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面向工程应用的嵌入式控制系统实践教程

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广东广州
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作者杨旭,李擎 编

出版社科学出版社

ISBN9787030751935

出版时间2023-03

装帧平装

开本16开

定价79元

货号1202870369

上书时间2024-09-05

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目录
第1章嵌入式控制系统基础1

1.1嵌入式控制系统概述1

1.1.1嵌入式控制系统的定义1

1.1.2嵌入式控制系统的特点1

1.1.3嵌入式控制系统的分类3

1.1.4嵌入式控制系统的应用4

1.2嵌入式控制系统的基本组成5

1.2.1嵌入式控制系统硬件结构5

1.2.2嵌入式控制系统软件结构7

1.3嵌入式处理器概述8

1.3.1嵌入式处理器体系架构8

1.3.2嵌入式处理器的分类10

1.4ARM处理器概述11

1.4.1ARM内核与产品系列11

1.4.2ARM内核体系架构13

1.4.3Cortex内核系列15

1.5STM32开发工具及平台搭建16

1.5.1开发工具介绍16

1.5.2Keil的版本与安装17

1.5.3硬件仿真器的驱动安装20

1.5.4驱动程序的配置21

1.5.5STM32CubeMX软件简介23

本章小结28

思考题28

第2章嵌入式控制系统典型开发流程29

2.1需求分析29

2.2系统总体设计30

2.2.1设计方案描述30

2.2.2工作总框图绘制30

2.2.3总体结构设计32

2.2.4设计工作筹备33

2.3系统硬件设计33

2.3.1处理器选型33

2.3.2元器件选择35

2.3.3系统硬件电路设计35

2.3.4系统硬件电路的计算机辅助设计36

2.3.5系统硬件电路调试37

2.3.6系统硬件可靠性设计38

2.4系统软件设计39

2.4.1软件方案设计39

2.4.2驱动程序设计40

2.4.3软件抽象层设计42

2.4.4软件应用层设计42

2.4.5软件可靠性设计43

2.5系统电磁兼容性设计44

2.5.1电磁干扰及其危害44

2.5.2电磁兼容性基本概念45

2.5.3电磁兼容性设计46

2.6系统仿真与联合调试48

2.6.1软件调试48

2.6.2系统仿真49

2.6.3软硬件联合调试49

2.7系统测试与可靠性评估50

2.7.1系统硬件测试50

2.7.2系统软件测试51

2.7.3系统软硬件集成测试53

2.7.4系统可靠性评估54

本章小结55

思考题56

第3章STM32处理器及最小系统设计57

3.1STM32芯片结构57

3.1.1Cortex-M3/M4内核57

3.1.2STM32系统结构58

3.1.3STM32存储器映射59

3.1.4STM32时钟系统60

3.2STM32典型外设接口61

3.2.1通用型输入输出接口61

3.2.2同步串行口SPI62

3.2.3同步串行口IIC63

3.2.4通用同步/异步接收/发送器65

3.2.5可变静态存储器控制器66

3.3STM32典型硬件电路设计68

3.3.1STM32最小系统设计68

3.3.2STM32典型外设接口电路设计70

本章小结79

思考题80

第4章建筑能耗监控系统工程实例设计81

4.1系统功能说明81

4.2系统总体设计81

4.2.1系统总体方案设计81

4.2.2相关模块选型81

4.3硬件设计84

4.3.1系统硬件框架84

4.3.2电能计量采集通道设计84

4.3.3电能计量主电路设计85

4.3.4电力线载波通信模块电路接口设计87

4.3.5Flash存储电路设计88

4.4软件设计89

4.4.1软件整体框架89

4.4.2电能计量任务设计89

4.4.3通信模块软件设计90

4.4.4中断任务92

4.4.5报文处理任务93

4.4.6电能计量装置校准93

本章小结95

思考题95

第5章室内环境参数监测系统工程实例设计96

5.1系统功能说明96

5.2系统总体设计96

5.2.1应用系统的结构设计96

5.2.2相关模块选型96

5.3硬件设计104

5.3.1系统硬件框架104

5.3.2微处理器模块设计104

5.3.3电源模块设计105

5.3.4温湿度采集模块设计107

5.3.5PM2.5采集模块设计107

5.3.6CO2采集模块设计108

5.3.7甲醛采集模块设计108

5.3.8TVOC采集模块设计109

5.3.9屏幕显示模块设计109

5.3.10载波通信模块设计110

5.3.11存储模块设计110

5.4软件设计111

5.4.1软件设计结构111

5.4.2系统主程序软件设计111

5.4.3检测模块驱动软件设计111

5.4.4通信模块驱动软件设计116

5.4.5屏幕显示模块驱动软件设计117

5.5系统集成与调试119

本章小结120

思考题120

第6章室内窗户状态监测系统工程实例设计121

6.1系统功能说明121

6.2系统总体设计121

6.2.1应用系统结构设计121

6.2.2相关模块选型122

6.3硬件设计125

6.3.1系统硬件框架125

6.3.2微处理器模块设计125

6.3.3超声波测距模块设计126

6.3.4LoRa无线通信模块设计127

6.4软件设计128

6.4.1软件结构设计128

6.4.2系统主程序软件设计128

6.4.3超声波测距模块驱动软件设计128

6.4.4LoRa通信模块驱动软件设计130

6.5系统集成与调试132

6.5.1系统测量窗户开启宽度功能测试132

6.5.2系统数据传输功能测试132

本章小结133

思考题133

第7章建筑智能网关工程实例设计134

7.1概述134

7.2系统功能说明135

7.2.1需求分析135

7.2.2功能设计136

7.3系统总体设计139

7.3.1嵌入式处理器选型139

7.3.2嵌入式外围设备选型140

7.3.3嵌入式软件设计架构141

7.4系统软硬件详细设计142

7.4.1硬件详细设计142

7.4.2软件详细设计155

7.5系统集成与调试164

本章小结165

思考题165

第8章基于Java的建筑智能化上位机工程实例设计166

8.1系统功能说明166

8.2系统总体设计166

8.3服务器端软件设计介绍167

8.3.1Java编程语言167

8.3.2IDEA编程工具169

8.3.3SpringBoot架构169

8.3.4SpringMVC架构174

8.4服务器端与智能网关通信设计175

8.4.1服务器端与智能网关的通信协议175

8.4.2376.1协议176

8.4.3Netty架构181

8.5数据库存储设计186

8.5.1MySQL数据库简介186

8.5.2MyBatis架构186

8.6基于Vue的前端设计188

8.6.1搭建开发环境188

8.6.2搭建Vue工程189

8.6.3官方周边库189

8.6.4Element UI组件库191

8.6.5数据可视化的实现191

8.6.6前端与后端的数据交换格式194

8.6.7前端与后端的通信设计195

8.7基于Java的工程实例设计197

8.7.1服务器端与智能网关的通信实现197

8.7.2服务器端的数据帧判断197

8.7.3服务器端的数据处理198

8.7.4服务器端与客户端的通信实现200

8.7.5前后端跨域处理201

8.7.6客户端的人机界面设计201

本章小结204

思考题204

第9章铝电解阳极电流测量装置工程实例设计205

9.1铝电解生产工艺概述205

9.2阳极电流检测原理与测量仪技术指标206

9.3系统总体设计207

9.4系统硬件设计208

9.4.1MCU模块设计209

9.4.2自校准电路设计209

9.4.3放大电路设计211

9.4.4滤波电路设计211

9.4.5A/D采样电路214

9.4.6温度采集模块的设计215

9.4.7电源模块的设计216

9.4.8RS485通信电路设计216

9.4.9数据存储模块设计217

9.5系统软件设计218

9.5.1软件总体框架218

9.5.2主程序设计219

9.5.3阳极温度采集软件设计219

9.5.4等距压降采集软件设计220

9.5.5数据存储软件设计221

9.5.6通信模块软件设计221

9.6测量装置系统测试224

本章小结225

思考题226

第10章基于温差发电的铝电解槽温度监测装置工程实例设计227

10.1需求分析227

10.2系统总体设计227

10.2.1总体方案设计227

10.2.2温度采集方案设计228

10.2.3无线通信方案设计229

10.2.4无线供电方案设计230

10.3系统硬件设计231

10.3.1温差发电装置设计231

10.3.2电源电路设计232

10.3.3MCU模块电路设计233

10.3.4温度采集电路设计235

10.4系统软件设计235

10.4.1软件总体框架235

10.4.2温差发电软件设计236

10.4.3温度采集软件设计237

10.4.4无线传输软件设计238

10.5系统性能测试240

10.5.1测试平台搭建240

10.5.2温差发电性能测试241

10.5.3温度采集性能测试244

本章小结245

思考题245

第11章铝电解边缘计算智能网关工程实例设计246

11.1概述246

11.2系统需求分析及功能设计247

11.2.1需求分析247

11.2.2功能设计248

11.3系统总体设计251

11.3.1嵌入式处理器选型252

11.3.2嵌入式外围设备选型252

11.3.3嵌入式软件设计结构253

11.4系统软硬件详细设计254

11.4.1硬件详细设计254

11.4.2软件详细设计262

11.5系统集成与调试276

本章小结278

思考题278

第12章基于LabVIEW的铝电解槽监测上位机工程实例设计279

12.1系统功能说明279

12.2系统总体设计279

12.3LabVIEW介绍280

12.3.1LabVIEW数据类型281

12.3.2LabVIEW常用函数285

12.4数据库存储设计289

12.4.1MySQL数据库协议289

12.4.2ODBC数据源介绍289

12.4.3LabVIEW访问MySQL数据库290

12.5LabVIEW客户端设计291

12.5.1人机界面设计要点291

12.5.2颜色的使用292

12.5.3LabVIEW控件293

12.5.4插入图片和装饰293

12.5.5界面分隔和自定义窗口大小294

12.5.6程序中字体的使用296

12.5.7客户端与服务端的数据通信格式297

12.5.8客户端与服务端的通信设计298

12.6基于LabVIEW的工程实例设计299

12.6.1服务器端与智能网关的连接实现299

12.6.2服务端的数据帧判断301

12.6.3服务端的数据处理301

12.6.4数据库操作302

12.6.5服务端对客户端显示数据的组帧302

12.6.6服务端与客户端的连接305

12.6.7客户端人机界面设计307

本章小结309

思考题309

参考文献310

内容摘要
《面向工程应用的嵌入式控制系统实践教程》根据自动化专业“工程教育专业认证”“新工科建设”等需求编写而成，旨在培养学生在面向特定需求情况下嵌入式控制系统的设计能力，并通过多个工程应用案例讲解，培养学生解决复杂工程问题的能力。《面向工程应用的嵌入式控制系统实践教程》分为3个部分，共12章。其中，第1部分由第1～3章组成，主要讲解嵌入式控制系统基础、嵌入式控制系统典型开发流程、STM32处理器及最小系统设计。第2部分由第4～8章组成，主要面向建筑智能化应用场景，详细阐述了标准开发流程下典型装置和平台的设计过程。第3部分由第9～12章组成，主要面向工业智能化应用场景下铝电解智能监控系统的典型装置和平台的设计开发流程。

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