[工学]计算机控制系统课件9.ppt

第九章 嵌入式系统与网络控制 9.1 概述 9.2 嵌入式系统 1. 嵌入式系统的定义 2. 嵌入式系统的特点 3. 嵌入式系统的分类 嵌入式系统的分类 实时嵌入式操作系统 非实时嵌入式操作系统 4. 嵌入式系统的应用领域 5. 嵌入式系统应用实例 嵌入式温室环境计算机控制系统 系统组成 智能滴灌控制器工作原理及 嵌入式控制器硬件结构 嵌入式控制器应用程序设计 6.嵌入式系统发展状况 9.3 网络控制 1. 网络基础知识 计算机网络的概念、特点及功能 计算机网络的特点及功能 计算机网络的分类和基本组成 网络协议简介 TCP/IP网络协议 2. 基于网络的控制 网络控制特点 网络控制结构 网络控制结构 网络控制应用问题 网络控制应用实例 网络控制应用实例 网络控制应用实例 网络控制应用实例 网络控制应用实例 网络控制应用实例 3. 网络控制系统的发展状况 集散控制系统 集散控制系统的不足之处 现场总线控制系统 嵌入式网络控制系统 ③通讯结构 基于网络的三容实验控制系统采取的通讯结构形式如图9.14所示。 系统中使用了TCP/IP协议，用Java语言编写了应用程序。 图9.14 网络三容控制系统的通讯结构示意图 ④远程用户人机界面 该系统提供了如图9.15所示的远程用户人机界面窗体。图9.15给出了正弦参考输入下的人机界面窗体中的显示情况。其中含有参考输入信号的参数和控制器参数。窗体中还显示了三个容器的液位对参考输入的跟踪情况（左侧波形图）和两路控制信号（右侧波形图）。此外还能显示三个容器的实时液位高度。 图9.15 远程用户人机界面窗体 集散控制系统（Distributed Center System） 现场总线控制系统（Field-bus Control System） 嵌入式网络控制系统（Embedded Network based Control System） 集散控制系统针对集中式控制系统风险集中的弊端，把一个控制过程分解为多个子系统，由多台计算机协同完成。信息一方面自下向上逐渐集中，同时，又自上而下逐渐分散。现场级控制单元与现场设备用电缆连接，采用标准4~20mA模拟信号传输。集散控制系统具有了一定的网络化思想，也适应于当时的计算机和网络技术水平。 集散控制系统的不足之处 * 9.1 概述 9.2 嵌入式系统 9.3 网络控制 嵌入式系统以计算机技术为基础，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图象数据传输技术，甚至传感器等先进技术和Internet网络技术与具体应用对象相结合后的产物。 网络技术的广泛应用，对控制系统的理论和应用都提出了新的挑战, 同时也带来了崭新的研究机遇和发展空间。网络控制是在这种氛围下发展起来的。与常规的控制技术相比，网络控制不论是在理论上还是在应用上，都有其自身的特点，例如数据传输时间的非定常性、数据传输的非完整性、非有序性、非确定性等等。 嵌入式系统的定义 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的分类 嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统应用实例 嵌入式系统的发展状况 定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。 从以下几个方面来理解 必须与具体应用相结合 技术密集、资金密集、高度分散、不断创新 存在着一个较为通用的软、硬件内核,满足可靠性高、成本低、体积小、开发周期短的要求 系统内核小 系统精简 高实时性和高可靠性 智能化和网络化 专用性强 需要有专用的开发工具和环境 从硬件的表现形式方面来看，嵌入式系统可以分为 芯片级嵌入 模板级嵌入 系统级嵌入 嵌入式系统硬件最核心的部分是嵌入式处理器，嵌入式处理器可以分为四类，如图9.3所示。 图9.3 嵌入式处理器分类 从结构上来看，嵌入式系统的软件是由嵌入式操作系统和应用程序两部分构成的。应用系统运行于操作系统之上。 根据实时性要求，通常可将嵌入式操作系统分为两大类：实时嵌入式操作系统和非实时嵌入式操作系统。 实时嵌入式操作系统 非实时嵌入式操作系统 图9.4 嵌入式系统软件的分类 实时嵌入式操作系统是指能在确定的时间内执行其功能，并对外部的异步事件做出响应的嵌入式操作系统 。 硬实时系统 在硬实时系统中，如果系统在指定的时间内未能实现某个确定的任务，则会引起系统崩溃或导致致命错误。 软实时系统 在软实时系统中超时不会导