嵌入式太阳能热水系统数据采集器研制

发布时间：2017-10-26 13:20

  本文关键词：嵌入式太阳能热水系统数据采集器研制

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【摘要】：太阳能热水系统是太阳能利用的一个重要方向,得到了广泛的推广。家用太阳能热水系统已经不能满足市场需求,太阳能热水系统向集中化供热、智能化控制、远程化管理方向发展。对系统供能进行计量、效益进行评估、运行状态进行监测显得越来越重要,因此,使用数据采集器实现太阳能热水系统的计量、评估与监测十分必要。太阳能热水系统的形式多样,普适性的采集器设计应该遵循两个原则:一是符合国家计量与监测相关标准;二是便于后续开发。文章详细分析了太阳能热水系统的特点,提出采集器的功能与性能要求,最终制定采集器的总体设计方案。采集器硬件电路简单、可靠,主要由单片机最小系统、电源、存储、串口通信和以太网通信等模块组成。单片机采用STM32F103VE,利用其外设丰富、运算速度快、内部存储器容量大等特点,实现嵌入式实时操作系统的移植。完成了底层驱动程序开发,主要包括:STM32固件库分析与配置、操作系统μC/OS的分析与移植、文件系统FatFs的分析与移植、单片机外设及以太网等芯片的功能封装等。底层驱动程序的封装遵循只提供机制不提供策略的原则,以便为应用层程序的开发预留更大的发挥空间。完成了应用层程序设计,以高内聚低耦合为标准,合理安排任务使其满足功能及性能要求。其主要包括:超级终端与WEB网页的配置程序,数据的采集、计算及传输程序,维护网络通信状态程序和数据及日志存储程序等。采集器的测试结果表明,其计量、监测等功能稳定可靠,分层封装的设计思路,为后续开发提供便利。太阳能热水系统数据采集器的研发,为太阳能热水系统工程的应用提供重要的技术管理手段。
【关键词】：太阳能热水系统 嵌入式 μC/OS 以太网 文件系统FatFs 能量计量
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2;TK515
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 引言10-15
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 主要研究内容14-15
• 第2章 采集器总体结构分析及设计15-22
• 2.1 太阳能热水系统结构概况15-19
• 2.1.1 太阳能热水系统组成15-16
• 2.1.2 采集器功能需求分析16-19
• 2.2 采集器总体结构设计19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 采集器硬件组成及实现22-32
• 3.1 硬件电路整体组成22
• 3.2 单片机最小系统22-24
• 3.3 以太网模块原理图24-25
• 3.4 RS485通信模块25-27
• 3.4.1 RS485通信电路原理图25-26
• 3.4.2 RS485防雷措施26-27
• 3.5 SD卡存储模块27-28
• 3.6 调试串口及其他辅助电路28-29
• 3.7 电源模块29-31
• 3.8 本章小结31-32
• 第4章 采集器底层软件移植与实现32-48
• 4.1 STM32固件库32-34
• 4.1.1 STM32固件库配置32
• 4.1.2 STM32引导过程分析32-34
• 4.2 嵌入式实时操作 μC/OS-II34-38
• 4.2.1 μC/OS-II的介绍34-36
• 4.2.2 μC/OS-II操作系统的移植36-38
• 4.3 嵌入式文件系统FatFS38-43
• 4.3.1 SD卡读写程序设计39-41
• 4.3.2 FatFs文件系统移植41-43
• 4.4 以太网通信接口软件设计43-44
• 4.4.1 网络协议模型43-44
• 4.4.2 以太网通信接口设计44
• 4.5 串口通信接口软件设计44-47
• 4.5.1 USART通信的几种模型44-45
• 4.5.2 USART通信接口设计45-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 采集器应用软件设计与实现48-64
• 5.1 采集器软件总体设计48-51
• 5.1.1 主函数设计48-49
• 5.1.2 软件总体结构49-51
• 5.2 TCP通信接口任务设计51-54
• 5.2.1 任务设计51-53
• 5.2.2 身份验证过程53
• 5.2.3 AES加密数据53-54
• 5.3 采集计量任务设计54-58
• 5.3.1 任务设计54
• 5.3.2 数据采集部分设计54-56
• 5.3.3 数据计算部分设计56-58
• 5.4 采集器程序配置设计58-62
• 5.4.1 基于超级终端配置方法设计58-60
• 5.4.2 基于Web网页的配置方法设计60-62
• 5.5 心跳包任务设计62
• 5.6 本章小结62-64
• 第6章 性能分析与测试64-67
• 6.1 程序框架性能分析64
• 6.2 数据采集及计算分析64-65
• 6.3 远程通信测试65-66
• 6.4 本章小结66-67
• 第7章 总结与展望67-69
• 7.1 工作总结67
• 7.2 展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录A73-74
• 附录B74-80

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本文编号：1098822