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目錄 第1章　嵌入式控制系統(tǒng)基礎(chǔ)　1 1.1　嵌入式控制系統(tǒng)概述　1 1.1.1　嵌入式控制系統(tǒng)的定義　1 1.1.2　嵌入式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)　1 1.1.3　嵌入式控制系統(tǒng)的分類　3 1.1.4　嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用　4 1.2　嵌入式控制系統(tǒng)的基本組成　5 1.2.1　嵌入式控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)　5 1.2.2　嵌入式控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)　7 1.3　嵌入式處理器概述　8 1.3.1　嵌入式處理器體系架構(gòu)　8 1.3.2　嵌入式處理器的分類　10 1.4　ARM處理器概述　11 1.4.1　ARM內(nèi)核與產(chǎn)品系列　11 1.4.2　ARM內(nèi)核體系架構(gòu)　13 1.4.3　Cortex內(nèi)核系列　15 1.5　STM32開(kāi)發(fā)工具及平臺(tái)搭建　16 1.5.1　開(kāi)發(fā)工具介紹　16 1.5.2　Keil的版本與安裝　17 1.5.3　硬件仿真器的驅(qū)動(dòng)安裝　20 1.5.4　驅(qū)動(dòng)程序的配置　21 1.5.5　STM32CubeMX軟件簡(jiǎn)介　23 本章小結(jié)　28 思考題　28 第2章　嵌入式控制系統(tǒng)典型開(kāi)發(fā)流程　29 2.1　需求分析　29 2.2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　30 2.2.1　設(shè)計(jì)方案描述　30 2.2.2　工作總框圖繪制　30 2.2.3　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　32 2.2.4　設(shè)計(jì)工作籌備　33 2.3　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)　33 2.3.1　處理器選型　33 2.3.2　元器件選擇　35 2.3.3　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)　35 2.3.4　系統(tǒng)硬件電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)　36 2.3.5　系統(tǒng)硬件電路調(diào)試　37 2.3.6　系統(tǒng)硬件可靠性設(shè)計(jì)　38 2.4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)　39 2.4.1　軟件方案設(shè)計(jì)　39 2.4.2　驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)　40 2.4.3　軟件抽象層設(shè)計(jì)　42 2.4.4　軟件應(yīng)用層設(shè)計(jì)　42 2.4.5　軟件可靠性設(shè)計(jì)　43 2.5　系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計(jì)　44 2.5.1　電磁干擾及其危害　44 2.5.2　電磁兼容性基本概念　45 2.5.3　電磁兼容性設(shè)計(jì)　46 2.6　系統(tǒng)仿真與聯(lián)合調(diào)試　48 2.6.1　軟件調(diào)試　48 2.6.2　系統(tǒng)仿真　49 2.6.3　軟硬件聯(lián)合調(diào)試　49 2.7　系統(tǒng)測(cè)試與可靠性評(píng)估　50 2.7.1　系統(tǒng)硬件測(cè)試　50 2.7.2　系統(tǒng)軟件測(cè)試　51 2.7.3　系統(tǒng)軟硬件集成測(cè)試　53 2.7.4　系統(tǒng)可靠性評(píng)估　54 本章小結(jié)　55 思考題　56 第3章　STM32處理器及最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)　57 3.1　STM32芯片結(jié)構(gòu)　57 3.1.1　Cortex-M3/M4內(nèi)核　57 3.1.2　STM32系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　58 3.1.3　STM32存儲(chǔ)器映射　59 3.1.4　STM32時(shí)鐘系統(tǒng)　60 3.2　STM32典型外設(shè)接口　61 3.2.1　通用型輸入輸出接口　61 3.2.2　同步串行口SPI　62 3.2.3　同步串行口IIC　63 3.2.4　通用同步/異步接收/發(fā)送器　65 3.2.5　可變靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器　66 3.3　STM32典型硬件電路設(shè)計(jì)　68 3.3.1　STM32最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)　68 3.3.2　STM32典型外設(shè)接口電路設(shè)計(jì)　70 本章小結(jié)　79 思考題　80 第4章　建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)工程實(shí)例設(shè)計(jì)　81 4.1　系統(tǒng)功能說(shuō)明　81 4.2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　81 4.2.1　系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)　81 4.2.2　相關(guān)模塊選型　81 4.3　硬件設(shè)計(jì)　84 4.3.1　系統(tǒng)硬件框架　84 4.3.2　電能計(jì)量采集通道設(shè)計(jì)　84 4.3.3　電能計(jì)量主電路設(shè)計(jì)　85 4.3.4　電力線載波通信模塊電路接口設(shè)計(jì)　87 4.3.5　Flash存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)　88 4.4　軟件設(shè)計(jì)　89 4.4.1　軟件整體框架　89 4.4.2　電能計(jì)量任務(wù)設(shè)計(jì)　89 4.4.3　通信模塊軟件設(shè)計(jì)　90 4.4.4　中斷任務(wù)　92 4.4.5　報(bào)文處理任務(wù)　93 4.4.6　電能計(jì)量裝置校準(zhǔn)　93 本章小結(jié)　95 思考題　95 第5章　室內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程實(shí)例設(shè)計(jì)　96 5.1　系統(tǒng)功能說(shuō)明　96 5.2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　96 5.2.1　應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　96 5.2.2　相關(guān)模塊選型　96 5.3　硬件設(shè)計(jì)　104 5.3.1　系統(tǒng)硬件框架　104 5.3.2　微處理器模塊設(shè)計(jì)　104 5.3.3　電源模塊設(shè)計(jì)　105 5.3.4　溫濕度采集模塊設(shè)計(jì)　107 5.3.5　PM2.5采集模塊設(shè)計(jì)　107 5.3.6　CO2采集模塊設(shè)計(jì)　108 5.3.7　甲醛采集模塊設(shè)計(jì)　108 5.3.8　TVOC采集模塊設(shè)計(jì)　109 5.3.9　屏幕顯示模塊設(shè)計(jì)　109 5.3.10　載波通信模塊設(shè)計(jì)　110 5.3.11　存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)　110 5.4　軟件設(shè)計(jì)　111 5.4.1　軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)　111 5.4.2　系統(tǒng)主程序軟件設(shè)計(jì)　111 5.4.3　檢測(cè)模塊驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　111 5.4.4　通信模塊驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　116 5.4.5　屏幕顯示模塊驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　117 5.5　系統(tǒng)集成與調(diào)試　119 本章小結(jié)　120 思考題　120 第6章　室內(nèi)窗戶狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程實(shí)例設(shè)計(jì)　121 6.1　系統(tǒng)功能說(shuō)明　121 6.2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　121 6.2.1　應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　121 6.2.2　相關(guān)模塊選型　122 6.3　硬件設(shè)計(jì)　125 6.3.1　系統(tǒng)硬件框架　125 6.3.2　微處理器模塊設(shè)計(jì)　125 6.3.3　超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)　126 6.3.4　LoRa無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)　127 6.4　軟件設(shè)計(jì)　128 6.4.1　軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　128 6.4.2　系統(tǒng)主程序軟件設(shè)計(jì)　128 6.4.3　超聲波測(cè)距模塊驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　128 6.4.4　LoRa通信模塊驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　130 6.5　系統(tǒng)集成與調(diào)試　132 6.5.1　系統(tǒng)測(cè)量窗戶開(kāi)啟寬度功能測(cè)試　132 6.5.2　系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸功能測(cè)試　132 本章小結(jié)　133 思考題　133 第7章　建筑智能網(wǎng)關(guān)工程實(shí)例設(shè)計(jì)　134 7.1　概述　134 7.2　系統(tǒng)功能說(shuō)明　135 7.2.1　需求分析　135 7.2.2　功能設(shè)計(jì)　136 7.3　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　139 7.3.1　嵌入式處理器選型　139 7.3.2　嵌入式外圍設(shè)備選型　140 7.3.3　嵌入式軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)　141 7.4　系統(tǒng)軟硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)　142 7.4.1　硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)　142 7.4.2　軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)　155 7.5　系統(tǒng)集成與調(diào)試　164 本章小結(jié)　165 思考題　165 第8章　基于Java的建筑智能化上位機(jī)工程實(shí)例設(shè)計(jì)　166 8.1　系統(tǒng)功能說(shuō)明　166 8.2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　166 8.3　服務(wù)器端軟件設(shè)計(jì)介紹　167 8.3.1　Java編程語(yǔ)言　167 8.3.2　IDEA編程工具　169 8.3.3　SpringBoot架構(gòu)　169 8.3.4　SpringMVC架構(gòu)　174 8.4　服務(wù)器端與智能網(wǎng)關(guān)通信設(shè)計(jì)　175 8.4.1　服務(wù)器端與智能網(wǎng)關(guān)的通信協(xié)議　175 8.4.2　376.1協(xié)議　176 8.4.3　Netty架構(gòu)　181 8.5　數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)　186 8.5.1　MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介　186 8.5.2　MyBatis架構(gòu)　186 8.6　基于Vue的前端設(shè)計(jì)　188 8.6.1　搭建開(kāi)發(fā)環(huán)境　188 8.6.2　搭建Vue工程　189 8.6.3　官方周邊庫(kù)　189 8.6.4　Element UI組件庫(kù)　191 8.6.5　數(shù)據(jù)可視化的實(shí)現(xiàn)　191 8.6.6　前端與后端的數(shù)據(jù)交換格式　194 8.6.7　前端與后端的通信設(shè)計(jì)　195 8.7　基于Java的工程實(shí)例設(shè)計(jì)　197 8.7.1　服務(wù)器端與智能網(wǎng)關(guān)的通信實(shí)現(xiàn)　197 8.7.2　服務(wù)器端的數(shù)據(jù)幀判斷　197 8.7.3　服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理　198 8.7.4　服務(wù)器端與客戶端的通信實(shí)現(xiàn)　200 8.7.5　前后端跨域處理　201 8.7.6　客戶端的人機(jī)界面設(shè)計(jì)　201 本章小結(jié)　204 思考題　204 第9章　鋁電解陽(yáng)極電流測(cè)量裝置工程實(shí)例設(shè)計(jì)　205 9.1　鋁電解生產(chǎn)工藝概述　205 9.2　陽(yáng)極電流檢測(cè)原理與測(cè)量?jī)x技術(shù)指標(biāo)　206 9.3　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　207 9.4　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)　208 9.4.1　MCU模塊設(shè)計(jì)　209 9.4.2　自校準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)　209 9.4.3　放大電路設(shè)計(jì)　211 9.4.4　濾波電路設(shè)計(jì)　211 9.4.5　A/D采樣電路　214 9.4.6　溫度采集模塊的設(shè)計(jì)　215 9.4.7　電源模塊的設(shè)計(jì)　216 9.4.8　RS485通信電路設(shè)計(jì)　216 9.4.9　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)　217 9.5　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)　218 9.5.1　軟件總體框架　218 9.5.2　主程序設(shè)計(jì)　219 9.5.3　陽(yáng)極溫度采集軟件設(shè)計(jì)　219 9.5.4　等距壓降采集軟件設(shè)計(jì)　220 9.5.5　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件設(shè)計(jì)　221 9.5.6　通信模塊軟件設(shè)計(jì)　221 9.6　測(cè)量裝置系統(tǒng)測(cè)試　224 本章小結(jié)　225 思考題　226 第10章　基于溫差發(fā)電的鋁電解槽溫度監(jiān)測(cè)裝置工程實(shí)例設(shè)計(jì)　227 10.1　需求分析　227 10.2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　227 10.2.1　總體方案設(shè)計(jì)　227 10.2.2　溫度采集方案設(shè)計(jì)　228 10.2.3　無(wú)線通信方案設(shè)計(jì)　229 10.2.4　無(wú)線供電方案設(shè)計(jì)　230 10.3　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)　231 10.3.1　溫差發(fā)電裝置設(shè)計(jì)　231 10.3.2　電源電路設(shè)計(jì)　232 10.3.3　MCU模塊電路設(shè)計(jì)　233 10.3.4　溫度采集電路設(shè)計(jì)　235 10.4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)　235 10.4.1　軟件總體框架　235 10.4.2　溫差發(fā)電軟件設(shè)計(jì)　236 10.4.3　溫度采集軟件設(shè)計(jì)　237 10.4.4　無(wú)線傳輸軟件設(shè)計(jì)　238 10.5　系統(tǒng)性能測(cè)試　240 10.5.1　測(cè)試平臺(tái)搭建　240 10.5.2　溫差發(fā)電性能測(cè)試　241 10.5.3　溫度采集性能測(cè)試　244 本章小結(jié)　245 思考題　245 第11章　鋁電解邊緣計(jì)算智能網(wǎng)關(guān)工程實(shí)例設(shè)計(jì)　246 11.1　概述　246 11.2　系統(tǒng)需求分析及功能設(shè)計(jì)　247 11.2.1　需求分析　247 11.2.2　功能設(shè)計(jì)　248 11.3　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　251 11.3.1　嵌入式處理器選型　252 11.3.2　嵌入式外圍設(shè)備選型　252 11.3.3　嵌入式軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)　253 11.4　系統(tǒng)軟硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)　254 11.4.1　硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)　254 11.4.2　軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)　262 11.5　系統(tǒng)集成與調(diào)試　276 本章小結(jié)　278 思考題　278 第12章　基于LabVIEW的鋁電解槽監(jiān)測(cè)上位機(jī)工程實(shí)例設(shè)計(jì)　279 12.1　系統(tǒng)功能說(shuō)明　279 12.2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)　279 12.3　LabVIEW介紹　280 12.3.1　LabVIEW數(shù)據(jù)類型　281 12.3.2　LabVIEW常用函數(shù)　285 12.4　數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)　289 12.4.1　MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)議　289 12.4.2　ODBC數(shù)據(jù)源介紹　289 12.4.3　LabVIEW訪問(wèn)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)　290 12.5　LabVIEW客戶端設(shè)計(jì)　291 12.5.1　人機(jī)界面設(shè)計(jì)要點(diǎn)　291 12.5.2　顏色的使用　292 12.5.3　LabVIEW控件　293 12.5.4　插入圖片和裝飾　293 12.5.5　界面分隔和自定義窗口大小　294 12.5.6　程序中字體的使用　296 12.5.7　客戶端與服務(wù)端的數(shù)據(jù)通信格式　297 12.5.8　客戶端與服務(wù)端的通信設(shè)計(jì)　298 12.6　基于LabVIEW的工程實(shí)例設(shè)計(jì)　299 12.6.1　服務(wù)器端與智能網(wǎng)關(guān)的連接實(shí)現(xiàn)　299 12.6.2　服務(wù)端的數(shù)據(jù)幀判斷　301 12.6.3　服務(wù)端的數(shù)據(jù)處理　301 12.6.4　數(shù)據(jù)庫(kù)操作　302 12.6.5　服務(wù)端對(duì)客戶端顯示數(shù)據(jù)的組幀　302 12.6.6　服務(wù)端與客戶端的連接　305 12.6.7　客戶端人機(jī)界面設(shè)計(jì)　307 本章小結(jié)　309 思考題　309 參考文獻(xiàn)　310