机电监控中嵌入式系统相关理论及应用研究

【摘要】：嵌入式系统在现代机电监控中起着极其重要作用，它是各种智能传感器、高性能检测与控制设备、网络与信息化控制的技术基础。机电监控中嵌入式系统的应用水平和普及程度在一定程度上决定了机电监控技术的整体水平。本文围绕嵌入式系统在机电监控领域的应用，依托国家自然科学基金等项目，按照“研究相关理论、突破关键技术、实现工程应用”的技术路线，在对其相关理论进行分析、研究和总结基础上，重点对若干关键问题进行了研究，并完成了三个典型工程应用项目。论文的具体研究工作如下： 1．围绕嵌入式系统应用于机电监控领域的相关问题，分析、研究和总结了现代机电监控网络、网络环境下的机电监控系统、机电监控中的嵌入式系统、以及嵌入式系统软硬件协同设计方法等的相关理论，为嵌入式系统在监控领域应用提供理论基础和依据。 2．针对困扰光纤光栅传感器应用的高性能解调问题，提出了基于嵌入式技术解决多通道光纤光栅高速解调的基本方法和嵌入式系统结构，研究了多通道、多点光纤光栅高速解调的实现原理和关键技术，解决了系统实现过程中高速信号检测、实时数据处理与传输、多解调速率自动适应、扫描电压自动跟踪、测量时间同步、系统硬件软件设计等系列技术问题，设计和实现了分布式多通道多点光纤光栅嵌入式高速解调系统。 3．针对嵌入式控制系统的设计问题，提出了类PLC概念，研究了类PLC的体系结构、技术组成与应用问题，以及类PLC与现有工业标准兼容和控制程序自动生成问题，设计和实现了类PLC嵌入式阀门控制基本系统及其应用开发环境，解决了大型工业阀门控制中应用嵌入式系统所遇到的个性化设计问题。类PLC为解决嵌入式控制系统的设计问题提供了一种通用且实用的新方法。 4．针对嵌入式监控系统在特殊环境下的通信和组网问题，提出了一种现场实时监测专用逻辑令牌环网，研究和设计了一种通信效率高、系统软硬件开销小、网络自维护能力强、方便使用的通信协议。应用此协议，设计和实现了铁路道岔液压转辙机工作状态实时监测系统。 论文的研究工作对促进嵌入式系统在机电监控领域的应用，提高机电设备的智能化、网络化与精密程度，加强我国机电行业竞争能力有着积极作用。