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基于ARM+μC/OS-Ⅱ的水下滑翔机控制软件设计与实现
| 论文题名： | 基于ARM+μC/OS-Ⅱ的水下滑翔机控制软件设计与实现 |
| 关键词： | 水下滑翔机;控制软件;嵌入式系统;智能功能;数据流图 |
| 摘要： | 水下滑翔机是一种在海洋中作滑翔运动并在运动过程中采集观测和存储海洋环境信息的新型观测平台。为了开发出适用于水下滑翔机系统的控制软件,本文以自行研制的水下滑翔机为平台,在深入分析水下滑翔机控制系统特点的基础上,提出以ARM控制器和μC/OS-II实时操作系统为开发环境、C语言为开发语言的嵌入式软件的设计方案。 分析水下滑翔机系统的控制原理,提出控制软件功能和性能的需求。根据需求和现有的技术和平台,选定采用ARM+μC/OS-II嵌入式系统控制方案,并搭建控制系统软件开发环境。通过可行性分析得出这个方案易于开发执行且能以高实时性可靠地实现水下滑翔机的智能功能。根据水下滑翔机的功能,制定本文软件设计的原则,提出了适用于本系统的架构设计。介绍任务功能函数的划分及其关联,最后给出控制系统的数据流图。 进行嵌入式系统设计方法的讨论,阐明本设计的开发流程及关键节点。介绍了本文采用的μC/OS-II操作系统和ARM控制器,然后讲解了μC/OS-II操作系统在ARM控制器上的移植过程。 开展水下滑翔机控制系统软件详细设计,这部分是本文软件开发的重点。首先给出了控制软件整体流程图,分析上层应用程序的任务函数调度及其之间的数据消息关联。其次介绍控制系统应用软件的详细设计,包括启动程序、航行控制子系统、运动控制子系统、采集存储子系统和应急控制子系统。最后完成了应用程序和驱动程序的代码编写。 提出低功耗的设计方案。分析水下滑翔机控制系统的功耗组成,提出一种基于μC/OS-II和ARM控制器特点的低功耗设计方案。当系统调度空闲任务时,关闭外设执行机构及传感器,让ARM控制器工作在睡眠模式等待串口中断或定时器中断的唤醒。这种低功耗方案可有效降低系统功耗。最后给出了适用于这种方案的低功耗效率的评估。 最后通过控制软件的集成测试,本文设计的性能指标满足在多任务的支持、稳定性、大容量存储和低功耗效率等方面的需求;通过湖试,全面验证本方案对水下滑翔机实现各基本功能的控制情况及其性能指标。试验表明本方案工作良好,达到了预期的开发目标。为以后实现更加智能复杂的功能提供了稳定高性能的软件平台。 |
| 作者： | 刘传军 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 宋大雷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国海洋大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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