目录

第1章绪论1

1.1嵌入式系统的基本概念1

1.1.1嵌入式系统的定义1

1.1.2嵌入式系统的特征2

1.2嵌入式控制系统的基本概念3

1.3嵌入式系统的主要分类4

1.3.1按处理器位宽分类4

1.3.2按应用领域分类5

1.3.3按系统实时性分类5

1.3.4按控制技术的复杂程度分类5

1.4嵌入式系统的硬件平台6

1.4.1ARM架构及微处理器系列6

1.4.2嵌入式微控制器11

1.4.3嵌入式微处理器13

1.4.4嵌入式数字信号处理器14

1.4.5嵌入式片上系统14

1.4.6现场可编程门阵列15

1.5嵌入式系统的软件平台16

1.5.1嵌入式操作系统及特点16

1.5.2嵌入式操作系统分类17

1.5.3常见的嵌入式操作系统19

1.6嵌入式控制系统工程设计基本流程26

1.6.1嵌入式系统项目开发生命周期26

1.6.2嵌入式系统工程设计方法29

1.6.3嵌入式系统工程设计过程和任务31

小结39

思考题39

参考文献39

第2章嵌入式控制系统的基础理论与关键技术41

2.1嵌入式控制系统的组成41

2.1.1嵌入式控制系统硬件组成41

2.1.2嵌入式控制系统软件组成42

2.2嵌入式物联网技术43

2.2.1嵌入式物联网的概念44

2.2.2嵌入式物联网的主要实现方式45

2.2.3嵌入式物联网在智能制造领域的应用46

2.3边缘计算技术47

2.3.1边缘计算的概念48

2.3.2边缘计算的总体系统架构48

2.3.3边缘计算在智能制造领域的嵌入式应用50

2.4智能传感技术51

2.4.1智能传感的概念52

2.4.2智能传感的主要实现方式52

2.4.3智能传感在智能制造领域的嵌入式应用54

2.5智能运维技术56

2.5.1智能运维技术的概念56

2.5.2智能运维的主要实现方式57

2.5.3智能运维在智能制造领域的嵌入式应用59

2.6人机交互技术61

2.6.1人机交互的概念61

2.6.2人机交互的主要实现方式61

2.6.3人机交互在智能制造领域的嵌入式应用63

小结64

思考题64

参考文献64

第3章嵌入式控制系统的电磁兼容与可靠性设计65

3.1电磁兼容的定义65

3.1.1电磁兼容的基本定义65

3.1.2电磁干扰及其危害65

3.1.3电磁干扰三要素66

3.2电磁兼容性测量67

3.2.1对测量场地的要求69

3.2.2测量仪器的基本要求及其配置70

3.3电磁兼容标准72

3.3.1主要的EMC组织及EMC标准72

3.3.2国内外的EMC标准73

3.3.3EMC标准体系74

3.3.4产品的电磁兼容认证75

3.4嵌入式系统可靠性77

3.4.1可靠性概述77

3.4.2可靠性涉及的性能指标78

3.4.3嵌入式系统的可靠性设计79

3.5嵌入式硬件系统可靠性设计79

3.5.1影响嵌入式硬件系统可靠性的主要因素80

3.5.2提升嵌入式硬件系统可靠性的主要措施80

3.5.3嵌入式硬件系统总体方案可靠性设计84

3.6嵌入式软件的可靠性设计85

3.6.1软件可靠性与硬件可靠性的区别85

3.6.2影响软件可靠性的因素86

3.6.3提高软件可靠性的方法和技术87

3.6.4嵌入式软件的可靠性设计方法89

小结91

思考题91

参考文献91

第4章铝电解智能制造系统设计开发92

4.1铝电解智能制造系统需求分析92

4.1.1智能制造系统概述93

4.1.2铝电解生产系统概述94

4.1.3铝电解智能制造系统功能分析96

4.1.4铝电解智能制造系统性能分析97

4.1.5铝电解智能制造系统可靠性分析98

4.1.6铝电解智能制造系统可持续发展分析99

4.2铝电解智能制造系统方案设计100

4.2.1系统架构设计100

4.2.2大型铝电解槽全要素模型的技术路线100

4.2.3铝电解智能制造的软硬件实现框架105

小结107

思考题107

参考文献108

第5章阳极导杆电流智能感知系统设计开发109

5.1阳极导杆电流感知系统需求分析110

5.1.1阳极导杆电流感知系统功能分析110

5.1.2阳极导杆电流感知系统性能分析111

5.1.3阳极导杆电流感知系统可靠性分析111

5.1.4阳极导杆电流感知系统可持续发展分析112

5.2阳极导杆电流感知系统总体设计112

5.3阳极导杆电流感知系统硬件设计113

5.3.1信号调理电路设计114

5.3.2A/D采集模块设计121

5.3.3温度采集模块设计122

5.3.4MCU模块的设计122

5.3.5RS485通信模块的设计123

5.3.6数据存储模块的设计124

5.3.7电源模块的设计124

5.4阳极导杆电流感知系统软件设计125

5.4.1主程序设计126

5.4.2数据采集与处理软件设计127

5.4.3数据存储模块128

5.4.4通信模块程序设计128

5.5系统安装与调试131

5.5.1实验室测试131

5.5.2现场安装与测试132

小结134

思考题134

参考文献135

第6章阴极钢棒温度智能感知系统设计开发136

6.1阴极钢棒温度感知系统需求分析137

6.1.1阴极钢棒温度感知系统功能分析137

6.1.2阴极钢棒温度感知系统性能分析137

6.1.3阴极钢棒温度感知系统可靠性分析138

6.1.4阴极钢棒温度感知系统可持续发展分析138

6.2阴极钢棒温度智能感知系统总体设计139

6.2.1总体方案设计139

6.2.2温度采集方案设计140

6.2.3数据通信设计141

6.3阴极钢棒温度智能感知系统硬件设计141

6.3.1微控制器选型141

6.3.2电源模块设计142

6.3.3分布式测温节点设计143

6.3.4通信模块设计144

6.3.5存储模块设计144

6.3.6报警模块设计147

6.4阴极钢棒温度智能感知系统软件设计147

6.4.1主程序设计147

6.4.2上行任务程序设计147

6.4.3下行任务程序设计149

6.4.4报警检测程序设计149

6.4.5信息存储程序设计151

6.4.6测温软件开发152

6.5系统安装与调试154

6.5.1系统安装与调试154

6.5.2实时监测测试效果155

小结157

思考题157

参考文献157第7章槽电压智能感知系统设计开发158

7.1槽电压智能感知系统需求分析158

7.1.1槽电压智能感知系统功能分析158

7.1.2槽电压智能感知系统性能分析160

7.1.3槽电压智能感知系统可靠性分析161

7.1.4槽电压智能感知系统可持续发展分析162

7.2槽电压智能感知系统方案设计162

7.2.1硬件设计方案162

7.2.2软件设计方案163

7.3槽电压智能感知系统硬件设计165

7.3.1电源模块设计165

7.3.2VFC模块设计165

7.3.3微控制器单元模块设计170

7.4槽电压智能感知系统软件设计170

7.5系统安装与调试172

7.5.1实验室测试172

7.5.2现场测试173

小结174

思考题174

参考文献174

第8章铝电解槽智能控制系统设计开发175

8.1铝电解槽智能控制系统需求分析175

8.1.1铝电解槽智能控制系统功能分析176

8.1.2铝电解槽智能控制系统性能分析177

8.1.3铝电解槽智能控制系统可靠性分析178

8.1.4铝电解槽智能控制系统可持续发展分析178

8.2槽控机整体方案设计178

8.3槽控机硬件设计179

8.3.1硬件总体设计179

8.3.2针对强干扰环境的供电及信号隔离电路设计182

8.3.3针对生产操作互斥性的阳极运行保护电路设计191

8.3.4其他电路设计193

8.4槽控机软件设计198

8.4.1软件总体设计198

8.4.2有限状态机模型198

8.4.3针对数据传输异常的数据通信策略199

8.4.4针对存储数据异常的可靠存储策略201

8.4.5针对阳极误动作风险的运行保护策略202

8.4.6针对不同工艺流程的运行策略设计203

小结206

思考题207

参考文献207第9章铝电解槽智能下料控制策略设计开发208

9.1铝电解智能控制需求分析208

9.2基于递推子空间辨识的氧化铝浓度建模与预测控制209

9.2.1子空间辨识的理论基础209

9.2.2子空间辨识步骤210

9.2.3基于递推子空间的预测控制设计212

9.2.4建模与控制过程仿真实验213

9.3基于分布式子空间预测控制的铝电解槽多点下料策略217

9.3.1铝电解槽分布式下料控制方案设计217

9.3.2铝电解槽分布式预测模型建立217

9.3.3铝电解槽分布式控制器设计218

9.3.4预测模型参数确定以及分布式子空间预测控制算法设计219

9.3.5下料器下料量不准确的控制效果222

小结225

思考题225

参考文献225

第10章铝电解槽人机交互系统设计226

10.1人机交互系统需求分析226

10.1.1人机交互系统功能分析226

10.1.2人机交互系统性能分析227

10.2人机交互方案设计227

10.2.1总体框架设计227

10.2.2硬件设计228

10.2.3人机交互系统界面设计230

10.2.4人机交互系统软件设计233

10.3人机交互系统开发238

10.3.1开发环境配置238

10.3.2运行效果241

小结243

思考题243

参考文献243

第11章基于华为云IoT的铝电解工业能耗监测系统设计244

11.1铝电解工业能耗监测系统需求分析244

11.2铝电解工业能耗监测系统总体方案设计245

11.3铝电解工业能耗监测管理平台软件设计247

11.3.1华为云IoTDA设备接入247

11.3.2华为云ECS服务器管控平台开发250

11.3.3华为云DLV大屏显示252

11.4系统安装与调试252

小结253

思考题254

参考文献254