基于嵌入式的实验室仪器设备控制和管理系统

摘要

论文设计了一款基于嵌入式主控板，在数据库服务器的基础上提供能实时监控和管理的实验室仪器设备管理系统，系统除实现网页和上位机客户端的登录、查询、预约、控制和管理等基本功能外，还实现了IC卡刷卡使用以及实时监测仪器设备的状态，当电源供电不正常时关闭继电器对仪器设备进行断电保护。系统主要分成客户端、嵌入式主控板和数据库服务器三部分。论文的主要研究内容：
　　嵌入式主控板的设计包括模块主芯片和MCU的选型，以及对模块的驱动电路，系统采用STM32芯片，并使用了该芯片内置的SPI总线、I2C总线、FLASH存储器和GPIO口等，提供多路通道的控制和信息采集。在编写总体的嵌入式软件程序时，使用到了阻塞(中断)和非阻塞(轮询)型的程序设计思想，提高了US B通信和以太网通信的可靠性。在以太网编程上采用的是Socket编程，使用的是经裁剪后的轻量级TCP/IP协议：uIP。设计设备状态监测电路是为当电源工作不正常时对仪器设备进行断电保护。
　　上位机客户端采用 MFC界面+RFID读卡器的模式，通过网页进行访问便于用户查看和进行预约；登录客户端实现用户信息修改、对仪器的预约和使用、实时状态查看和显示、仪器信息浏览、参数设置等。采用 RF I D读卡器模式，通过刷卡实现快速认证并进行相应的脱机工作。
　　利用MFC搭建好数据库服务器界面并编程实现功能：用户身份的验证、嵌入式系统的地址信息的改变、仪器设备状态的改变、状态的读取和对实时操作数据的结果进行反馈及保存等。采用套接字绑定端口并实现信息交互，使用多线程的方式实现对多个客户同时访问的需求，其中共享的数据通过互斥加锁的方式来保证数据的完整和安全性。
　　整个系统经实际测试和使用，模块功能符合要求并能正常工作。

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第1章 绪论

1. 1 研究的背景和意义

1. 2 高校实验室仪器设备管理的现状和趋势

1. 3 研究的主要内容

第2章 系统方案设计

2. 1 系统的方案设计

2. 2 系统的功能设计

2. 3 本章小结

第3章 硬件电路设计

3. 1 主要芯片的选择

3. 2 嵌入式系统硬件电路设计

3.3 PCB电路板制作

3. 4 本章小结

第4章 嵌入式软件设计

4. 1 系统整体软件设计

4. 2 嵌入式软件开发环境

4. 3 主控制芯片GP IO口和时钟的设置

4.4 USB软件驱动程序

4. 5 以太网软件驱动程序

4. 6 继电器驱动

4.7 RFID读卡器模块

4. 8 设备状态监测模块

4. 9 本章小结

第5章 上位机软件设计

5. 1 上位机软件开发环境

5. 2 上位机客户端界面设计

5. 3 服务器端界面设计

5. 4 网页客户端

5. 5 本章小结

第6章 系统测试结果

6. 1 以太网通信测试

6. 2 上位机客户端界面测试

6. 3 服务器界面及数据库结果记录

6. 4 本章小结

第7章 总结和展望

致谢

参考文献

附录