[CAD图纸全套]远程遥控装置设计

买文档就送全套 纸 询 414951605 1 目 录 摘要 . . 第 1 章 绪论 . 1 述 . 1 献综述 . 2 本内容和拟解决的问题 . 3 本内容 . 3 解决的主要问题 . 3 第 2 章 嵌入式蓝牙网关的研究 . 4 发环境的搭建 . 4 处理器模块 . 4 储器模块 . 5 太网接口模块 . 5 试接口模块 . 5 牙接口模块 . 5 入式蓝牙网关的协议体系结构 . 6 议的实现 . 7 互操作 . 8 数据处理方式 . 8 数据包 . 8 状态流程 . 9 实现的过程流程图 . 10 蓝牙设备中的实现形式 . 10 帧分析与流控制 . 11 通信流程 . 12 买文档就送全套 纸 询 414951605 2 状态过程 . 12 数据处理流程 . 12 拟串口设备的管理 . 13 域网接入模型的实现 . 14 域网接入模型中的协议 . 14 域网接入模型的通信过程 . 15 议 . 16 议的状态转移 . 16 议的实现 . 17 据终端对局域网的访问 . 17 章小结 . 17 第 3 章 水温蓝牙无线传感器 . 18 片机的简介 . 18 于单片机的温度传感器设计数字温度计的发展现状 . 18 路介绍 . 19 作所需原件及其功能 . 19 度传感器的总体设计 . 19 件说明 . 19 温蓝牙无线传感器的总体结构框图 . 20 介绍 . 20 片机的选择 . 21 据的读取 . 22 . 23 牙模块的选择 . 24 章小结 . 24 第 4 章 蓝牙网络及其拓扑结构 . 25 牙微微网 . 25 牙散射网 . 25 试系统的拓扑结构 . 29 章小结 . 30 第 5 章 故障诊断专家系统 . 32 买文档就送全套 纸 询 414951605 3 障诊断专家系统的结构 . 31 程机械故障诊断系统构成 . 31 群现场监控中心体系结构 . 32 章小结 . 33 结论 . 34 参考文献 . 36 致谢 . 38 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 买文档就送全套 纸 询 414951605 4 摘 要 该项目主要是 远 程 遥 控装置 设计 ，机群散射网中蓝牙无线分布式通信、远程无线上网等的应用。 对工程机械工况参数进行分析、处理，可实时控制施工进度，提高施工质量，加强作业管理。对工程机械进行有效的监测和故障诊断，不但可使工程机械正常高效地运行，且使得设备在现场出现故障时，能够快速、准确、可靠地确定故障原因和排除故障。 该课题研究采用蓝牙技术进行无线通信，利用蓝牙芯片可对各传感器采集的数据进行无电缆可靠传输，使工程机械检测系统与外部网络的连接不受通信线路及地区限制，使用更方便、更安全。设备无需布线便可安装于现有环境，减少系统的维护费用。 买文档就送全套 纸 询 414951605 5 关键词 ：工程机械；蓝牙；故障诊断；远程无线上网；传感技术 he in of in of in in of in to of of be of no 买文档就送全套 纸 询 414951605 6 be in 1 章 绪 论 述 该项目 远 程 遥 控装置 设计 ，机群散射网中蓝牙无线分布式通信、远程无线上网等的应用。 对工程机械工况参数进行分析、处理，可实时控制施工进度，提高施工质量，加强作业管理。对工程机械进行有效的监测和故障诊断，不但可使工程机械正常高效地运行，且使得设备在现场出现故障时，能够快速、准确、可靠地确定故障原因和排除故障。工程机械结构形式多种多样，而且结构复杂，再加上工程机械所处的工作环境复杂、条件恶劣，施工载荷不确定，所以导致其故障率较高。工程机械发生故障后会影响施工进程，造成巨大损失。由于施工现场的操作人员常缺少故障诊断的专业知识和诊断设备，让制造商或维修厂家快速有效地进行故障诊断与排除是个很好的解决 办法。而工程机械大多数在野外进行作业或在运动中，即现场没有诊断设备和上网条件。 基于蓝牙技术的远程故障诊断系统由客户端（远程监测现场的数据采集处理和单机处理系统）、网络通信协议和远程故障诊断服务中心三个部分组成。工程机械设备的各种运行状态信息由不同传感器采集 , 本地用户将反映现场设备状买文档就送全套 纸 询 414951605 7 态的数据通过现场监控中心计算机经由蓝牙适配器和蓝牙手机与 送给远程故障诊断中心，并提请故障诊断及远程信息咨询等服务。 安装在工程机械上的蓝牙适配器和移动设备（蓝牙手机）通过微微网连接，最大特征是可为用 户提供 10 100 米远的 无线 连接距离，采用蓝牙接入点或蓝牙手机上网，进行无线网络通讯。蓝牙采用了扩频技术，使整个蓝牙频段内噪声影响变得最低。很大程度上抑止了无线电电磁干扰。 基于蓝牙技术的状态监测与远程故障诊断系统其特色是： 1)实现无线数据采集和网络通讯，免去有线电缆的连接，使得监测网络的调整和重组变得非常方便。可以实现多台工程机械之间的联网，便于进行集中测控。 2)实现无线移动监测。没有方向上的限制，可以从各个角度进行测控数据的传输。固定设备（工程机械）和移动设备（笔记本、蓝牙手机）通过微微网连接，可达到 10 100 米远的 无线 连接距离，蓝牙技术支持点对点和点对多点连接； 3)实现无线远程通信和故障诊断 。采用蓝牙手机或蓝牙适配器联网，术标准传输速率可达 24Mb/s 以上；便于携带，功耗低，可灵活实现 献综述 1998 年 5 月，爱立信、诺基亚、东芝、 英特尔公司等五家厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。 目前国内蓝牙技术正在飞速发展，北京清华大学汽车工程系康荣学等人，提出了一种施工机械状态无线监测系统，实现对施工机械状态的实时监控。利用蓝牙技术可将传感器在线监测数据传送到计算机进行处理，而经过计算机处理 后的信息可再经蓝牙技术传至各台设备。人工智能四川省 (高校 )重点实验室任小洪等人设计研究了一种能适用于工业现场的无线传感器系统。该系统以蓝牙模块核心，通过对蓝牙 底层协议进行二次开发，实现了一个具有主从网络结构的蓝牙无线数据采集系统。文献介绍了利用 片机进行数据采集，并通过蓝牙模块将采集的数据以无线电波的方式发送到终端设备。文献提出了一种基于蓝牙技术的无线局域网解决方案。重庆邮电学院提出了适应工业控制的现场级“蓝牙”通信协 议体系，介绍了适应工业现场的“蓝牙”适配器和连接有线控制网络的“蓝牙”接入设备的实现方法。文献提出了基于一体化思想的工程机械监测与故障诊断系统设计思想。东南大学研究了工程机械设备智能故障诊断专家系统，通过无线网络将单机的采集数据传买文档就送全套 纸 询 414951605 8 送到数据库服务器端。研究了基于网络平台的机群状态远程设备监控与故障诊断系统实现了远程数据传输和对工程机械施工机群进行远程状态监控。由于施工过程中各设备彼此分散，所以通过无线网络构建机群监控中心与各分散设备的联系，完成各设备之间的协同工作。机群监控中心和各单机之间，在整体布局和功能上 将系统构造成分布分层式结构。整个机群设置监控中心，通过无线网络将单机与监控中心联网，实时监控单机状态。各台单机共享同一专家诊断系统，使机群设备的管理者和操作者能实时监控设备状态，并获取维护处理措施。 国外一些著名的工程机械公司在故障诊断、远程监控系统及整机智能控制方面取得了较大进展。卡特彼勒公司 1998 年推出的 50G 计算机监控系统还配备有 导诊断系统和以维修工具为基础的 件包，使维修人员坐在汽车里用笔记本电脑就能迅速而容易地诊断和排除故障。 92G 在监控装载机各功能状况并作出诊断的同时还能把这些信息数据作为履历记录下来，无线传送到办公室用计算机进行分析，从而防患于未然。沃尔沃 (司的 L 系列装载机上也安装有 件包，用以监控和分析装载机的工作状态；其小型装载机上配有电子伺服控制及信息系统 (由液晶显示屏和键盘组成，用来显示和记录各种信息，其自动诊断功能记录机器故障并储存所有相关信息，通过编码可以防盗。凯斯 (司 21B、 C 系列装载机也采用计算机监控系统，其微处理器安装在司机座椅的右侧，也具有故障诊断和工作状态液晶 显示功能。 蓝牙特别兴趣小组 （ 宣布，采用低能量蓝牙无线技术，这是蓝牙核心规格 本的标志功能。蓝牙技术是一种跳频系统，标准的跳频信号 1600 跳 /秒。蓝牙自组织网络可以把互连的几个微微网形成一个散射网，文献介绍了基于蓝牙无线网络活塞的温度遥测系统。文献介绍了采用蓝牙协议， 远程医疗系统。 本内容和拟解决的问题 本内容 (1)蓝牙远程无线故障诊断，嵌入式蓝牙网关设计，实现无线远程通信和故障诊断。利用蓝牙技术解决工程机械在野外进行作业或在运动中，即现场没有诊断设备和有线上网条件的情况下实现远程无线通信和故障诊断的问题 (2)测试系统的拓扑结构，远程故障诊断系统的结构及运行模式。 (3)现场检测数据和数据采集系统、设计水温蓝牙无线传感器、故障诊断专家系统等模块。 解决的问题 买文档就送全套 纸 询 414951605 9 网路通信结构与实现，测试系统的拓扑结构，远程故障诊断系统的结构及运行模式。 现场检测和数据采集系统、设计水温蓝牙无线传感器、故障诊断专家系统模块 的建立。 嵌入式蓝牙网关的研究。 第 2 章 嵌入式蓝牙网关的研究 发环境的搭建 嵌入式蓝牙硬件的部分以 处理器为核心，外围有存储器模块、以太网借口模块、调试接口模块、基于 口的蓝牙模块组成。硬件总体框图如图所示： 太网接口模块 制接口模块 存储模块 蓝牙模块 买文档就送全套 纸 询 414951605 10 图 2入式蓝牙网关硬件平台框图 处理器模块 硬件平台采用韩国三星的 理器 为微处理器，这是一款基于 核，采用 米工艺的 32 位微处理器，低价格，高性能，高集成度使得用户可以节省系统成本和提高系统性能。 持两种指令集 :令集和 令集，其中， 令集为 32 位的长度， 6 位 长度。 令集为 令集的功能子集，但与等价的 以节省 30%上的存储空间，同时具备 32 位代码的所有优点。 同时， 片集成了大量的功能单元，包括 :16令和 16据的缓存 ( 置外部存储器控制器、 制器 、 4 个带外部请求线的3 个通用异步串行端口、 1 通道的 个多主 线、一个 线控制器、两个 主机 (元，一个 设备 (口、 1 17 个通用 I/O、触摸屏接口和 8 个通道的 10及实时时钟单元 等。 嵌入式蓝牙网关的主处理器部分，同时也是整个硬件电路的核心 模块，负责控制其他外围设备，管理着系统的平稳运行。 储器模块 存储器模块包括一片 16 两片 16于固化 序和 核映像文件和文件系统以及蓝牙协议栈和所有应用程序， 程序运行的区域。 开发板的 由两片 16M16 位数据宽度的成，两片拼成 32 位模式，共 64M，公用 址范围为00始物理实地址： 0 射后地址为 0的是一片 8M16 位数据宽度的 28址范围为 00照 理器手册 ， 装在 址应该为 0，但由于 址是循环映射，0是 0 地址，其中引导代码 烧写在地址 0 处，内核写在 0始处，根文件系统烧写在 0址处。 太网接口模块 理器是一款高性能、低功耗、高集成 度的片上系统，它本身集成 了两个以太网接口，分别为通过 展的 10M 以太网接口和通过 文档就送全套 纸 询 414951605 11 扩展的 10M/100M 以太网接口，因此很容易实现网络接入功能，这两个接口使得 嵌入式蓝牙网关以有线方式与局域网相连。 试接口模块 通常硬件调试接口有 种， 列芯片所需要的测试工具接口是 以用该接口进行在线仿真、调试、下载和烧写 操作。另外，嵌入式开发时往往还需要一个监视口，我们用串口 0 来承担，网口既是与局域网的通信接口，也是开发过程中从主机下载 件到目标机的高速通道。 总体而一言，在设计硬件电路的时候，要保证所提供的接口能够同时满足基本通信过程和调试过程。 牙接口模块 硬件平台采用外扩 牙适配器来实现嵌入式蓝牙网关的无线通信，本设计采用的是力特公司的一款基于蓝牙规范 计生产的蓝牙适配器。 蓝牙适配器的特性如下 : (1)具有桥接功能，能够完整覆盖商用和家用应用环境。无线网络（ 通过无线电传输及接收数据，使得电脑间及电脑与其它网络设备之间可以不经由电线或是网络线建立无线连接。 (2)蓝牙 范支持全新的 高数据传输速率 )，最高带宽将高达 36在对蓝牙语音的支持上面， 牙设备也有更大的优势，可提供更优良的音质。 (3)新增的 键，其人性化的设计提供用户直接与蓝牙键盘、鼠标立即连接的功能，而不需要再安装蓝牙管理软件，非常方便。 (4)采用 牙芯片，支持微微网，支持 7 个蓝牙子设备同时工作，并可以和更多的从设备 (最多可达 256 个 )保持同步但不进行通信。 (5)高达 2内存。提供蓝牙通信缓冲及蓝牙固件存储，确保通信可靠度。 入式蓝牙网关的协议体系结构 结合嵌入式蓝牙网关的功能，可以得出嵌入式蓝牙网关的协议体系结构图，如图所示： 网络应用（ P 等网络协议 拟串口 文档就送全套 纸 询 414951605 12 图 2入式蓝牙网关协议体系结构 从结构图可知在嵌入式蓝牙网关使用蓝牙协议栈承载 议来支持上层P 网络的协议，虚拟串口向上模拟真实串口的行为，向下与蓝牙协议栈的行通信。 协议以及虚拟串口是软件的核心部分，负责蓝牙连接的建立、管理和数据收发。蓝牙协议中 B 协议已经固化到硬件中，无需开发。 2议的实现 议在蓝牙协议中属于中间协议层部分，下层连接主机控制接口，上层连接 整个协议栈中非常重要的一个，也是最复杂的一个， 它的主要作用是向上层提供一个可靠的 接。为了实现这一点它必须与上层协议、下层协议和对等 议进行各种交互。 高层提供数据服务，需要注意的是它不保证信道的可靠性以及数据的完整性， 通过基带提供的机制来提供一条可靠的信道。它只支持基带异步无连接传输服务 (不支持同步面向连接的服务 ( 据包是利用基带的 据包来传输。 议的主要功能有： (1)协议复用 须支持协议复用，因为蓝牙的基带协议并不支持通过类型字段区分复用的高层协议功能，因此 须能够将这些高层协议区分开。 (2)分段与重组 题实现 买文档就送全套 纸 询 414951605 13 蓝牙基带协议中定义的数据分组长度是有限的，而蓝牙的高层协议则需要更 大的分组来发送。基带分组有效载荷最大为 341 字节，如果用这种最大传输单位 (传输高层协议，将会限制带宽的利用率。因此 组必须能够在 无线传输前分成许多小的基带分组 ;在接收端，经过简单的完整检查后，这些小 的分组能够重新组合成一个较大的 组。 （ 3）在 接建立的 过程中允许两台蓝牙设备之间交换各自所期望的 服务质量消息。执行 设备必须对协议所使用的资源进行监视，以保证能都达到所期望的服务质量。 （ 4）组 许多协议中都包含有地址组的概念。蓝牙基带协议支持微微网的概念，在一 个微微网中最多可以有八个蓝牙设备，这些设备组成一个组在同一个时钟下同步 的工作。 中组的概念可以把协议中的组有效的映射到微微网中。如果没有这项功能，高层协议将直接面对基带协议和链路管理器，刁能达到对地址组的有效管理。 2互操作 客户端蓝牙设备 服务器端蓝牙设备 求 认 应 示 求 底层请求 底层确认 应 底层响应 底层指示 物理链路 图 2的互操作 图 2示了 的互操作过程， 体必须能够在高层和底层之间传输数据。同时支持一组对等的 体信令命令。 体必须能够接收底层来的事件，然后产生响应的事件给上层。 2数据处理方式 过分段重组的形式来处理数据的收发，分段和重组用来支持 而提高通信的效率。从 基带发送数据时，执行分段处理，产生更小的数据包，适合基带传输，从基带 送数上层协议 上层协议 层 层 买文档就送全套 纸 询 414951605 14 据时，执行重组处理，组合成适合 数据格式， 本身并不执行任何分 段和重组，但是数据包格式支持对更小物理帧的适配，分段和重组在实现时使用很小的基带包开销。 2数据包 基于分组传输的，遵循信道传输模型， 跳信道代表一对本地和远程设备 体间的数据流。 持的信道有两种：面向的连接信道和面向无连接的信道。 面向连接信道： 头 16 16 2的数据封装格式 面向无连接信道 ： 16 16 16 22的数据封装格式 无连接的数据信道支持组传输，数据通过组信道被发往所有的组成员，完成上层协议组地址与蓝牙微微网的映射，但是在组信道中不提供服务质量，因此组信道通常是不可靠的， 保证数据能成功发往所有组成员，如果需要可靠的传输，需要上层协议的支持。 2状态流程 向连接的信道假定不同协议层进行通信有不同的状态。协议的这一部分描述了 面向连接信道的状态机，并定义了一些状态，引起状态转换的事件，以及响应事件的动作。蓝牙协议规定，“状态机”只适用于双向信道，并不适用于信令信道和单向 信道。 事件是指在一定时限内到达 的消息。事件分为五类 :低层来的指示和证实、高层来的请求和响应、来自对等协议层的数据、对等协议层来的信号请求和应答消息、定时器超时引起的事件。 动作也分为五类 :对高协议层的证实与指示、对低协议层的请求与响应、对对等协议层的请求和应答、对等协议层的数据传输、设置定时器。 长度 信道 效载荷 长度 信道 效载荷 买文档就送全套 纸 询 414951605 15 的命令规则如下： (1)两个协议层之间的接口 (垂直方向接口 )使用为高层提供服务的底层协议的前缀，如 于相同协议层的实体之间的接口 (水平方向接口 )使用协议的前缀，如 (2)从上层来的事件称为“请求” （ ,相应的回答称为“证实 (从低层来的事件称为“指示” (相应的应答称为“响应” (需要有进一步的处理过程的响应称为“中间响应” (如果是表示否定的应答，在相应的记 号后加上“ 缀。 (3)高层的请求信号必须有相应的证实回答 (表示动作的执行成功或者不成功 )，而低层对高层的指示信号并不一定需要相应的应答，例如当指示信号用于向高层通知本地触发事件的信息时。 2的实现过程流程图 1，请求方 建立逻辑信道过程模块流程图 O 求建立 辑信道 请求方 逻辑信道 建立模块启动 创建 组 进行 打包 发送到下层 模块 分组 向用户报错：硬件平台获蓝牙基带有误，检查后再试 程序结束 记录返回参数 建 组 进行 打包 发送到下层 模块 分组 方向设置及模块 请求方 逻辑信道建立模块结束 买文档就送全套 纸 询 414951605 16 图 22的实现过程流程图 蓝牙协议中模拟串口，实现 和基于 的协议层的数据交互。 目的是对两个不同设备上的应用保证一条完整的通信路径，病保持一个通信段。 蓝牙设备中的实现形式 过 接来实现设备间的逻辑串行链路，特别是建立一条面向连接 道，以连接两个设备 体，两个设备之间只允许同时存在一个 接，但是该链接是可多路复用，故两个设备时间可以再一条 接之上存在多大 60 条逻辑链路，但是没有规定 画过程中，客户和服务器应用可以分布在通信的两端，每一端都可以独立发起连接。 在客户和服务器之间的每一条多路复用链路都用数据链路标志符来唯一标识，识控制信道， 可用， 系统保留值，在两个设备之间的 话期间， 唯一的。 如果蓝牙设备支持多个设备之间的串口仿真，那么 体必须能够运行多个 路复用器会话，每一个多路复用器都使用期 道 路复用器多个会话的支持是可选的。 一般大多数便携式蓝牙设备在蓝牙环境下很少会需要同时使用如此多的串 行连接。局域网访问规范规定在 使用 此一个局域网接入点 设备实际上可能同时需要很多与多个设备之间的串行连接，可利用 多 路复用能力来实现 多路复用。 帧分析与流控制 议层命令的执行和数据的发送都是通过各种帧来完成的。各种数据和控制信号封装在各种不同的帧中进行传输，所使用的帧 来自于 路控制协议。主要包括 :设置异步平衡模式帧 ( 无序号响应帧 (断开模式帧 (断开连接帧 (带头校验的无序号信 息帧 （ 。其中 命令帧， 响应帧， 可以买文档就送全套 纸 询 414951605 17 是命令帧，也可以是响应帧。 在建立 接时，首先需要发送的是 ，其中所携带的 接。 是在接收到需要响应的帧时 (如 )，发送的响应帧。 用来向对方确认本地当前的状态。 用来断开某个 用来装载有效用户数据，以及多路控制命令 (当为普通用户数据的时候，通过非控制信道 (来传输 ;当是 令时，通过控制信道 (输。 令包括 放在 信息域字段里面传输。 较低层 间的流控制依赖于设备所支持的服务接口，除了使用于基带的链路管理 (提供的流控制机制外， 有自己的三种流控机制。 （ 1） 议定义了能对两个 体之间全部数据流操作的流控制指令 对所有的 起作用。如果本地会话不能接收更