地基气象微波辐射计数控系统的设计与实现

论文摘要

地基气象微波辐射计可用于获取中小尺度的气象要素,这对于传统的探空方式是一种有效的技术补充。气象微波辐射计的数据采集与控制系统（简称数控系统）是辐射计的一个核心组成部分,它控制着辐射计的接收机、各种地面传感器和恒温装置,监测着系统的工作电源,并与上位机进行通讯。基于气象微波辐射计的工作原理,本文首先讨论不同系统方案,选择以ARM为主、FPGA为辅,且软件上使用μC?OS-Ⅱ作为操作系统的软硬件架构,以适用于具有16通道电压输出、多外设的辐射计。其次,基于硬件设计需求,分别对通讯接口电路、ARM处理器外围电路和FPGA芯片外围电路进行设计。其中,FPGA芯片的外围电路主要为2路8通道的AD7768同时采样芯片,该芯片将采集到的16通路电压输出到FPGA中,再由FPGA以特定的数据格式通过串口发送到ARM中,从而提高了接收机电压的采集效率。紧接着,根据软件功能需求,从底层往上,逐层地对数控系统的软件进行设计,其中包括引导程序、驱动程序、FPGA软件、操作系统以及应用软件设计。操作系统μC?OS-Ⅱ的应用提高了时间利用率,并增强了软件系统的稳定性。最后,在完成软硬件设计后,对软硬件进行实现和调试以排查错误,并对数控系统的各单元以及整体进行测试。经测试表明,本系统实现了各项数据采集与控制功能,且具有良好的稳定性,可很好地满足系统需求。此外,在自检或测量模式下,在约1秒的时间内可由数控系统获取到接收机、地面传感器、恒温温度等所有外设的一组数据,即每约1秒钟上位机可获取1个完整数据包,具有较高的时间分辨率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本文研究内容和结构安排
• 第2章 数控系统方案设计
•   2.1 气象微波辐射计工作原理
•   2.2 关键技术
•   2.3 系统方案
•   2.4 本章小结
• 第3章 数控系统硬件设计
•   3.1 设计要求
•   3.2 通讯接口电路
•   3.3 ARM处理器外围电路设计
•   3.4 FPGA芯片的外围电路设计
•   3.5 本章小结
• 第4章 数控系统软件设计
•   4.1 软件设计需求
•   4.2 ARM引导程序与驱动软件设计
•   4.3 FPGA软件设计
•   4.4 上层软件设计
•   4.5 本章小结
• 第5章 软硬件实现和测试
•   5.1 软硬件实现与调试
•   5.2 单元测试
•   5.3 系统测试
•   5.4 本章小结
• 第6章 总结和展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 （攻读学位期间发表论文目录）
• 附录2

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈俞娴

导师: 郭伟

关键词: 微波辐射计,数控系统

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 气象学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 华中科技大学

分类号: P407;TP311.52;TN791

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000954

总页数: 75

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