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嵌入式控制系統工程設計開發實踐教程(高等學校電子信息類專業系列教材)

  • 作者：編者:崔家瑞//李擎//閻群//楊旭|責編:賈斌//薛陽
  • 出版社：清華大學
  • ISBN：9787302713746
  • 出版日期：2026/04/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：254
人民幣：RMB 59.8 元      售價：元
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內容大鋼
    工程教育始終與國家工業化進程和社會主義現代化建設事業緊密相連，推進中國式現代化，亟須順應以人工智慧為標誌的新一代科技革命帶來的產業變革要求，以及經濟社會發展對工程行業人才素質要求的新變化，以產業需求為導向，培養適應和引領產業數字化和數字產業化發展的新型高素質工程人才。本書堅持「四個面向」的原則，根據控制科學與工程、電子信息學科研究生培養要求、自動化專業「中國工程教育專業認證」「新工科建設」等需求編寫而成，旨在培養學生掌握嵌入式控制系統工程設計的理論和方法，並基於此具備解決冶金自動化領域複雜工程問題的能力，滿足國家未來戰略對高端複合型工程創新人才的需求。同時根據《高等學校課程思政建設指導綱要》要求，將學生解決複雜工程問題中的非技術因素與課程思政知識點相結合，提升學生綜合素質，系統全面地培養具有過硬本領和勇於擔當的新時代卓越工程師。全書共分為11章，第1?3章介紹嵌入式控制系統及其工程設計的相關基礎理論和方法；第4?11章以有色金屬行業鋁電解生產環節的數字化、智能化升級轉型為例，詳細介紹鋁電解智能製造系統的全流程設計開發，主要包括鋁電解槽陽極導桿電流、陰極鋼棒溫度和槽電壓智能感知系統，鋁電解槽智能控制系統、鋁電解槽智能下料控制策略、鋁電解人機交互系統和鋁電解工業能耗監測系統。各章均按照嵌入式控制系統工程項目標準開發流程編寫。
    本書方便讀者快速了解嵌入式控制系統工程設計的相關知識，掌握嵌入式控制系統的工程設計與實現方法，以及應用嵌入式技術解決實際的工程問題，可作為控制科學與工程、電子信息學科研究生，自動化、電子信息工程、測控技術與儀器、智能科學與技術、智能感知工程等專業本科生的教材，也可作為相關工程技術人員、教師和科研人員的參考書。
作者介紹
編者:崔家瑞//李擎//閻群//楊旭|責編:賈斌//薛陽
目錄
第1章  緒論
  1.1  嵌入式系統的基本概念
    1.1.1  嵌入式系統的定義
    1.1.2  嵌入式系統的特徵
  1.2  嵌入式控制系統的基本概念
  1.3  嵌入式系統的主要分類
    1.3.1  按處理器位寬分類
    1.3.2  按應用領域分類
    1.3.3  按系統實時性分類
    1.3.4  按控制技術的複雜程度分類
  1.4  嵌入式系統的硬體平台
    1.4.1  ARM架構及微處理器系列
    1.4.2  嵌入式微控制器
    1.4.3  嵌入式微處理器
    1.4.4  嵌入式數字信號處理器
    1.4.5  嵌入式片上系統
    1.4.6  現場可編程門陣列
  1.5  嵌入式系統的軟體平台
    1.5.1  嵌入式操作系統及特點
    1.5.2  嵌入式操作系統分類
    1.5.3  常見的嵌入式操作系統
  1.6  嵌入式控制系統工程設計基本流程
    1.6.1  嵌入式系統項目開發生命周期
    1.6.2  嵌入式系統工程設計方法
    1.6.3  嵌入式系統工程設計過程和任務
  小結
  思考題
  參考文獻
第2章  嵌入式控制系統的基礎理論與關鍵技術
  2.1  嵌入式控制系統的組成
    2.1.1  嵌入式控制系統硬體組成
    2.1.2  嵌入式控制系統軟體組成
  2.2  嵌入式物聯網技術
    2.2.1  嵌入式物聯網的概念
    2.2.2  嵌入式物聯網的主要實現方式
    2.2.3  嵌入式物聯網在智能製造領域的應用
  2.3  邊緣計算技術
    2.3.1  邊緣計算的概念
    2.3.2  邊緣計算的總體系統架構
    2.3.3  邊緣計算在智能製造領域的嵌入式應用
  2.4  智能感測技術
    2.4.1  智能感測的概念
    2.4.2  智能感測的主要實現方式
    2.4.3  智能感測在智能製造領域的嵌入式應用
  2.5  智能運維技術
    2.5.1  智能運維技術的概念
    2.5.2  智能運維的主要實現方式
    2.5.3  智能運維在智能製造領域的嵌入式應用
  2.6  人機交互技術
    2.6.1  人機交互的概念

    2.6.2  人機交互的主要實現方式
    2.6.3  人機交互在智能製造領域的嵌入式應用
  小結
  思考題
  參考文獻
第3章  嵌入式控制系統的電磁兼容與可靠性設計
  3.1  電磁兼容的定義
    3.1.1  電磁兼容的基本定義
    3.1.2  電磁干擾及其危害
    3.1.3  電磁干擾三要素
  3.2  電磁兼容性測量
    3.2.1  對測量場地的要求
    3.2.2  測量儀器的基本要求及其配置
  3.3  電磁兼容標準
    3.3.1  主要的EMC組織及EMC標準
    3.3.2  國內外的EMC標準
    3.3.3  EMC標準體系
    3.3.4  產品的電磁兼容認證
  3.4  嵌入式系統可靠性
    3.4.1  可靠性概述
    3.4.2  可靠性涉及的性能指標
    3.4.3  嵌入式系統的可靠性設計
  3.5  嵌入式硬體系統可靠性設計
    3.5.1  影響嵌入式硬體系統可靠性的主要因素
    3.5.2  提升嵌入式硬體系統可靠性的主要措施
    3.5.3  嵌入式硬體系統總體方案可靠性設計
  3.6  嵌入式軟體的可靠性設計
    3.6.1  軟體可靠性與硬體可靠性的區別
    3.6.2  影響軟體可靠性的因素
    3.6.3  提高軟體可靠性的方法和技術
    3.6.4  嵌入式軟體的可靠性設計方法
  小結
  思考題
  參考文獻
第4章  鋁電解智能製造系統設計開發
  4.1  鋁電解智能製造系統需求分析
    4.1.1  智能製造系統概述
    4.1.2  鋁電解生產系統概述
    4.1.3  鋁電解智能製造系統功能分析
    4.1.4  鋁電解智能製造系統性能分析
    4.1.5  鋁電解智能製造系統可靠性分析
    4.1.6  鋁電解智能製造系統可持續發展分析
  4.2  鋁電解智能製造系統方案設計
    4.2.1  系統架構設計
    4.2.2  大型鋁電解槽全要素模型的技術路線
    4.2.3  鋁電解智能製造的軟硬體實現框架
  小結
  思考題
  參考文獻
第5章  陽極導桿電流智能感知系統設計開發

  5.1  陽極導桿電流感知系統需求分析
    5.1.1  陽極導桿電流感知系統功能分析
    5.1.2  陽極導桿電流感知系統性能分析
    5.1.3  陽極導桿電流感知系統可靠性分析
    5.1.4  陽極導桿電流感知系統可持續發展分析
  5.2  陽極導桿電流感知系統總體設計
  5.3  陽極導桿電流感知系統硬體設計
    5.3.1  信號調理電路設計
    5.3.2  A/D採集模塊設計
    5.3.3  溫度採集模塊設計
    5.3.4  MCU模塊的設計
    5.3.5  RS-485通信模塊的設計
    5.3.6  數據存儲模塊的設計
    5.3.7  電源模塊的設計
  5.4  陽極導桿電流感知系統軟體設計
    5.4.1  主程序設計
    5.4.2  數據採集與處理軟體設計
    5.4.3  數據存儲模塊
    5.4.4  通信模塊程序設計
  5.5  系統安裝與調試
    5.5.1  實驗室測試
    5.5.2  現場安裝與測試
  小結
  思考題
  參考文獻
第6章  陰極鋼棒溫度智能感知系統設計開發
  6.1  陰極鋼棒溫度感知系統需求分析
    6.1.1  陰極鋼棒溫度感知系統功能分析
    6.1.2  陰極鋼棒溫度感知系統性能分析
    6.1.3  陰極鋼棒溫度感知系統可靠性分析
    6.1.4  陰極鋼棒溫度感知系統可持續發展分析
  6.2  陰極鋼棒溫度智能感知系統總體設計
    6.2.1  總體方案設計
    6.2.2  溫度採集方案設計
    6.2.3  數據通信設計
  6.3  陰極鋼棒溫度智能感知系統硬體設計
    6.3.1  微控制器選型
    6.3.2  電源模塊設計
    6.3.3  分散式測溫節點設計
    6.3.4  通信模塊設計
    6.3.5  存儲模塊設計
    6.3.6  報警模塊設計
  6.4  陰極鋼棒溫度智能感知系統軟體設計
    6.4.1  主程序設計
    6.4.2  上行任務程序設計
    6.4.3  下行任務程序設計
    6.4.4  報警檢測程序設計
    6.4.5  信息存儲程序設計
    6.4.6  測溫軟體開發
  6.5  系統安裝與調試

    6.5.1  系統安裝與調試
    6.5.2  實時監測測試效果
  小結
  思考題
  參考文獻
第7章  槽電壓智能感知系統設計開發
  7.1  槽電壓智能感知系統需求分析
    7.1.1  槽電壓智能感知系統功能分析
    7.1.2  槽電壓智能感知系統性能分析
    7.1.3  槽電壓智能感知系統可靠性分析
    7.1.4  槽電壓智能感知系統可持續發展分析
  7.2  槽電壓智能感知系統方案設計
    7.2.1  硬體設計方案
    7.2.2  軟體設計方案
  7.3  槽電壓智能感知系統硬體設計
    7.3.1  電源模塊設計
    7.3.2  VFC模塊設計
    7.3.3  微控制器單元模塊設計
  7.4  槽電壓智能感知系統軟體設計
  7.5  系統安裝與調試
    7.5.1  實驗室測試
    7.5.2  現場測試
  小結
  思考題
  參考文獻
第8章  鋁電解槽智能控制系統設計開發
  8.1  鋁電解槽智能控制系統需求分析
    8.1.1  鋁電解槽智能控制系統功能分析
    8.1.2  鋁電解槽智能控制系統性能分析
    8.1.3  鋁電解槽智能控制系統可靠性分析
    8.1.4  鋁電解槽智能控制系統可持續發展分析
  8.2  槽控機整體方案設計
  8.3  槽控機硬體設計
    8.3.1  硬體總體設計
    8.3.2  針對強幹擾環境的供電及信號隔離電路設計
    8.3.3  針對生產操作互斥性的陽極運行保護電路設計
    8.3.4  其他電路設計
  8.4  槽控機軟體設計
    8.4.1  軟體總體設計
    8.4.2  有限狀態機模型
    8.4.3  針對數據傳輸異常的數據通信策略
    8.4.4  針對存儲數據異常的可靠存儲策略
    8.4.5  針對陽極誤動作風險的運行保護策略
    8.4.6  針對不同工藝流程的運行策略設計
  小結
  思考題
  參考文獻
第9章  鋁電解槽智能下料控制策略設計開發
  9.1  鋁電解智能控制需求分析
  9.2  基於遞推子空間辨識的氧化鋁濃度建模與預測控制

    9.2.1  子空間辨識的理論基礎
    9.2.2  子空間辨識步驟
    9.2.3  基於遞推子空間的預測控制設計
    9.2.4  建模與控制過程模擬實驗
  9.3  基於分散式子空間預測控制的鋁電解槽多點下料策略
    9.3.1  鋁電解槽分散式下料控制方案設計
    9.3.2  鋁電解槽分散式預測模型建立
    9.3.3  鋁電解槽分散式控制器設計
    9.3.4  預測模型參數確定以及分散式子空間預測控制演算法設計
    9.3.5  下料器下料量不準確的控制效果
  小結
  思考題
  參考文獻
第10章  鋁電解槽人機交互系統設計
  10.1  人機交互系統需求分析
    10.1.1  人機交互系統功能分析
    10.1.2  人機交互系統性能分析
  10.2  人機交互方案設計
    10.2.1  總體框架設計
    10.2.2  硬體設計
    10.2.3  人機交互系統界面設計
    10.2.4  人機交互系統軟體設計
  10.3  人機交互系統開發
    10.3.1  開發環境配置
    10.3.2  運行效果
  小結
  思考題
  參考文獻
第11章  基於華為雲IoT的鋁電解工業能耗監測系統設計
  11.1  鋁電解工業能耗監測系統需求分析
  11.2  鋁電解工業能耗監測系統總體方案設計
  11.3  鋁電解工業能耗監測管理平台軟體設計
    11.3.1  華為雲IoTDA設備接入
    11.3.2  華為雲ECS伺服器管控平台開發
    11.3.3  華為雲DLV大屏顯示
  11.4  系統安裝與調試
  小結
  思考題
  參考文獻

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