基于單總線的路基沉降數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計 開題報告

1、 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文開題報告題目：基于單總線的路基沉降數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計 系 別 電子信息系 專 業(yè) 通信工程 班 級 B090310 姓 名 劉 佳 學(xué) 號 B09031039 導(dǎo) 師 秦 剛 2021年12 月26 日1 畢業(yè)論文綜述1.1 題目背景與研究意義 隨著高速鐵路和客運專線建設(shè)規(guī)模的不斷擴大,新建鐵路與既有鐵路和公路的交叉相互影響也越來越嚴重,新建和改建鐵路采用隧道下穿方式跨越既有鐵路和公路的工程越來越多。隨之而來的就是修復(fù)與維護的問題，針對高速鐵路上沒有穩(wěn)定的供電電源，也沒有相關(guān)人員經(jīng)常去采集數(shù)據(jù)和維護設(shè)備等特殊情況，設(shè)計出一種功耗低、使用方便、具有采集

2、、存儲和無線發(fā)送等功能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，就成了一個值得研究的課題。將降低了人力、物力的投入和平安可靠性。1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 國內(nèi)外非常重視鐵路路基的沉降變形監(jiān)測技術(shù)研究，但限于技術(shù)限制和認識的局限性，通常只能在路基的施工期間采用水準儀或全站儀進行人工監(jiān)測。由于高速鐵路客運專線線路長、監(jiān)測斷面多、測點數(shù)量大，采用人工監(jiān)測存在費時、費力、工作量大、監(jiān)測結(jié)果人為因素影響大的缺點，因此研制開發(fā)具有路基沉降變形自動采集、信號自動傳輸、數(shù)據(jù)自動分析處理、自動遠程控制等功能的監(jiān)測儀器和監(jiān)測技術(shù)，是高速鐵路客運專線路基長期監(jiān)測的必然要求。美國地質(zhì)調(diào)查局在19%在圣克拉山谷河谷建起了地面沉降監(jiān)測網(wǎng)，確定地

3、面高程的變化情況，而且為與將來的監(jiān)測結(jié)果進行比擬建立了基準值。上海在進一步發(fā)揮GPS技術(shù)及更先進的INSTR技術(shù)根底上，自主研發(fā)了地面沉降自動化監(jiān)測系統(tǒng)，可隨時獲得地面沉降數(shù)據(jù)，初步建立了地面沉降預(yù)警預(yù)報機制。2 研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1 研究的內(nèi)容為了能夠長期，有效，方便快捷的監(jiān)測路基沉降狀況，掌握軟質(zhì)巖石路基沉降規(guī)律，本工程采用路基沉降數(shù)據(jù)采集。路基沉降數(shù)據(jù)采集將傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算技術(shù)相結(jié)合，可以全天候、長期、自動的獲取高速公路的沉降信息，然后通過終端計算機的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理采集的沉降數(shù)據(jù)，自動生成沉降曲線，直觀地反映路基沉降狀況。能定

4、期、自動的獲取路基的沉降量，不需要人工操作。數(shù)據(jù)能及時地傳送到監(jiān)控室進行處理。這樣就可以方便、低本錢的采集數(shù)據(jù)，對研究路基沉降規(guī)律是非常重要的，這也是本系統(tǒng)的根本要求。2.2 擬采用的研究方案、研究方法或措施1硬件方案 硬件單元主要包括：數(shù)據(jù)采集單元CPU選擇；電源模塊；復(fù)位電路；傳感器接口模塊；串口通信電路；外部存儲電路這六個模塊。本課題主要針對軟件設(shè)計，硬件設(shè)計就不詳細說明。硬件原理圖如圖1所示。圖1 硬件原理圖2軟件系統(tǒng)設(shè)計方法一個好的硬件平臺只有搭配了好的軟件才可以發(fā)揮出它應(yīng)有的成效。因此，軟件的設(shè)計方法就顯得十分的重要，這在很大程度上取決于系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)是否合理，方法是否得當。 在軟

5、件的編程過程當中，通常用到四種方法：過程化、模塊化結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο笠约懊嫦蛑悄荏w的編程方法。模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 圖2 模塊結(jié)構(gòu)模塊工作的原理是：當外部輸入進入到模塊內(nèi)部時，通過過程運行，運行的結(jié)果輸出到外部，同時反應(yīng)給知識庫。過程的運行受控于知識庫的作用，接收來自于知識庫的參數(shù)及方法。知識庫收到過程的反應(yīng)后，分析判斷過程運行的好與壞，并通過意識將判斷結(jié)果輸出。將程序分成了主模塊和子模塊兩大局部，主模塊和子模塊程序的實現(xiàn)都是由變量和函數(shù)組成的，在程序書寫過程中是一樣的，但設(shè)計和編寫時各個程序?qū)儆诓煌哪K。主程序設(shè)計思路框圖如圖3所示。 圖3 主程序設(shè)計思路框圖a.系統(tǒng)初始化包括單片機的時鐘

6、，調(diào)試串口，低功耗等的初始化。b.數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計 該采集器屬于長時間處于工作狀態(tài)，故在大局部時間，系統(tǒng)處于低功耗狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定采集次數(shù)，通過主控芯片的定時喚醒，定時采集程序，可采集數(shù)據(jù)。在該局部，主要是實現(xiàn)單總線數(shù)據(jù)的讀取，在實現(xiàn)單總線接口中，最重要時序的把握，由于是單總線結(jié)構(gòu)，既傳輸數(shù)據(jù)和傳輸時鐘，在讀取單總線的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過一定的算法處理，去掉噪聲數(shù)據(jù)。在加上時間，采集信息后調(diào)用通信程序，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱还?jié)點。c.數(shù)據(jù)通信傳輸軟件設(shè)計 由于采集在現(xiàn)場工作，數(shù)據(jù)傳輸主要考慮到數(shù)據(jù)傳輸中的可靠性和可信性。在通信數(shù)據(jù)傳輸過程中，增加了采集時間，采集次數(shù)，設(shè)備信號，奇偶校驗等信息。同時，有監(jiān)控中

7、心傳輸?shù)目刂泼钭职铑^，命令I(lǐng)D號，命令字數(shù)，命令，結(jié)束標志組成。控制命令主要包括時間校準，采集時間，采集次數(shù)，上傳數(shù)據(jù)時間等的控制。 d.數(shù)據(jù)的存儲軟件設(shè)計 在整個數(shù)據(jù)采集器中，數(shù)據(jù)的保存是非常關(guān)鍵的一步，對于一數(shù)據(jù)的可靠信和可信性為指導(dǎo)以后的相應(yīng)措施提出更高的要求，在SD卡中，使用的是SPI接口通信模式。3 本課題研究的重點及難點及前期開展工作 本課題的重點是：采用科學(xué)的方法對路基的沉降變形綜合分析和評估，驗證設(shè)計并檢驗施工質(zhì)量，全面掌握路基的變形動態(tài)，分析和推算路基的最終沉降量和工后沉降。 難點：克服外界原因所造成數(shù)據(jù)失真以及需秉持著設(shè)計出一款低功耗、使用方便的采集器，才能滿足長時

8、間自動采集數(shù)據(jù)的要求。針對課題的研究，前期開展的工作有： 1仔細閱讀任務(wù)書，知道每個時期所對應(yīng)得該完成的任務(wù)，以及怎樣完成； 2查閱相關(guān)資料了解涉及到的知識與相關(guān)的工作原理，讓之后進行的設(shè)計順利進行； 3查閱相關(guān)的文獻了解該題怎樣設(shè)計； 4根據(jù)所給單片機知道其用途。4 完本錢課題的工作方案及進度方案按周次填寫 11718周，前期準備工作，完成對本課題相關(guān)資料的收集。 21819周，完成開題報告撰寫并進行開題辯論。 319新學(xué)期3周，完成整體方案設(shè)計及程序設(shè)計。 445周，撰寫中期報告，進行中期辯論。 5611周，將整個系統(tǒng)進行調(diào)試及整合進行演示，并撰寫畢業(yè)論文。 61213周，準備辯論。 5

9、指導(dǎo)教師意見對課題的深度、廣度及工作量的意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻1 張沛.高速信號采集與存儲系統(tǒng)D.北京:北京交通大學(xué),2007:5-7.2 梁王琳,商周,王學(xué)偉.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開展與應(yīng)用J.電測與儀表,2004(8):4-8.3 肖忠祥.數(shù)據(jù)釆集原理M.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2001:10-23.4 沙占友.低壓差線性穩(wěn)壓器應(yīng)用技巧M.北京:中國電力出版社,2021:2-19.5 李?？?基于MSP430單片機的氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D.北京:北京交通大學(xué),2007:6-12.6 MSP430微處理器選型手冊M,2021第三季度.7

10、 MSP430 超低功耗微處理器M8 劉濤用RS-485通訊協(xié)議實現(xiàn)PC機與單片機的多點通訊J. 現(xiàn)代電子技術(shù),2002:86-90. 9 卿燕玲.高速數(shù)據(jù)采集及信號處理D.成都:四川大學(xué),2006:8-12.10 Programmable Resolution 1-Wire Digital ThermometerEB / OL .DALLAS.11 李光忠.基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計.碩士學(xué)位論文.山東:山東大學(xué),200712 王昊,杜穎.線性集成電源應(yīng)用電路設(shè)計M.北京:清華大學(xué)出版社,2021:11-32.13 沈建華.MSP430系列單片機實踐與系統(tǒng)設(shè)計M.北京:清華大學(xué)出版社,2005:46-82.14 Texas Instruments MSP430xlxx Family User's GuideEB/OL.TI,2006.15 LP2950,Micropower voltage Regulators EB/OL, 1999-11.16 AMS1117.1Alow Dropout Voltage Regulators EB/OL ,2001.17 王小娟.數(shù)字式可變增益放大器的實現(xiàn)J.儀表技術(shù),2021(7):7-8.18 王彥朋.標準線性穩(wěn)壓器應(yīng)用技巧M.北京:中國電力出版社,2021:6-25.19 Op Amps For Ever