优先级机制在嵌入式计量泵监控系统中的应用

发布时间：2017-07-31 20:05

  本文关键词：优先级机制在嵌入式计量泵监控系统中的应用

  更多相关文章： 计量泵 工业网关 TCP Nagle算法 死锁 uC/OSII

【摘要】：计量泵一般工作在恶劣的工业环境中,负责流体的精密计量和投料任务。将网络化的远程监控手段应用于工业现场的计量泵群,对于提高产品精度、节约生产成本、避免恶劣的生产环境对操作人员的直接伤害等都具有十分重要的意义。 本文在深入了解工业计量泵群工作情况的基础上,设计了一组基于工业总线技术和以太网技术的计量泵嵌入式远程监控网络。针对短帧问题,提出了相应的解决方案,节省了带宽,保证了系统的实时性。本文的主要工作如下： 1.叙述了计量泵发展和应用情况,分析了现场调节的缺陷,提出了基于嵌入式工业网关的远程监控解决方案。 2.设计了一款嵌入式工业网关。硬件方面,主要包括以太网接口、CAN接口、RS-485接口电路以及其它相关外围电路的设计。软件方面,主要包括底层驱动程序的设计、TCP/IP协议栈的设计以及uC/OSⅡ操作系统的移植等工作。 3.基于上述网关搭建了计量泵网络监控系统。针对网络中存在的大量短帧数据包导致的带宽利用率低、容易引起网络拥塞等问题,在使用OPNET Modeler进行仿真验证的基础上,将Nagle算法引入系统并在TCP协议中实现。 4.针对下位机Nagle算法和上位机延迟确认策略交互时产生的暂时性“死锁”现象,在详细分析两种算法的工作机制的基础上,说明了“死锁”产生的原因以及对系统带来的危害。通过分析比较几种改进的Nagle算法,提出了填充缓冲区、提高采样频率的数据处理方式,避免对Nagle算法的直接修改,保证了系统的实时性需求。在上述两种方案的基础上,对监控数据进行优先级分类并采取不同的处理方式。 5.通过Wireshark等工具对系统进行抓包分析和流量统计,验证上述方法和方案。
【关键词】：计量泵 工业网关 TCP Nagle算法 死锁 uC/OSII
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38;TP277
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-12
• 1.3 课题研究的目的和意义12-13
• 1.3.1 计量泵网络化监控的目的和意义12-13
• 1.3.2 拥塞控制的目的和意义13
• 1.4 本文研究的主要内容13-16
• 1.4.1 研究内容13-14
• 1.4.2 主要特色和创新点14-16
• 第2章 课题研究的相关知识16-25
• 2.1 嵌入式系统16-18
• 2.1.1 嵌入式系统的定义16
• 2.1.2 嵌入式系统的分类16-18
• 2.1.3 嵌入式系统的特点18
• 2.2 uC/OSII操作系统18-19
• 2.3 工业总线技术19
• 2.4 以太网技术19-21
• 2.5 TCP/IP协议21-23
• 2.6 TCP流量和拥塞控制23
• 2.7 工业网关的发展及趋势23-25
• 第3章 计量泵监控系统分析及方案设计25-28
• 3.1 监控对象分析25-26
• 3.2 监控方案设计26-28
• 第4章 嵌入式工业网关的设计与实现28-56
• 4.1 网关的硬件设计28-34
• 4.1.1 网关硬件结构框图28-29
• 4.1.2 网关硬件电路分析29-34
• 4.2 驱动程序设计34-40
• 4.2.1 启动代码分析及配置35
• 4.2.2 以太网接口驱动程序设计35-38
• 4.2.3 CAN接口驱动程序设计38-39
• 4.2.4 其它相关接口驱动程序设计39-40
• 4.3 TCP/IP协议栈的设计与实现40-50
• 4.3.1 IP协议实现41-43
• 4.3.2 ICMP协议实现43-45
• 4.3.3 ARP协议实现45-47
• 4.3.4 TCP协议实现47-49
• 4.3.5 UDP协议实现49
• 4.3.6 应用层协议设计与实现49-50
• 4.4 操作系统任务的划分及移植50-52
• 4.4.1 操作系统的移植50-51
• 4.4.2 任务的划分51-52
• 4.5 通信测试52-56
• 4.5.1 Web通信测试52-53
• 4.5.2 socket通信测试53-56
• 第5章 网络分析及优化56-73
• 5.1 监控网络的分析56-57
• 5.2 短帧问题及解决方案57-62
• 5.2.1 短帧问题57-58
• 5.2.2 Nagle算法和延迟确认策略的仿真58-62
• 5.3 Nagle算法与延迟确认策略62-68
• 5.3.1 组块技术(clumping)63-64
• 5.3.2 Nagle算法64-65
• 5.3.3 Nagle算法和延迟确认策略的交互65-66
• 5.3.4 暂时性“死锁”的避免66-68
• 5.4 优先级处理机制68-73
• 5.4.1 优先级分类及处理方式68-70
• 5.4.2 系统测试及分析70-71
• 5.4.3 网关整体软件结构框图71-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 附录A Wireshark抓包结果78-80
• 附录B 监控系统实物图80-82
• 致谢82-83
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果83

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本文编号：600881