总体设计报告样例往届优秀设计

1、目录1. 引言11.1 编写目的11.2名词解释11.2.1 RS-485 接口11.2.2 双机热备11.2.3 点对点通信11.2.4 超声波测距21.2.5 其他21.3 相关文档22. 项目概述32.1 项目名称32.2 项目功能简介32.3 项目.32.4 项目目标32.5 项目开发环境32.5.1 主要开发地点3.32.5.2 主要开发2.6 项目完成期限33. 系统总体设计43.1 总体设计概述43.2 总体系统性能要求53.2.1 时间特性要求53.2.2 可靠性53.2.3 灵活性53.3 子模块设计53.3.1处理模块5通信测试模块63.3.2第1页Copyrights&#

2、169; SmartIn Group,s.3.3.3 输入输出模块63.3.4 主控双机热备模块73.3.5 测控子系统73.3.6 点对点.83.4 通信及协议93.4.1 通信概述93.4.2 协议分层93.4.3 模块设计与协议层次113.5 运行环境11环境123.5.13.5.2 硬件环境12.123.5.3 支持3.5.4开发环境123.5.5 接口124. 实施计划134.1 任务分解与分工134.2 项目进度计划135. 附录 A ：5.1 硬件列表16.165.1.1 单片机板165.1.2 显示屏165.1.3 其他165.2 文件165.3 非移交的.166. 附录 B：

3、名词命名规范176.1 内容说明176.2 项目名称176.3 开发板176.4 各模块名称17第2页Copyrights© SmartIn Group,s.6.4.1 总控测量模块176.4.2 MIX 通信.186.5 有关分层协议部分196.5.1 主从多机测量系统协议参考模型196.5.2 各层及其协议名称196.6 其他196.6.1 MIX虚拟环境19第3页Copyrights© SmartIn Group,s.1. 引言1.1 编写目的主从多机测量系统是一个复杂的测量和系统，涉及到、传输、以及通信等多方面技术。本文件将详细描述整个系统的结构组成，以及此工程项目

4、在实施具体开发工作中的进度安排等内容。为各子模块的开发提供整个系统的情况以及各个模块在其中的功能和地位；为工程监督提供一个比较合理的开发进度参照；为工程任务的布置者提供一个比较完整的内容和时间的解决方案。1.2名词解释1.2.1 RS-485 接口RS485 Interface当以高数据速率或者长距离进行通信时，差分数据传输可在大多数应用中提供优良的性能。差分信号有助于消除在中作为共模电压出现的接地偏移和感应噪声信号的影响。RS-485 规约符合真正多点通信要求，并且该标准规定在一条单总线（2 线）上支持 32 个驱动器和 32 个接收器。有些 RS-485 收发器修改输入阻抗以便最常见的应用

5、是在工业环境下可编程逻辑将多达 8 倍以上的节点数连接到相同总线。RS-485器内部之间的通信。其它常见应用还商店的收款机和仪器仪表。（摘自）1.2.2 双机热备Double-redundant Backup System、Hot Redundant在系统中，双机热备就是将主机安装成互为备份的两台主机，并且在同一时间内只有一台服务器运行。当其中运行着的一台主机出现故障无法正常工作时，另一台备份的主机会迅速启动运行接替故障主机的工作，从而保证整个系统的正常运行。双机热备的工作机制实际上是为整个系统的中心主机提供了一种故障自动恢复能力。1.2.3 点对点通信Peer To Peer、P2P点对点通

6、信是指在中数据的传输有且只有在两个节点中进行的一种通信方式。作为一连接方式，有多种传输协是符合点对点的通信规范的，例如 PPP 协议，Irda 协议等。种常见的点对点的通信可以是半双工，也可以是全双工的，视具体的传输链路而定。一般情况下拨号通信、红外通信都是点对点的。第1页Copyrights© SmartIn Group,s.1.2.4 超声波测距Ultrasonic Distance Measurer超声波测距是利用超声波遇到物的反射特性，测量超声波和接收的时间差，借助声速从而计算得传感器与前方物体之间的距离。超声波测距具有信息处理简单、快速和价格低，易于实时等许多优势，从而被广

7、泛的应用在各种距离测试的中。但超声波传感器在实际应用中也有一定的局限性，主要表现为探测波束角过大，方向性差，使用前需要标定等。1.2.5 其他其他名词均可参照附录 B：名词命名规范。1.3 相关文档科技创新4课程简介和动员.ppt科创4RS485 主从通信协议(草稿 3 月 21 日).doc F0203401 班 科技创新4班级分组.doc名词命名规范.doc（编号 MIX_std_01.doc）Computer Networks(Fouth Edition)Andrew S. TanenbaumPrentice Hall第2页Copyrights© SmartIn Group,s

8、.2. 项目概述2.1 项目名称主从多机测量系统，内部开发代号 MIX。2.2 项目功能简介是一个基于 RS-485 总线通信的主从式测量系统，实现对水温的测量、对距离的测量分析以及对电机转速的测量，并提供近距红外通信、近距无线通信以及拨号等接入方式，以适应各种无线通信的要求。2.3 项目项目提出者：上海交通大学 电子工程系 科技创新课程组 指导项目开发者：上海交通大学 电子工程系 F0203401 班全体同学项目指导者：上海交通大学 电子工程系 科技创新课程组 指导说明：本工程项目由项目的提出者根据科技创新课程第四阶段要求而提出，交由F0203401 班全体同学共同开发。所有开发都具备模拟、

9、数字电路以及程序设计的基本知识和技能。开发人员中还有多位具有一定规模的软硬件项目开发经验。2.4 项目目标基本目标：基本实现温度测量、距离测量和电机转速测量功能，并提供红外通信和无线通信两套接入方案。扩展目标：在基本目标的基础上，完成对温度、电机转速的实时，并提供主机的热备份功能。2.5 项目开发环境2.5.1 主要开发地点电子工程系科技创新2.5.2 主要开发各仪器、多套基于 ATMEL 89S52 的单片机系统开发板、各种传感器件、通信小模块、小型交换系统以及常规电子元器件等。2.6 项目完成期限计划在 2005 年 5 月 22 日（第 13 周）以前完成整个项目的开发和测试工作。第3页

10、Copyrights© SmartIn Group,s.3. 系统总体设计3.1 总体设计概述（主从多机测量系统/MIX）由两大模块组成（如图 3-1）：总控测量模块和 MIX 系统模块。两者协同工作共同完成对一个虚拟环境的（传感器）和（电热杯、电机）工作。总控测量模块处理模块、主控双机热备模块、输入输出模块、通信测试模块和多个可工作的测量模块。是对各种数据进行和的主体。MIX 系统模块主要由多个基于 RS-485 电气协议的信道和多个点对点（P2P）近距无线通信模块组成。所有 P2P 模块对外均配有 MIX接口（基于 RS-485），可以和 MIX 通信或具有MIX接口的连接，实现

11、灵活的组网方式。MIX 通信1MIX 通信2图3-1 系统硬件总体设计框图第4页Copyrights© SmartIn Group,s.总控测量模块网络模块总控测量模块测控子系统 3测控子系统 2测控子系统 1P2P测试模块处理模块热备模块输入输出模块3.2 总体系统性能要求3.2.1 时间特性要求对于各测控子系统而言，要求它对的是实时的，需要避免发生严重的错误。对于处理模块而言，由于的传输，系统所得到的信息是有一定的延时的，不过这并不妨碍使用者对的。3.2.2 可靠性作为一个可靠的测量系统，对通信和测控子系统都有一定的可靠性要求，其基本准则就是(1)系统不能发生死锁 (2)对通信系

12、统容错 (3)的错误恢复。3.2.3 灵活性作为一个测量系统的模块而言，其必须符合整个系统规定的整体协议要求，并且有一定的外接能力，能够灵活组网。3.3 子模块设计3.3.1处理模块输入输出模块MIX 通信图 3-2处理模块框图功能：负责接收用户端输入的指令，通过 MIX 通信向测控子系统命令，并且将信息反馈给用户。第5页Copyrights© SmartIn Group,s.中央处理模块MIX接口（基于 RS-485）与信息处理输入输出接口单片机接口性能要求：将用户的输入指令正确转换成命令至，对接收到的数据进行有效处理。作为整个 MIX 系统的结构框图：见图 3-2，必须高效、安全

13、地完成各种和数据处理。3.3.2功能通信测试模块：主要用于对 MIX 通信的可靠性测试。同时提供扩展的 PC 接口，以便于 PC 机的接入，从而降低测试难度。本模块最终的一部分提交。性能要求：能够捕获通信模块中的传输信号，并且按要求生成各种异常信号供可靠性测试使用。结构框图：见图 3-3PCMIX 通信图 3-3 总线通信测试模块框图3.3.3 输入输出模块功能：通过键盘输入的得到用户的指令，通过液晶屏显示系统的各种信息。性能要求：正确从用户端得到各种信息，并且即时准确的反映出当前系统所要反馈给用户的显示信息，必须提供用户以友好直观和便捷的操作界面。结构框图：见图 3-4第6页Copyrigh

14、ts© SmartIn Group,s.网络测试模块MIX接口（基于 RS-485）信号捕获与异常信号生成PC 接口（RS-232）PC 串口模块图 3-4 输入输出模块框图3.3.4 主控双机热备模块功能：在处理模块出现异常工作的时候，恢复的正常工作。性能要求：及时发现错误，完成无缝转接，确保 MIX 系统不间断可靠运行。结构框图：见图 3-5MIX 通信图 3-5 主控双模块热备模块框图3.3.5 测控子系统功能：由三部分组成：水温测量模块、超声波测距模块、电机测速模块。分别利用传感器完成对目标的测量，同时温控模块和电机模块在需要时，可以根据用户设置要求完成控制。总体性能要求：测

15、量精确，准确。各部分性能要求：第7页Copyrights© SmartIn Group,s.热备模块输入输出模块MIX接口（基于 RS-485）系统当前状态分析输入输出接口单片机接口键盘输入液晶输出温控模块：测温范围为 0100，精度至少为 1，温度速率至少为 5/min。超声模块：测距范围为 0.3m5.0m，精度至少为 1%，需要完成分辨率测量。电机模块：测量电机转速，精度至少为 1%，并且进行结构框图：见图 3-6。MIX 通信图 3-6 总线通信测试模块框图3.3.6 点对点功能：该模块提供双向的 MIX接口，可以分别连接 MIX 通信或决有 MIX接口的系统，MIX 系统提

16、供以适应不同应用场合的需要。拨号接入、近距红外通入、近距无线通入等三种接入方式。性能要求：能力强，保证数据信息的正确传输。结构框图：见图 3-7第8页Copyrights© SmartIn Group,s.测量子系统测量与信号编MIX接口（基于 RS-485）MIX 通信1P2P 信道MIX 通信2图 3-7 总线通信测试模块框图3.4 通信及协议3.4.1 通信概述MIX 作为一个主从多系统测量系统，它在之间的数据通信就显得特别重要了，为了使通信具有优良的质量，我们仿照 OSI/ISO 参考模型推出了主从多机测量系统协议参考模型（MIX/MSI）。MIX 通信信的目的。整个的通用接

17、口为 RS-485，可以通过 P2P对接，以达到通受 RS-485 协议的影响（RS485 是总线型），在逻辑上是总线型，而在物理连接上则可以看作为树型。3.4.2 协议分层的参考模型（见图 3-8）仿照计算的参考某型简化而成，共分三层结构：物理层、层、应用层。在模型各层上有对应的各种协议，整个协议之间成沙漏状，的应用协议与下第9页Copyrights© SmartIn Group,s.点对点通信子系统MIX接口（基于 RS-485）信道编信道编MIX接口（基于 RS-485）层的物理层协议通过中间的主从通信协议进行。各层之间，上层协议的开发只依赖于其下一层的各组协议，不能跨层调用，

18、从而保证模型各协议之间的性和可靠性。（见图 3-9）对各小组模块开发而言，使用参考模型大大简化了其开发的难度和复杂度。应用层层物理层图 3-8主从多机测量系统协议参考模型（MIX/MSI）(a)应用层协议MIX 通信协议P2P相关信道的通讯协议P2P 收发模块RS485图 3-9 主从多机测量系统协议参考模型(b)3.4.2.1 物理层(Physical Layer)物理层位于协议最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理(即信道)。物理层的传输单位为比特（bit）。其作用是确保比特流能在物理信道上可靠传输。第10页Copyrights© SmartIn Group,s.物理层物理层物

19、理层物理层层层应用层应用层拨号接入无线通信红外通信RS-485MIX 通信协议电机模块应用层协议超声模块应用层协议温控模块应用层协议数据在物理层上传输时可以使用不同的协议变换其传输介质（如通过红外通信方式）。而然，对上层协议来说底层的数据信道对它来说是完全透明的。使用协议：RS-485 协议，红外通信、无线通信、拨号接入等的相关物理层协议3.4.2.2层(Network Layer)层作为模型的中间层，起着数据封装，并有效可靠地把数据从源传输到目的作用。层的为帧（frame）。层的协议是统一的，采用一种基于主从多机通信的 ASCII 编码协议，好处是统一了各个子系统之间的“语言”，是系统具有良

20、好的扩展性和兼容性。并且在协议中定义了相应的检错机制，数据传输的可靠性。使用协议：MIX 通信协议3.4.2.3 应用层(Application Layer)应用层位于最上层，直接与各模块的设计者打交道。具体协议根据各模块功能具体开发。应用层的基本为指令(command)。应用层的开发工作由处理模块同各测量模块协商制定，由于有了层协议的保证，开发工作变得非常容易了。使用协议：各模块应用层协议3.4.3 模块设计与协议层次表 3-1 各模块设计与协议层次3.5 运行环境第11页Copyrights© SmartIn Group,s.模块名称类型物理层层应用层备注说明处理模块主机通信测试

21、模块通信内部检测模块，不提交水温测量模块测控超声波测距模块测控电机测速模块测控拨号接入模块通信信道转换，基于物理层近距红外通入模块通信近距无线通入模块通信输入输出模块辅助主控双机热备模块主机处理模块的备份3.5.1MIX环境虚拟环境具有一定理想特性。各测试子系统该虚拟环境的环境参数并进行协同工作，具备一定的环境能力。3.5.2 硬件环境AT89S52 单片机板以 RS-485 为主的半双工通信3.5.3 支持MIX/MSI 模型协议（基于 KeilC）各模块开发的单片机子系统3.5.4开发环境Microsoft Windows 环境KeilC 7.20Atmel ISP Software串口通

22、讯助手3.5.5 接口与 PC 通信的 RS232 串口接口MIX/MSI 模型中的各层接口协议第12页Copyrights© SmartIn Group,s.4. 实施计划4.1 任务分解与分工表 4-1分工一览表4.2 项目进度计划项目总体开发时间初定为 9 周，即第 5 13 周（2005-3-21 2005-5-8）。各模块具体计划进度：见表 4-2表 4-2 进度计划一览表第13页Copyrights© SmartIn Group,s.模块名称计划时间项目总体设计第 5 周处理模块第 6 7 周作为整个系统的总模块，必须尽快完成基本部分的开发， 随后不断配合各个模

23、块，进行优化通信构建第 6 8 周第 6 周完成基本框架，第 7、8 周完成协议编写电机测速模块第 6 11 周第 6 周完成具体设计框架，第 7、8 周完成测量部分的功能，第9 11 周实现全部功能和内部测试水温测量模块第 6 11 周第 6 周完成具体设计框架，第 7、8 周完成测量部分的功能，第9 11 周实现全部功能和内部测试超声波测距模块第 6 11 周小组组长成员主要任务总工组、系统的整体设计、 处理模块和通信 构建、输入输出模块、网络测试模块第一小组、江近距红外通入模块开发第二小组、顾及成水温测量模块开发第三小组、超声波测距模块开发第四小组、电机测速模块开发第五小组李焱、近距无线

24、通入模块开发第六小组延小兵、勇协调进度、协助其他模块开发整体进度如图 4-1。第14页Copyrights© SmartIn Group,s.第 6 周完成具体设计框架，第 7、8 周完成测量部分的功能，第9 11 周实现全部功能和内部测试近距红外通入模块第 6 11 周第 6 周完成具体设计框架，第 7 9 周实现基本数据传输功能， 第 10、11功能完善，接入整个近距无线通入模块第 6 11 周第 6 周完成具体设计框架，第 7 9 周实现基本数据传输功能， 第 10、11功能完善，接入整个近距通入模块第 10、 11 周因为不属于基本目标中，所以在时间和的情况下面进行此部分功能

25、的开发，并且接入整个双机热备模块第 8 10 周在基本通信构建完成后，利用开始进行开发I/O 接口模块第 7 11 周第 7 9 周完成液晶显示屏的输出和基本输入的实现，第10、11 可以考虑扩展部分的优化和实现。通信测试模块第 10 12 周在各 P2P 子系统实现基本功能后，配合其功能的完善逐步完善次测试功能。总体协调、测试第 11 13 周从双机热备模块完成以后，便可以开始整个系统的总体协调和测试工作总体设计报告处理模块通信构建P2P 子系统无线模块红外模块模块测控子系统超声模块温控模块电机模块热备模块I/O 模块测试总体系统调试1356789101112周图 4-1 整体进度图其中，测

26、试说明如表 4-3表 4-3 测试说明第15页Copyrights© SmartIn Group,s.测试编号测试内容1基本通信数据传输的测试、验收。2测控子系统的中期验收。对于温控和电机模块测试其测量部分的功能；对于超声模块，测量其功能是否简单实现。3P2P 子系统的中期验收。将其接入整个通信，测试数据传输功能实现4双机热备模块功能测试、验收。5完整的通信功能测试、验收。6测控子系统根据指标，进行脱离的完整功能测试、验收。7输入输出模块的功能测试、。8加入测试通信的模块后，对进试。测试 1测试 3测试 5测试 2测试 6测试4测试 7测试85. 附录 A ：列表5.1 硬件5.1.

27、1 单片机板由 12 套基于 ATMEL 89S52 的单片机系统开发板及其各自相应的处理模块 1 套电路。：水温测量模块、超声波测距模块、电机测速模块各 1 套拨号接入模块、近距红外通入模块、近距无线通入模块各 2 套主控双机热备模块 1 套通信测试模块 1 套5.1.2 显示屏液晶显示屏 1 块5.1.3 其他互连插口和互连线若干电源线若干5.2 文件使用手册 1 份5.3 非移交的各个模块详细的电路原理图各个模块的程序源代码各种开发过程中间的工程、设计、规范文件第16页Copyrights© SmartIn Group,s.6. 附录 B：名词命名规范6.1 内容说明对于在整个

28、设计开发过程各种文档和设计资料中间所牵涉到的各种专业名词、命名以及使用方法加以规范和统一。作者：MIX 系统总工组最后更新：2005-3-23 版本：2.0使用说明：在所有中以下名称的时候，可以不加说明的使用完整名称或者简称，但是在交给用户的文档中间，如果使用到简称，必须在第一次的时候用括号的形式注明简称（除非另有说明）。6.2 项目名称中文完整名称：主从多机测量系统中文简称：主从测控系统内部开发代号：MIX（Multiprocessor Information Collection and Control System）说明：可以以上两个中文名称来表示整个项目。在内部的文件中，也可以使用“MIX 系统”来表示。6.3 开发板：基于 ATMEL 89S52 的单片机系统开发板简称：单片机板说明：开发 MIX 系统所采用的进行程序开发和参见科创资料中的 V4.ddb 文件。的单片机开发板，此开发板的电路原理图6.4 各模块名称6.4.1 总控测量模块简称：总控测量说明：指用于完成各种和的部分。了一下四个模块。1.处理模块简称：CPU 模块说明：指以作为主机的单片机板为的以及信息显示电路。2.输入输出模块简称：I/O 模块第17页Copyrights© SmartIn Group,s.说明：利用字符型液晶