在电力系统容量日益扩大和电网电压运行等级不断提高的潮流下，传统电磁式互感器在运行中暴露出越来越多的弊端，难以满足电力系统向自动化、标准化和数字化的发展需求，电子式互感器取代传统电磁式互感器已经成为一种必然的趋势，并成为人们研究的热点。本文围绕电子式电流互感器高压侧数据采集系统进行了研究与设计。 Rogowski线圈是电流传感元件，本文总绐了Rogowski线圈的基本原理，其中包括线圈的等效电路和相量图，线圈的电磁参数计算。在理论研究的基础上，结合实际设计一款高精度PCBRogowski线圈。电容分压器是电压传感元件，文章中介绍了传感器的原理、传感器的模型结构，针对其自身结构缺陷和工作环境的电磁干扰，提出具有针对性的电磁兼容设计方法。 积分器的性能一直是影响Rogowski线圈电流传感器的精度和稳定性的重要因素之一。模拟积分器具有结构简单、响应速度快、输入动态范围大等优点；数字积分器具有性能稳定，精度高等优点。后者的优势使其成为近年来Rogowski线圈电流互感器实用化研究的一个热点问题。本文设计了一套数字积分器设计的方法，其中包括了积分算法的选择，积分输入采样率和分辨率的确定，数字积分器的通用结构，积分初值的选择方法等。 为了保证系统的运行稳定，文章中的系统只采用激光供电模式，降低数据采集系统的功耗就成了系统设计的一个重要环节。文章中介绍了一些实用的低功耗处理方法，分析了激光器的特性，光电池的特性和光电转换器件的特性，并根据这些器件的特性，改进了数据发送激光器的驱动电路，大幅度降低了系统的功耗，保证了系统在较低供电功率条件下的正常运行。 论文最后对全文工作进行总结，提出进一步需要解决的问题。
上传时间： 2013-07-10
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近红外光谱法是血液成分无创检测方法中的热点，也是取得成果最多的方法之一。但是，个体差异和测量条件是影响近红外光谱血液成分无创检测的一个较突出的问题。而动态光谱法就是针对这个问题而提出的一种全新的近红外无创血液成分浓度检测方法。它从原理上消除了个体差异和测量条件等对光谱检测的影响，为基于近红外光谱法的血液成分无创检测方法进入临床应用去除了一个较为关键的障碍。因此，本文根据动态光谱检测原理设计了基于FPGA的动态光谱数据采集系统。 在分析了动态光谱数据采集系统的性能要求后，采用DALSA的高性能线阵CCD IL-C6-2048C作为光电转换器件；根据CCD输出数据的高速度和信号微弱及含有噪声等特点，选用了高速、高精度、并带有相关双采样芯片的图像处理芯片AD9826作为模数转换器件；以FPGA及其内嵌的NIOSⅡ处理器作为核心控制器，并用LabVIEW对采集得到的数据进行显示。 在FPGA中，利用Verilog HDL语言编写了CCD和AD9826的控制时序；利用两块双口RAM组成乒乓操作单元，实现高速数据的缓存，避免利用NiosⅡ处理器直接读取时的频繁中断。将NIOSⅡ处理器系统嵌入到FPGA中，实现整个系统的管理。NiOSⅡ处理器利用中断方式读取缓存单元中的数据、经对数变换后传递给计算机。其中缓存数据的读取及对数变换均采用自定义组件的方式将硬件单元添加到NIOSⅡ系统中，编程时直接调用。NIOSⅡ系统通过串口将处理后的数据传递给LabVIEW， LabVIEW对数据简单处理后显示，以实时观察采样数据是否正确。 最后对系统进行了实验测试，实验结果表明，系统能够很好的采集并显示数据，能够初步完成光信号的检测。
上传时间： 2013-04-24
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高速、高精度已经成为伺服驱动系统的发展趋势，而位置检测环节是决定伺服系统高速、高精度性能的关键环节之一。光电编码器作为伺服驱动系统中常用的检测装置，根据结构和原理的不同分为增量式和绝对式。本文从原理上对增量式光电编码器和绝对式光电编码器做了深入的分析，通过对比它们的特性，得出了绝对式光电编码器更适合高速、高精度伺服驱动系统的结论。 绝对式光电编码器精度高、位数多的特点决定其通信方式只能采取串行传输方式，且由相应的通信协议控制信息的传输。本文首先针对编码器主要生产厂商日本多摩川公司的绝对式光电编码器，深入研究了通信协议相关的硬件电路、数据帧格式、时序等。随后介绍了新兴的电子器件FPGA及其开发语言硬件描述语言Verilog HDL，并对基于FPGA的绝对式编码器通信接口电路做了可行性的分析。在此基础上，采用自顶向下的设计方法，将整个接口电路划分成发送模块、接收模块、序列控制模块等多个模块，各个模块采用Verilog语言进行描述设计编码器接口电路。最终的设计在相关硬件电路上实现。最后，通过在TMS320F2812伺服控制平台上编写的硬件驱动程序验证了整个设计的各项功能，达到了设计的要求。
上传时间： 2013-07-11
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根据交通部公布的数据，交通事故呈逐年上升趋势，交通事故不仅给公民的财产造成了损失，而且给公民的人身安全也会造成威胁。因此如何更好地避免交通事故成为一个焦点课题，汽车安全系统更是成为汽车生产商和研究机构的研究热点。 当前汽车安全系统有两大种类：一是被动式安全系统。例如：安全带，安全气囊等。二是主动式安全系统。主动安全系统又分为主动被动式和主动自动式。前者有ABS等。后者有汽车自动防撞系统和倒车雷达等。 本文采用激光测距系统，开发一种汽车在高速公路上行驶的主动式防撞系统，本文的重点是开发测距预警系统，采用专门的激光测距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作为主控芯片，对前车进行有效的监控，根据检测得到的数据，实时提出建议和报警，提醒驾驶员减速或者采取制动措施，从而达到预防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下几个方面： 1) 在比较分析激光、雷达和毫米波等测距方法的基础上，根据市场需求及潜在用户分析，确定采用激光脉冲测距方式。针对激光脉冲测距存在的技术难题，提出以FPGA作为系统核心控制模块的测距系统设计方案。 2) 根据对车载动态测距系统测量精度、测量频率和测量范围的基本要求，结合脉冲激光测距的特点，提出采用多头脉冲激光测距和多周期脉冲测量的技术方案。该方案可有效提高系统测距精度和测量范围，降低系统成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多头脉冲激光测距系统的各功能模块的详细设计、功能仿真、综合优化及板级测试实验。实验表明，各主要功能模块基本达到预期设计要求，为测距系统的后期开发奠定了基础。 4) 完成了激光测距传感器外围光电转换电路、电源转换电路及通讯接口的设计、制作、安装及实验室调试。 5) 最后对论文研究工作进行了总结，提出了系统的不足之处和进一步研究工作的方向。
上传时间： 2013-05-24
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用，视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时，FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合，设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统，系统利用时分复用和无损压缩技术，采用串行数字视频传输的方式，可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时，确定了基于FPGA的设计方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换，在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码，利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法，用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据，光纤线路码采用CIMT码，设计了编解码模块，解码过程中，利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步，在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真，并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作，实验证明，系统工作稳定，图像清晰，实时传输效果好，可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现，利用FPGA的并行处理优势，大大提高了系统的处理速度，使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间： 2013-06-27
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近年来，基于DSP和FPGA的运动控制系统己成为新一代运动控制系统的主流。基于DSP和FPGA的运动控制系统不仅具有信息处理能力强，而且具有开放性、实时性、可靠性的特点，因此在机器人运动控制领域具有重要的应用价值。 论文从步行康复训练器的设计与制作出发，主要进行机器人的运动控制系统设计和研究。文章首先提出了多种运动控制系统的实现方案。根据它们的优缺点，选定以DSP和FPGA为核心进行运动控制系统平台的设计。 论文详细研究了以DSP和FPGA为核心实现运动控制系统的软、硬件设计，利用DSP实现运动控制系统总体结构与相关功能模块，利用FPGA实现运动控制系统地址译码电路、脉冲分配电路以及光电编码器信号处理电路，并对以上电路系统进行了功能仿真和时序仿真。 结果表明，基于DSP和FPGA为核心的运动控制系统不仅实现了设计功能要求，同时提高了机器人运动控制系统的开放性、实时性和可靠性，并大大减小了系统的体积与功耗。
上传时间： 2013-05-29
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电力变压器性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行。变压器绕组温度是变压器安全、经济运行以及使用寿命的决定性因素，已经成为变压器状态监测中健康隐患和故障发展的重要表现形式。通过对变压器绕组温度进行实时监测并判断其健康状况，以此来进行变压器的负荷调整和预知性维修，避免因绕组过热导致的变压器故障，可以提高变压器安全、经济运行水平，为电网安全运行带来重要保证。 传统的检测电力变压器温度的方法主要有红外温度检测、热电阻、热电偶温度检测等。红外测温为非接触测量，它只能测量变压器的表面温度，易受环境温度及周围磁场的干扰，且需人工操作，无法实现在线测量。对于热电阻、热电偶等测量法，在高频交变场中，导线会拾取噪声并由于涡流效应而发热。电导线的热导还会导致被测温度的扰动，测量效果不很理想。光纤光栅传感技术以其体积小、电绝缘、抗电磁干扰、易复用、传感信号可远距离传输、便于实现实时在线测量等优点，为电力变压器温度的测量提供了很好的技术手段。 本文在对国内外光纤光栅传感技术及其解调方案进行深入分析的基础上，设计了光纤布拉格光栅传感信号解调所需的硬件和软件，并进行了实验研究。论文涉及的主要工作有： 介绍了光纤的基本结构、布拉格光栅的工作机理及其制作方法，分析了光纤布拉格光栅作为传感元件时的基本参数，推导了光纤布拉格光栅的温度传感模型；详细介绍了目前常用的布拉格光纤光栅解调技术。 重点分析了监测系统的硬件电路设计及其原理，主要有微控制器相关电路的设计、光电转换电路、前置放大及滤波电路、AD转换电路、以太网通讯电路及液晶显示电路等。在硬件平台的基础上设计并测试了相关模块的驱动，实现温度的实时采集和发送。主要工作包括uC/OS—Ⅱ在LPC2148上的移植，利用LwIP实现以太网通讯等。 最后，搭建了系统光路，对监测系统进行了测试，得到了有益的数据，为下一步工作打下了良好的基础。
上传时间： 2013-04-24
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随着电子技术的快速发展，嵌入式系统已经成为热点。嵌入式系统大量应用在自动控制、工业设备和家用电器当中。当前应用的产品常以嵌入式处理器的形式出现，常用的如PDA、交换机、路由器等。嵌入式的广泛应用大大提高了人们的生活水平。位置敏感探测器（Position Sensible Detector）是一种基于半导体PN结横向光电效应的光电器件。它具有分辨率高、响应速度快、信号处理电路相对简单等优点。我们经常将PSD应用在与位置、距离、位移、角度的微小测量有关的场合。本文选用了一维PSD作为系统的探测器，结合嵌入式技术，将PSD应用于微小位移测量，实现了对微小位移的检测。 本研究以PSD、ARM、PC机为核心完成了对位移测量系统的设计。以PSD为核心实现了对信号的转换，利用PSD结合光学三角测量法将位移信号转换成电压信号，然后对电压信号进行放大、滤波等处理之后交由A/D器件进行模数转换。以ARM为核心，主要实现了对数据的处理，存储和通信等功能。将取得的数字量信号通过特定的软件程序编程得到位移信号。以PC机为核心，利用VB6.0实现了对实验数据的显示。PC根据得到的值与设定值进行比较，根据这个差值我们可以对系统进行进一步的完善。分析了位移传感器技术、微处理器ARM和嵌入式操作系统的特点、优势和国内外的研究现状；而后介绍了微小位移测量系统的总体功能、系统的总体硬件框架；叙述了位置敏感探测器PSD的原理和结构，介绍了将PSD应用于位移测量的设计过程；在ARM最小系统的硬件平台下，结合PSD实现了整个系统的硬件设计；软件设计上，以uClinux操作系统作为软件平台，利用内核裁剪技术，移植了BOOTLOADER，设计了Linux驱动程序和应用程序；最后在系统进行调试的时候，对系统进行了必要的改进，主要是设计了相应的非线性补偿电路，利用MATLAB对实验数据进行了拟合与分析。通过实验数据表明，基于ARM和PSD的微小位移测量系统具有精度高，响应速度快，并且成本低等优点。
上传时间： 2013-04-24
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电液控制作为液压控制的一个新分支，因为其本身的特点正得到越来越广泛的应用。电液控制系统的发展对电液控制技术提出了更高的要求，这必将促进电液控制技术的发展。本文在教研室多年电液控制经验的基础上，提出开发通用型电液系统数字控制器。 通过对电液控制技术的研究，了解电液系统的一般构成，结合多个具体实例，本文提出数字式电液控制器概念，以ARM微处理器为硬件核心，采用多种智能控制算法解决电液系统闭环控制问题。 数字控制器以PHILIPS公司的32位ARM7微处理器LPC2292为硬件核心，配有高速AD、DA转换器。硬件设计注重通用性，具有多种输入、输出通道，可以采集和输出多种、多个模拟量信号和数字量信。具有多种通信接口，可以实现近距离监控或者远距离操控。人机交互通道丰富，具有报警、状态指示、参数显示等功能。采用光电隔离、独立电源、屏蔽外壳等措施保证控制器具有良好的稳定性、可靠性。软件设计采用UC/OS-II嵌入式操作系统，内部集成多种智能控制算法，保证电液系统闭环控制取得良好的效果。开发模拟试验系统，可以模拟电液系统现场的各种信号和闭环回路，实现实验室调试。采用Visual Basic开发上位机软件，配合控制器完成参数修改、保存，绘制实时监控曲线，控制硬件等功能。 控制器解决了电液系统多样性难题，客服模拟控制的缺点。研发出模糊自整定PID算法，它成功解决了闭环控制过程中设定信号不断变化的难题。经过多次现场调试，目前控制器已经成功应用于国内多家企业的轮胎耐久性试验机和密炼机两种电液系统，在这两种系统中成功取代进口国外模拟控制器，并且控制效果好于国外模拟控制器。关键词：电液系统；ARM7；UC/OS-II；模糊自整定
上传时间： 2013-05-31
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表面粗糙度是机械加工中描述工件表面微观形状重要的参数。在机械零件切削的过程中，刀具或砂轮遗留的刀痕，切屑分离时的塑性变形和机床振动等因素，会使零件的表面形成微小的蜂谷。这些微小峰谷的高低程度和间距状况就叫做表面粗糙度，也称为微观不平度。表面粗糙度的测量是几何测量中的一个重要部分，它对于现代制造业的发展起了重要的推动作用。世界各国竞相进行粗糙度测量仪的研制，随着科学技术的发展，各种各样的粗糙度测量系统也竞相问世。对于粗糙度的测量，随着技术的更新，国家标准也一直在变更。最新执行的国家标准(GB/T6062-2002)，规定了粗糙度测量的参数，以及制定了触针式测量粗糙度的仪器标准[1]。 随着新国家标准的执行，许多陈旧的粗糙度测量仪已经无法符合新标准的要求。而且生产工艺的提高使得原有方案的采集精度和采集速度，满足不了现代测量技术的需要。目前，各高校公差实验室及大多数企业的计量部门所使用的计量仪器(如光切显微镜、表面粗糙度检查仪等)只能测量单项参数，而能进行多参数测量的光电仪器价格较贵，一般实验室和计量室难以购置。因此如何利用现有的技术，结含现代测控技术的发展，职制出性能可靠的粗糙度测量仪，能有效地降低实验室测量仪器的成本，具有很好的实用价值和研究意义。 基于上述现状，本文在参考旧的触针式表面粗糙度测量仪技术方案的基础上，提出了一种基于ARM嵌入式系统的粗糙度测量仪的设计。这种测量仪采用了先进的传感器技术，保证了测量的范围和精度；采用了集成的信号调理电路，降低了信号在调制、检波、和放大的过程中的失真；采用了ARM处理器，快速的采集和控制测量仪系统；采用了强大的PC机人机交互功能，快速的计算粗糙度的相关参数和直观的显示粗糙度的特性曲线。 论文主要做了如下工作：首先，论文分析了触针式粗糙度测量仪的发展以及现状；然后，详细叙述了系统的硬件构成和设计，包括传感器的原理和结构分析、信号调理电路的设计、A/D转换电路的设计、微处理器系统电路以及与上位机接口电路的设计。同时，还对系统的数据采集进行了研究，开发了相应的固件程序及接口程序，完成数据采集软件的编写，并且对表面粗糙度参数的算法进行程序的实现。编写了控制应用程序，完成控制界面的设计。最终设计出一套多功能、多参数、高性能、高可靠、操作方便的表面粗糙度测量系统。
上传时间： 2013-04-24
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