本文是硕士论文，硕士论文是硕士研究生所撰写的学术论文，具有一定的理论深度和更高的学术水平，更加强调作者思想观点的独创性，以及研究成果应具备更强的实用价值和更高的科学价值。共分为12大类。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇硕士论文，供大家参考。
1 绪论
我国石油业的发展越来越快，炼油厂在生产、存储等方面的管理任务日益繁重。当下激烈的国际竞争，油厂要求提高效率、加强安全设备管理、储油能力提高、增强竞争力[1]。炼油厂发油系统可综合管理炼油厂发油的全过程，全方面地监督发油过程的各项数据及指标，系统管理发油进程。
1.1 项目背景
炼油厂发油系统主要功能包括发油过程数据的采集、存储以及数据管理；发油过程中的出油管流量控制、故障检测；管理员远程监测等。首先，发油过程数据的采集位于现场的外厂，流量计、液压计、温度计等参数是采集的重要内容，通过采集油罐内的油压得知油量装配的进度；根据罐内温度计可以修正因温度对加油量产生的误差；通过管道流量计与总流量计的代数和关系，判断装配过程中出现的漏油、油溢出等状况[2]。其次，实时获取炼油厂发油过程中的罐内信息，可以为炼油厂正常运转、降低损失以及避免发生安全事故提供重要依据。最后，通过以太网功能，将采集到的信息反馈到管理员处，使管理员及时、迅速、准确、全面地掌握油库的储量信息以及装配进度等，在减少大量人力且数据获取更加便捷的前提下，极大的提高信息管理能力以及处理效率，为整个炼油厂发油过程的运作降低了成本。
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1.2 系统的研究意义
大型工厂内使用的信息管理系统，大部分是计算机或者以计算机为核心的服务器系统，凭借着性能极高的硬件条件，具有快速的数据获取能力、强大的数据存储能力，在操作系统的辅助下，各个模块之间有着良好的协调机制。相比于大型工厂，在小型工厂内，挂载的设备较少，对数据获取能力和数据处理能力要求较低，用功能庞大、处理性能强的服务器相对奢侈。在使用 PC 机作为服务器的情况下，运行期间或许被用做其他用途，一旦误操作关掉服务器的 Service 程序，或不小心擦除服务器配置数据、重要历史记录，甚至不经意从网络上下载了一个病毒，都会对服务器造成致命的影响。为了生产过程的安全，服务器有纯硬件化的趋向，嵌入式服务器因此而产生。嵌入式系统专用处理能力强，安装简单，不仅方便现场观察，也增强系统安全性。目前，嵌入式服务器在工业生产线上已经大面积出现，通过嵌入式系统来管理、检测其他嵌入式设备、传感器等的运行参数、活动状态以及其他必要的信息。在支持各工业总线的同时，人们也对 TCP/IP 移植到嵌入式系统里有着浓厚的兴趣，管理员通过浏览器远程检测设备的工作状态、实时数据等。DCS 系统（集散控制系统）广泛使用在工业现场控制领域，是一种综合了信息管理技术、计算机技术、与工业控制技术等多种技术的管理系统[3]。具有可靠性高、方便维护、实时稳定等优点[4]。在嵌入式 DCS 系统中，通过实时监测相关参数，为提高生产效率与产品质量打下基础[5] [6]。嵌入式 DCS 这一热议话题渐渐受到人们的关注[7]。
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2 系统分析
本文针对发油过程中数据的监测，使管理员无需到现场就可以实现对设备的检测，从而达到节省人力、降低事故发生对人员伤害的几率等目的。针对实际项目应用场景，本章分析出系统的具体基本需求，以及对系统各功能的特点，提出初步技术路线。
2.1 系统基本功能
炼油厂发油系统的工作流程为：首先，IC 卡刷卡器读取到卡内信息，确定发油种类与发油量。然后，发油过程开始，打开泵阀门；流量计计算当前出油量，与油厂总泵阀门的流量进行比较；液压计检测罐内油压；温度计测量油温，考虑温度对油密度的影响，计算出准确的罐内油体积。其次，系统实时获取这些数据，并进行分级保存，处理分析。最后，管理员通过浏览器进行数据观察。为了实现上述的炼油厂发油系统，应实现以下功能：（1）采集发油现场的实时数据当所有外设通过硬件接口接入时，读取 IC 卡信息，进入发油过程，系统开始获取所有外设的实时数据，通过无操作系统下的任务调度，实现采集数据的全过程。（2）数据分析当获取数据后，要对数据进行分析，分析内容包括协议解析、数据提取、数据合法性判断。（3）对收到的数据进行分级存储获取到大量数据后，并根据数据的不同用途，进行数据分级存储。（4）提供网络服务监控人员可通过带有浏览器的远程终端访问本系统，将数据通过以太网上传到服务器，同层的管理系统通过数据库实现数据共享。因此，本系统通过多种控制总线，连接着 IC 卡刷卡器、液压计、温度计、流量计、泵阀门；为了与上层服务器，系统带有 CAN 总线接口；与数据库通信，系统带有以太网接口。根据上述分析，确定了系统需要实现的所有功能。本文应根据功能，将系统按层次实现各模块的功能。
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2.2 系统总体设计框图
针对炼油厂发油系统的功能需求以及上下层逻辑关系，系统总体框图如图2-1 所示。首先，现场层由流量计、液压计、温度计、总控阀门、泵组成，通过串口连接嵌入式控制单元。其次，控制层是以嵌入式系统为核心的嵌入式控制单元 ECU（Embedded Control Unit），支持多种现场总线，包括串口、CAN、以太网，同级控制单元之间通过数据库实现数据共享。最后，管理层由数据库和管理员控制端构成。每个控制单元在控制发油时，先通过多种总线接口获取各控制仪表的实时数据，现场层各设备通过串口总线将数据返回给控制器。然后，控制单元进行数据处理、分析以及分级保存。其次，控制单元还具有以太网功能，管理员可通过PC 机访问监测页面，实时监测数据；通过以太网，控制单元可把数据上传到数据库实现数据永久保存和同级控制单元之间数据共享。基于上述的总体框图设计，以及需要实现的功能，本文提出以下几个实现重点。
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3 底层平台设计与实现......9
3.1 系统整体结构设计.........9
3.2 功能模块设计......10
3.3 本章小结.....204 数据处理过程实现........21
4.1 系统软件整体架构.......21
4.2 确定系统架构......22
4.3 无操作系统下的任务调度设计.....23
4.3.1 无操作系统任务管理...........23
4.3.2 系统滴答定时器..........24
4.3.3 异常事件处理机制......25
4.4 数据处理过程......26
4.5 数据存储过程......33
4.5.1 实时数据存储.....33
4.5.2 历史数据存储.....34
4.5.3 存储过程实现.....34
4.6 本章小结.....365 系统以太网服务的设计.........37
5.1 服务端专用接口实现............37
5.2 远程监测网页的请求............41
5.3 本章小结.....47
5 系统以太网服务的设计
5.1 服务端专用接口实现
5.1.1 传输协议的选择
TCP 协议是一个可靠的传输层传输协议。根据协议，经过三次握手建立连接，使用确认和重传、数据校验、数据合理分片和排序、滑动窗口、流量控制以及拥塞控制机制，进行数据的发送，该传输方式为可靠的传输方式。UDP 协议和 TCP 相比，UDP 不需要建立三次握手即可进行传输并且不需要考虑错误重传等可靠机制，网络数据延迟小。设备之间使用 UDP 传输数据，除非设备之间有应答信号，否则设备将永远不知道对方是否收到数据。在整个炼油厂发油系统运行时，会有很多台服务器通过以太网连接到服务端，服务端面对大量的数据请求，使用 TCP 进行传输有以下缺点：第一，从数据库端考虑，对于 TCP 协议的使用前提是先建立 TCP 连接，然后进行数据传输，在数据传输时若发生数据移位等问题导致 TCP 连接发生错误，导致服务端与系统同时陷入等待状态，只有等到 Timeout 超时才会重启 TCP 连接，占用了服务器端的 TCP 连接资源。第二，从服务器端考虑，对于请求历史数据，以及上传 ID 卡信息等操作，数据交互的频率不高，建立连接所消耗的时间大于数据交互的时间，不应把时间资源浪费在建立连接上。因此从以上两点考虑，本文决定服务器与服务端之间的传输协议使用 UDP协议。但是对于 UDP 协议的缺点所造成的问题，也应解决，下面为传输协议的优化。
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总结
本文所设计的嵌入式控制单元带有多种数据采集模块，数据存储模块，以太网通信模块，并添加功能扩展的副 CPU，独立完成硬件与软件的设计和调试，实现了多协议 Modbus、UDP、HTTP 数据的获取与分析，通过以太网服务功能与数据库建立了联系，并且管理员可以通过网络访问 ECU 获取实时数据与历史数据并实施监测。本文主要完成内容如下：
（1）了解目前世界范围内工业控制的研究成果，以及实现嵌入式数据采集、数据存储、以太网功能等方法，结合 ECU 的实际应用环境以及需求，确定本文的技术路线；
（2）根据系统功能需求设计控制系统的硬件电路，包括芯片的选择、外围电路设计、设计原理图、焊接电路板和编写各硬件的驱动；
（3）分析有操作系统与无操作系统的区别，确定无操作系统的软件设计要求，以此为基础，实现数据处理功能以及以太网服务，在各功能之间不会产生矛盾，实现无操作系统上的进程调度、内存管理、数据分级存储、任务间的消息机制以及以太网服务；
（4）研究 TCP/IP 协议，并根据实际项目需求，将开源的 LwIP 协议进行二次裁剪。参考标准应用层 HTTP 协议并裁剪，在使用过程中进行相应流程优化；
（5）学习 HTML5、CSS、JavaScript，编写出管理员访问的监测页面，以 JSON为传输格式，实现管理员远程监测功能。学习 Windows Service 与MySQL 数据库，编写上位机，实现系统与数据库之间的数据交互。随着嵌入式控制系统出现的越来越多，MCU 的性能越来越强，人们对嵌入式控制系统的要求越来越高。
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参考文献（略）
