)計(jì)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(jì),實(shí)現(xiàn)了多個(gè)客戶端可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信對(duì)控制器的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)。上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)方面,為了滿足用戶實(shí)時(shí)觀測(cè)、存儲(chǔ)下位機(jī)采集數(shù)據(jù)結(jié)果的需求,選用C#語(yǔ)言,采用Winform框架,引入Iocomp外部工業(yè)控件庫(kù),設(shè)計(jì)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(cè)功能與便捷的數(shù)據(jù)處理功能,本文實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)顯示與圖形顯示功能,通過(guò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)分析。此外,采用SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的再處理功能,最終用戶可以通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器外的接設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)。最后,對(duì)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(cè)功能以及整體的網(wǎng)絡(luò)通信功能進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP311.52;TP393.09
【圖文】：

有重要的實(shí)際意義。逡逑１．２國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了將近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，大概可以分為四個(gè)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(kāi)發(fā)人員對(duì)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(jì)理念的同時(shí)了實(shí)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(lèi)別大致分為：可編程邏輯控制器（ＰＬＣ），可編程自動(dòng)化控逡逑制器（ＰＡＣ）和工控機(jī)（ＩＰＣ）等類(lèi)型，根據(jù)不同的實(shí)際需求與系統(tǒng)的復(fù)雜程度應(yīng)用逡逑在不同場(chǎng)合（朱偉，２０１２）。工業(yè)上使用ＰＬＣ主要用于輸入輸出類(lèi)型的機(jī)械控制和生逡逑產(chǎn)場(chǎng)合，ＰＬＣ擁有自己的編程規(guī)則和編程語(yǔ)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(lái)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(jì)逡逑針對(duì)應(yīng)用中的實(shí)用性與ＲＴ－Ｔｈｒｅａｄ操作系統(tǒng)的特性，設(shè)計(jì)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(dòng)層，最終由驅(qū)動(dòng)層控制硬逡逑件資源。逡逑用戶層是用戶的使用平臺(tái)，擁有Ｃ語(yǔ)言基礎(chǔ)的開(kāi)發(fā)人員即可以對(duì)設(shè)計(jì)的嵌逡逑入式網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行二次開(kāi)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(dòng)特點(diǎn)，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(shí)用戶所設(shè)置的相關(guān)參數(shù)，就會(huì)傳到下一層：ＡＰＩ逡逑層。逡逑ＡＰＩ層是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其中主要包括了三個(gè)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(shí)位于這一層的ＡＰＩ函數(shù)己經(jīng)接收到了從用戶層傳來(lái)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(jì)思路，其中包括了總體框架與框架，軟件設(shè)計(jì)框架分為上位機(jī)與下位機(jī)部分。通過(guò)對(duì)實(shí)際需求以及實(shí)際項(xiàng)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(dòng)層，設(shè)計(jì)該層次結(jié)構(gòu)使軟件設(shè)計(jì)合理可行，采用層層遞進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)源的控制，以從下到上的層次順序逐章進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)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(diǎn)進(jìn)行框架設(shè)計(jì)，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(kù)操作體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在后文會(huì)有描述。以上框架經(jīng)實(shí)際設(shè)計(jì)驗(yàn)證均合理可行，接下位機(jī)開(kāi)始對(duì)各層進(jìn)行闡述。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2799380