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本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 外文翻譯 姓 名： 學 號： 培 養(yǎng) 單 位： 機械科學與工程學院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 指 導(dǎo) 教 師： 1 第八次國際電子測量與儀器會議 0 基于嵌入式實時操作系統(tǒng)的工程機械智能顯示儀的研究 許川佩 李贄 胡淙 王偉 (中國桂林 ,桂林電子科技大學電子工程系， 541004) 摘要 : 將 智能輪式裝載機作為一個 參考 實例，本文 致力于 嵌入式實時操作系統(tǒng) 在 工程機械智能顯示工具 上應(yīng)用 的研究。嵌入式實時操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的軟 硬件技術(shù) 在現(xiàn)在 均以 完善和 成熟。 嵌入式實時操作 系統(tǒng)以 I 作為硬件平臺，并把實時運行 的 μC/統(tǒng)作為其軟件平臺 ， 通過 線與主控制器來完成對工程機械的實時監(jiān) 測、控制 和管理。 關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng)； μC/ 線 ;顯示儀表。 1. 導(dǎo)言 工程機械顯示儀表是駕駛者和工程機械 之間 進行信息交流的重要橋梁，同時嚴重關(guān)乎工程機械的安全 性 和經(jīng)濟性。近年來，隨著工程機械電子技術(shù)發(fā)展，應(yīng)用在工程機械上的信息顯示儀表 種類 不斷增加。越來越多的傳統(tǒng)的機械組合指示儀器無法滿足工程機械 信息顯示的 實際需要。特別是，隨著 計算機，微型電子和不同類型的現(xiàn)場總線通信的廣泛應(yīng)用，把嵌入式微處理器作為智能數(shù)字顯示的核心將是工程機械儀器開發(fā)一個必然的趨勢。本文結(jié)合了實時嵌入式技術(shù)， 線技術(shù)，觸摸屏技術(shù)和 位技術(shù)來適應(yīng)建筑機械液晶顯示器的需要，并以輪式裝載機為研究對象，來研究用于建筑機械中的智能顯示工具。 2. 體系結(jié)構(gòu) 該智能顯示儀表的內(nèi)部構(gòu)成有：電源模塊， 晶顯示模塊，機械鍵盤模塊， 位模塊，照明補充采樣模塊， 線通信接口模塊和語音警報模塊等等。如下面圖 1所示： 2 圖 1 智能顯示儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 體系 電源模塊采用滿足車輛控制噪音，并且滿足輸出主控制器模塊和液晶模塊需求的 +24V 電源。電源可以轉(zhuǎn)換為 + 和 +5 伏電壓以供 的其它 模塊使用。 展程序和數(shù)據(jù)存儲器，復(fù)位芯片等，這是嵌入式實時操作系統(tǒng)的硬件 基礎(chǔ) 平臺。液晶顯示模塊是人機通過 線對輪式裝載機進行狀態(tài)信息交流的界面。機械鍵盤和觸摸屏模塊用來實現(xiàn)及時控制和檢測輪式裝載機的所有狀態(tài)。 通過輪式裝載機的地理位置信息傳送給輪式裝載機 上 的顯示儀表。顯示儀表將這些信 息傳輸給主控制器以方便 主控制器 及時控制輪式裝載機。此外，長途監(jiān)控中心還可以通過 輪式裝載機工作環(huán)境的光線不足時，為了方便操作控制，照明補充采樣模塊將自動打開一個補充光源，使得工作環(huán)境的光強度增加，從而滿足輪式裝載機所要求的光線強度。 顯示儀表和裝載機主控制器之間連接的重要橋梁。該顯示儀表僅通過 線通信來顯示整個輪式裝載機的各種操作參數(shù)和數(shù)據(jù)，并通過連接顯示儀表和主控器的 線來實現(xiàn)對控制輪式裝載機進行相應(yīng)功能的操作。當輪式裝載機工作時遇到故障， 顯示儀表可以通過語音報警系統(tǒng)，迅速發(fā)出警報來通知操作者及時處理這些故障，以避免更大的經(jīng)濟損失。 3 基于硬件功能平臺的基礎(chǔ)之上的嵌入式系統(tǒng)軟件，可以實現(xiàn)輪式裝載機智能液晶顯示器和輪式裝載機的主控制器之間進行的數(shù)據(jù) 進行 互動。 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計 顯示儀表用來顯示 、 檢測 、 處理和控制輪式裝載機的主控制器通過 作參數(shù) 參數(shù)。根據(jù)智能顯示儀表的職能 要求 ，我們可以把它分為以下幾個模塊來設(shè)計： 1) 括了 面） ; 2) 按鍵收集電路 ; 3) 觸摸屏模塊 ; 4) 電源加工模塊 ; 5) 6) 液晶接口控制電路 ; 7) 語音芯片控制電路； 8) 區(qū)分改變電路等。 系統(tǒng)硬件示意圖如下面的圖 2所示： 圖 2 硬件系統(tǒng)電路 根據(jù)該系統(tǒng)的硬件平臺系統(tǒng)，可以把 4 1) 使用 塊的 1口進行輸入（ ; 2) 利用 2個機械按鍵的取樣，； 3) 使用兩個輸入、輸出端口來實現(xiàn)開關(guān)投入（左右轉(zhuǎn)向信號燈） ; 4) 利用芯片上的 5) 線接口，采用片上 制器 ; 6) 利用 口部分來控制的語音芯片 ; 7) 數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器擴展接口（ 8) 晶振蕩器 時鐘輸入，復(fù)位信號，電源針等。 由于 作在 壓下，為了避免進行多級轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)采用 2 片由賽普拉斯公司生產(chǎn)的 片來擴展系統(tǒng)的外部儲存空間。 一種工作在 64K 的字節(jié)， 16位的靜態(tài) 為了適應(yīng) 滿足低功耗消費的特點， 我們選擇由德州儀器公司的 為 線的收發(fā)器。它是一種 V 混合電壓的 線設(shè)備。這種收發(fā)器有 以下特征：信號傳輸速率可以達到 1 號的距離可以達到 40米），并能夠維持相當?shù)偷碾娏?。因此，它被用在相當理想的低耗情況下。在設(shè)計使用 線收發(fā)器來傳輸智能輪式裝載機的顯示儀表和主控制器之間的信息。 在設(shè)計當中，考慮到還要實現(xiàn)和控制頭部和尾部刮雨器 的刮雨動作 ，和前部和尾部燈，前大燈 的開啟關(guān)閉動作、 噴雨器 的動作、 小燈，工作泵，停車系統(tǒng)，即發(fā)信息，報警信息，輪式裝載機的主控制菜單等等功能，所以這個系統(tǒng)中的 12個機械按鍵作成為輪式裝載機顯示儀和控制器之間進行人 經(jīng)過全面的評估 ，深圳市亮晶科技有限公司的產(chǎn)品 7是一款適合中文 以 及英文書寫和制圖點矩陣型 5 液晶顯示模塊，藍色背光，包括：建立在 512K 字節(jié)基礎(chǔ)上的的光盤字形代碼，可以顯示漢字，數(shù)字字符，英文字母，日本字，歐洲的字母等，包括建立在第二基礎(chǔ)之上顯示內(nèi)存。 在字體部分，它可以直接接受并顯示標準漢字編碼，而不需要輸入制圖模式去轉(zhuǎn)換生成漢字。它可以減少很多 很多 微處理器時間，提高液晶顯示器的工作效率。 它不但支持 4/8的 6800/8080 單片機接口，其中建立在 8*8鍵盤掃描圖掃描 ， 更可以支持 支持屏幕橫向和縱向的卷曲，內(nèi)部 512字節(jié)的 要求，可以提供中文和英文字符的調(diào)整 ， 并且內(nèi)部 10字節(jié)的 于存在這些優(yōu)勢，所以我們使用了 利用其觸摸屏功能來實現(xiàn)設(shè)計中計劃的觸摸屏功能。 當 0兆赫的情況下，可能導(dǎo)致 控制器 功能混亂，因為到目前為止， 慮到上述原因， 選為連接到液晶顯示器數(shù)據(jù)端口 數(shù)據(jù)線，利用 O 口作為液晶定時控制線來控制 液晶屏。雖然它的速度是緩慢的，但是它可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 和 功能的安全實現(xiàn)。 4. 軟件設(shè)計系統(tǒng) 任務(wù)的安排和優(yōu)先順序要基于功能的要求。功能顯示所需要的顯示儀表，應(yīng)滿足以下給出的特點： 1． 它應(yīng)該獲得實時數(shù)據(jù)，故障信息，提醒消息，與車輪裝載機主控制器的短時交流訊息，然后顯示在液晶顯示器上 ； 2． 機械鍵盤的按鍵樣片 ; 控制的主要控制器根據(jù)不同的擊鍵信息進行相應(yīng)的操作的控制 ； 3． 一個 道的樣板。樣品 1 通道模擬 能的價值，這就是說，它可以進行彌、檢測和補集光：當裝載機車內(nèi)光線不夠的時候，車內(nèi)的燈是可 以自動打開 ； 4． 觸摸屏信息收集。觸摸屏功能，而不是機械鍵盤，能夠更好的促進驅(qū)動程序來操作控制 系統(tǒng)； 5． 據(jù)輪式裝載機運營者的運行信息，當決定要轉(zhuǎn)向的時候，伴隨著裝載機的轉(zhuǎn)向 ，系統(tǒng) 應(yīng)該打 6 亮相應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈 ； 6． 根據(jù)駕駛者操作，控制命令分別送到了輪式裝載機的主要的控制器和執(zhí)行部分來完成相應(yīng)的操作 。 例如：開燈，刮雨器的清除雨水，剎車等，然后顯示儀表接收到這些信息 的反饋 、顯示這些數(shù)據(jù) ，因此就把這些信息反饋給 了 執(zhí)行實施的操作者。 7． 系統(tǒng) 通過顯示儀和 且根據(jù)需要把信息儲存 在主控制器當中。 任務(wù) 4 ，系統(tǒng)初始化包括系統(tǒng)時鐘的啟動，系統(tǒng)初始化，按鍵獲取程序的初始化 ，觸摸屏 功能的初始化，故障信息表指針的初始，語音報警功能的初始化。 μC/時鐘被實時時鐘所打斷，但是 2407 芯片沒有這種計時器，所以應(yīng)使用一般計時器 完成。以下建議應(yīng)注意： 1． 清除 2． 計時器應(yīng)優(yōu)先從最高工作地段開始，如果它在 ）開始前啟動時，系統(tǒng)將會崩潰。鍵盤模塊和觸摸屏的的功能直接影響到后續(xù)操作，并且故障信息表會影響到接下來的故障顯示。如果警報系統(tǒng)被開啟， 它將會給出輪式裝載機出錯的第一次語音障礙警報。所有的這些都屬于初始化的一部分，應(yīng)該在其他任務(wù)開始前需要啟動，因此我們將他們組合為一個整體任務(wù)。 任務(wù) 5 ， 線的通信任務(wù)。如果顯示儀表與主控制器通暢的連接在一起，顯示器將立即獲得主控制器的各種參數(shù)，并且在液晶顯示器上動態(tài)的顯示處理過程的數(shù)據(jù)。原因如下面的所揭示：訪問和主控制器數(shù)據(jù)的實時更新對操作者來說很重要。操作者必須及時的得到機器的狀況。因此 以我們把它作為開放時鐘的唯一任務(wù)。 任務(wù) 6 ，照明補充模塊。當輪式裝 載機的工作在光線暗淡不夠或在黑暗的情況下， 48個二極管就會自動打開，來幫助操作者改善環(huán)境的光線強度。在任務(wù)結(jié)束時會發(fā)出一個警報。輪式裝載機通常工作在光線暗淡的惡劣環(huán)境下，所以我們把任務(wù) 6作為一個獨立的模塊并優(yōu)先運行。 7 任務(wù) 7 ，鍵盤區(qū)分的任務(wù)。這個任務(wù)將按鍵模樣品化，并根據(jù)不同的按鍵觸發(fā)不同的顯示功能和任務(wù)。我們利用此項一個獨立的模塊任務(wù)來實現(xiàn)人機交流。 任務(wù) 8 ，觸摸屏的任務(wù)。這項任務(wù)和任務(wù) 7有些類似。我們利用此項一個獨立的模塊任務(wù)來實現(xiàn)人機交流。它甚至可以替代任務(wù) 7。 任務(wù) 9，區(qū)分轉(zhuǎn)向燈那個打開的任務(wù)。 這項功能可以用來辨別輪式裝載機的轉(zhuǎn)向，并且在觸摸屏上顯示相應(yīng)的符號。我們把這項任務(wù)作為一個獨立的模塊。 任務(wù) 13 ，其他職能工作的主要預(yù)期界面和工作泵監(jiān)測接口。它包括輪式裝載機的控制和顯示各種按鍵。我們把這項任務(wù)作為一個獨立的模塊。 任務(wù) 15 ，界面重新規(guī)劃的任務(wù)。根據(jù)各種實際行為，這部分的職能用來決定接口是否需要改變。我們把這項任務(wù)作為一個獨立的模塊。 任務(wù) 16 ， 收集輪式裝載機的經(jīng)度和緯度的信息并發(fā)送給主控制器。如果遠程監(jiān)控是必要的，這些信息通過基于 送到遠 程監(jiān)控器上。車輛的實時位置信息將顯示在電子地圖上。我們把這項任務(wù)作為一項獨立的模塊。 任務(wù) 17 ， 斷閃爍的發(fā)光二極管顯示出該系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常。它不屬于必要的職能。因此作為一個獨立的模塊，它可以添加一些實時控制系統(tǒng)不必要的附屬功能來顯示一些對我們很重要的信息。 5 . 系統(tǒng)顯示儀的測驗結(jié)果 深圳輝煌公司的產(chǎn)品 7據(jù)其使用的工作規(guī)模，我們可以將顯示接口分成幾個部分。左邊和右邊都是觸摸屏的關(guān)鍵領(lǐng)域，中間部分 則被用來 顯示液力變矩器中油液溫度 和冷卻水的溫度，以及石油壓力表來顯示引擎中的油壓。其中，撥號使用算法繪制循環(huán)，而該指數(shù)使用動態(tài)線。當電壓達到 14顯示框圖。每個區(qū)塊圖標均表示 2V ，并在正常范圍內(nèi)的電壓源是從 24伏到 采用小數(shù)制度， 8 以表明油位的高度，其中 表 0 ? 100 ％。 根據(jù)顯示儀器接口中的說明自來水的水位，當前的作業(yè)時間，裝載機連續(xù)作業(yè)時間和總的工作時間。液晶顯示器的底部可以立即顯示并傳送的信息。當主控制器發(fā)送給顯示器一個信息的時候，這個信 息會立即顯示在該地區(qū)。駕駛者通過用手指觸摸 “確定 ”來處理接收到的信息。如國不處理接收到的信息，操作者可以觸摸 “下一頁 ”來取消接收到信息的界面，并且清空顯示。例如雨刷有四個工作情況，這就是快 間歇 且雨刷可以自轉(zhuǎn) 360的圓。前大燈和尾燈的工作情況，如打開和關(guān)閉之間可以相互循環(huán)切換。前照燈的工作情況可分為大燈上梁和大燈低梁 ;當輪式裝載機轉(zhuǎn)彎的時候， 到轉(zhuǎn)向過程結(jié)束。 下面的 圖 3顯示了現(xiàn)實的結(jié)果顯示： 圖 3 顯示儀在該系統(tǒng)的結(jié)果顯示 6. 結(jié)論 與過去的建筑機械檢測工具相 比較，這種設(shè)計方案已經(jīng)討論和制定 了 智能顯示儀器系統(tǒng)。該系統(tǒng)首次結(jié)合了 并且 應(yīng)用 了 以下各項技術(shù)：嵌入式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，圖形和字符 可以 混合顯示的液晶顯示器，用戶自定義顯示儀，以及線技術(shù)。這是正是傳統(tǒng)工程機械顯示儀 器 的理想的替代品，它擁有 9 數(shù)字顯示和智能顯示 的 方法和系統(tǒng)。雖然本文的研 究 基于輪式裝載機，但是它可以被移植并應(yīng)用到其他工程機械產(chǎn)品之上。 利用 現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)，理論和設(shè)計可以使這種技術(shù)實現(xiàn)廣泛的擴展和移植。 參考 [ 1 ]劉和平 ．《 構(gòu)原理及應(yīng)用 》 ． 北京航空航天大學， [ 2 ] 嵌入式實時操作系統(tǒng) μC/二版）》邵貝貝等譯 ． 中國電力出版社， [ 3 ] 《嵌入式系統(tǒng)的實時概念》 ． 北京航空航天大學， 4 ]王潞鋼 ． 《 2000 程序員高手進階》 ． 機械工業(yè)出版社 ， 5 ] 任偉 王宏利 ． 《基于 ． 第四次虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用工業(yè)的國際會議， 2004， 者簡歷 許川佩：許川佩女 士（ 1968-）是桂林電子科技大學電機工程系的教授及博士，她的研究方向是嵌入式系統(tǒng)的研究及應(yīng)用。