低压电器电弧运动过程三维成像理论及运动机理研究在国内外取得了一定的进展，但作为一种新型电弧研究方法，特别是对电弧运动可视化方面的研究尚处于起步阶段，其技术涉及到电器学、数值计算、图像处理、计算机科学等众多学科领域，加之电弧复杂的非线性特性及其瞬时特性，导致测量研究的困难，在电弧机理、性能分析和模型设计等方面都还不够成熟、完善。所以，在电弧模型理论研究、电器电磁机构的三维有限元分析、电器的计算机辅助设计、电弧动态特性研究等方面，存在大量的工作要做。对这些问题的深入研究，可以更好地认识电器触头在整个运动过程中极其复杂的电、热、磁、机械等一系列现象。 为了从不同角度观察分析电弧在灭弧室中的动态运动过程，本文在研究开关电器电弧图像增强及运动过程三维可视化的基础上，分析电弧形成机理、电弧特性和运动形态的基本理论，进一步考虑其模型特性和电弧等离子体磁压缩效应，建立其运动数学模型。电弧图像需要的处理主要有：图像数字化、图像平滑、图像分割、图像边缘检测、图像增强。本文提出一种基于小波变换的图像增强和直方图的图像增强算法，在保留电弧弧柱强特征的同时，突出显示电器动触头图像特征使增强后的电弧图像适合人类的视觉特征，为电弧动态过程分析和电弧可视化模型的构建提供有效的分析基础，并取得良好的电弧图像增强效果。本文构造了基于比色测温原理的电弧辐射拾取、图像采集、同步控制、数据处理等硬件装置，对试验采集装置进行了标定；将医学上成功应用的计算机层析成像理论，应用于对电弧进行三维温度场重建的研究，构造可单面阵CCD采集三组六路投影辐射强度的实验装置，通过对触头边缘检测的手段精确定位于不同光路中电弧的位置，对辐射拾取光路进行校准，编制了系统软件，实现电弧三维温度场的重建。研究数学模拟计算方法，提出了适合低压电器电弧数学模型计算的方法。用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及运动过程，将理论分析、试验研究和计算机仿真有机结合起来，使产品设计更加科学和准确，可以大大减少设计周期，减少试验的盲目性和费用，有利于提高电器产品的技术性能，对于新产品开发，优化灭弧室设计及模拟实验，具有十分重要的意义。
上传时间： 2013-04-24
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数字图像处理技术是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。目前，数字图像处理技术被广泛应用于航空航天、通信、医学及工业生产等领域中。数字图像处理的特点是处理的数据量大，处理非常耗时，本文研究了在FPGA上用硬件描述语言实现图像处理算法，通过功能模块的硬件化，解决了视频图像处理的速度问题。随着微电子技术的高速发展，FPGA为数字图像信号处理在算法、系统结构上带来了新的方法和思路。 本文设计的基于FPGA的图像处理系统，是一个具有视频图像采集、图像处理、图像显示功能的图像处理系统。该系统采用Altera公司FPGA芯片作为中央处理器，由视频解码模块、图像处理模块、视频编码模块组成。模拟视频信号由CCD传感器送入，经视频解码芯片SAA7113转换成数字视频信号后，图像处理模块完成中值滤波和边缘检测这两种图像处理算法，视频编码芯片SAA7121将数字视频信号转换成模拟视频信号输出。 整个设计及各个模块都在Altera公司的开发环境QuartusⅡ以及第三方仿真软件Modelsim上进行了仿真及逻辑综合。仿真结果表明，使用FPGA硬件处理图像数据不仅能够获得良好的处理效果，处理速度也远远高于软件法处理的方法。
上传时间： 2013-04-24
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图像显示器是人类接受外部信息的重要手段之一。而立体显示则能再现场景的三维信息，提供场景更为全面、详实的信息，在医学、军事、娱乐具有广泛的应用前景。而现有的3D立体显示设备价格都比较贵，基于此，本人研究了基于SDRAM存储器和FPGA处理器的3D头盔显示设备并且设计出硬件和软件系统。该系统图像效果好，并且价格成本便宜，从而具有更大的实用性。本文完成的主要工作有三点： 1.设计了基于FPGA处理器和SDRAM存储器的3D头盔显示器。该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它处理芯片的方案。本方案能通过线性插值算法把1024×768的分辨率变成800×600的分辨率，并能实现120HZ图像刷新率，采用SDRAM作为高速存储器，并且采用乒乓操作，有别于其它的开关左右眼视频实现立体图像。在本方案中每时每刻都是左右眼视频同时输出，使得使用者感觉不到视频图像有任何闪烁，减轻眼睛疲劳。本方案还实现了图像对比对度调节，液晶前照光调节(调节输出脉冲的占空比)，立体图像源自动识别，还有人性化的操作界面(OSD)功能。 2.完成了该系统的硬件平台设计和软件设计。从便携性角度考虑，尽量减小PCB板面积，给出了它们详细的硬件设计电路图。完成了FPGA系统的设计，包括系统整体分析，各个模块的实现原理和具体实现的方法。完成了单片机对AD9883的配置设计。 3.完成了本方案的各项测试和调试工作，主要包括：数据采集部分测试、数据存储部分测试、FPGA器件工作状态测试、以电脑显示器作为显示器的联机调试和以HX7015A作为显示器的联机调试，并且最终调试通过，各项功能都满足预期设计的要求。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和使用价值。 本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明，本文提出的由FPGA和SDRAM组成的3D头盔显示系统完全可以实现高质量的立体视觉效果，从而可以将该廉价的3D头盔显示系统用于我国现代化建设中所需要的领域。
上传时间： 2013-07-16
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便携式B型超声诊断仪具有无创伤、简便易行、相对价廉等优势，在临床中越来越得到广泛的应用。它将超声波技术、微电子技术、计算机技术、机械设计与制造及生物医学工程等技术融合在一起。开展该课题的研究对提高临床诊断能力和促进我国医疗事业的发展具有重要的意义。 便携式B型超声诊断仪由人机交互系统、探头、成像系统、显示系统构成。其基本工作过程是：首先人机交互系统接收到用户通过键盘或鼠标发出的命令，然后成像系统根据命令控制探头发射超声波，并对回波信号处理、合成图像，最后通过显示系统完成图像的显示。 成像系统作为便携式B型超声诊断仪的核心对图像质量有决定性影响，但以前研制的便携式B型超声诊断仪的成像系统在三个方面存在不足：第一、采用的是单片机控制步进电机，控制精度不高，导致成像系统采样不精确；第二、采用的数字扫描变换算法太粗糙，影响超声图像的分辨率；第三、它的CPU多采用的是51系列单片机，测量速度太慢，同时也不便于系统升级和扩展。 针对以上不足，提出了基于FPGA的B型超声成像系统解决方案，采用Altera公司的EP2C5Q208C8芯片实现了步进电机步距角的细分，使电机旋转更匀速，提高了采样精度；提出并采用DSTI-ULA算法（Uniform Ladder Algorithm based on Double Sample and Trilinear Interotation）在FPGA内实现数字扫描变换，提高了图像分辨率；人机交互系统采用S3C2410-AL作为CPU，改善了测量速度和系统的扩展性。 通过对系统硬件电路的设计、制作，软件的编写、调试，结果表明，本文所设计的便携式B型超声成像系统图像分辨率高、测量速度快、体积小、操作方便。本文所设计的便携式B型超声诊断仪可在野外作业和抢险（诸如地震、抗洪）中发挥作用，同时也可在乡村诊所中完成对相关疾病的诊断工作。
上传时间： 2013-05-18
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随着信息技术和计算机技术的飞速发展，数字信号处理已经逐渐发展成一门关键的技术科学。图像处理作为一种重要的现代技术，己经在通信、航空航天、遥感遥测、生物医学、军事、信息安全等领域得到广泛的应用。图像处理特别是高分辨率图像实时处理的实现技术对相关领域的发展具有深远意义。另外，现场可编程门阵列FPGA和高效率硬件描述语言Verilog HDL的结合，大大变革了电子系统的设计方法，加速了系统的设计进程，为图像压缩系统的实现提供了硬件支持和软件保障。 本文主要包括以下几个方面的内容： (1)结合某工程的具体需求，设计了一种基于FPGA的图像压缩系统，核心硬件选用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存储器件选用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，图像压缩的核心算法选用近无损压缩算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述语言实现了JPEG-LS标准中的基本算法，为课题组成员进行算法改进提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述语言设计并实现了SDRAM控制器模块，使核心压缩模块能够方便灵活地访问片外存储器。 (4)构建了图像压缩系统的测试平台，对实现的SDRAM控制器模块和JPEG-LS基本算法模块进行了软件仿真测试和硬件测试，验证了其功能的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，图像处理与识别技术得到了迅速的发展。人们已经充分认识到图像处理和识别技术是认识世界、改造世界的重要手段。目前，图像识别技术已应用到很多领域，渗入到各行各业，在医学、公安、交通、工业等领域具有广阔的应用前景。 这篇论文介绍了一种基于DSP＋FPGA构架的实时图像识别系统。DSP作为图像识别模块的核心，负责图像识别算法的实现；FPGA作为图像采集模块的核心，负责图像的采集，并且完成预处理工作。图像识别算法的运算量大，并且控制复杂，对系统的性能要求很高。DSP的特殊结构和优良性能很好地满足了系统的需要，而FPGA的高速性和灵活性也保证了系统实时性，并且简化了外围电路，减少了系统设计难度。 系统使用模板匹配和神经网络算法对数字0～9进行识别。模板匹配一般适用于识别规范化的数字、字符等小型字符集（特别是同一字体的字符集）。由于结构比较简单，系统处理能力强，模板匹配的识别速度快并且识别率高，取得很好的效果。神经网络所具有的分布式存储、高容错性、自组织和自学习功能，使其对图像识别问题显示出极大的优越性。 研究表明，在DSP+FPGA的构架上实现的图像识别系统，具有结构灵活、通用性强的特点，适用于模块化设计，有利于提高算法的效率。系统可以充分发挥和结合DSP和FPGA的优势，准确快速地实现图像识别。通过软、硬件的灵活组合，系统可以实现图像处理大部分的相关功能，使之能够运用到工业视觉检测、汽车牌照识别等系统中。
上传时间： 2013-06-18
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数字超声诊断设备在临床诊断中应用十分广泛，研制全数字化的医疗仪器已成为趋势。尽管很多超声成像仪器设计制造中使用了数字化技术，但是我们可以说现代VLSI 和EDA 技术在其中并没有得到充分有效的应用。随着现代电子信息技术的发展，PLD 在很多与B 型超声成像或多普勒超声成像有关的领域都得到了较好的应用，例如数字通信和相控雷达领域。 在研究现代超声成像原理的基础上，我们首先介绍了常见的数字超声成像仪器的基本结构和模块功能，同时也介绍了现代FPGA 和EDA 技术。随后我们详细分析讨论了B 超中，全数字化波束合成器的关键技术和实现手段。我们设计实现了片内高速异步FIFO 以降低采样率，仿真结果表明资源使用合理且访问时间很小。正交检波方法既能给出灰度超声成像所需要的回波的幅值信息，也能给出多普勒超声成像所需要的回波的相移信息。我们设计实现了基于直接数字频率合成原理的数控振荡器，能够给出一对幅值和相位较平衡的正交信号，且在FPGA 片内实现方案简单廉价。数控振荡器输出波形的频率可动态控制且精度较高，对于随着超声在人体组织深度上的穿透衰减，导致回波中心频率下移的声学物理现象，可视作将回波接收机的中心频率同步动态变化进行补偿。 还设计实现了B 型数字超声诊断仪前端发射波束聚焦和扫描控制子系统。在单片FPGA 芯片内部设计实现了聚焦延时、脉宽和重复频率可动态控制的发射驱动脉冲产生器、线扫控制、探头激励控制、功能码存储等功能模块，功能仿真和时序分析结果表明该子系统为设计实现高速度、高精度、高集成度的全数字化超声诊断设备打下了良好的基础，将加快其研发和制造进程，为生物医学电子、医疗设备和超声诊断等方面带来新思路。
上传时间： 2013-06-18
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臭氧（O3）作为一种无污染的强氧化剂，已在医学、卫生、食品、饲养业、养殖业、化工生产、大气净化、污水处理和饮用水杀菌消毒等行业广泛应用，取得了显著效果，其应用规模也越来越大。在使用中，如果臭氧浓度过高会加大设备造价同时对人体有危害，臭氧浓度太小又难以收到满意效果。因此在很多场合必须严格控制臭氧的浓度，以便达到既能杀菌消毒，又不危害人体健康的目的。目前，臭氧检测的方法分为两类，一类是采样后实验室分析，首先进行环境空气的样品采集，然后拿到实验室利用化学方法进行分析；一类是自动监测仪器法，利用臭氧自动监测仪进行环境空气中臭氧浓度的测定。然而在对臭氧消毒后空气中臭氧浓度检测的过程中，以上两种方法具有检测周期长、操作步骤复杂、设备体积大、不便于携带等缺点。因此设计一种检测方法简单、体积小、重量轻、低功耗、智能化程度高的便携式臭氧浓度检测仪具有一定的现实意义。 在硬件设计上，首先，为了完成臭氧浓度信号的提取，对臭氧传感器进行了精心的选择；其次，为了保证传感器稳定可靠的工作，重点设计了恒电位仪电路，同时为了满足后续A/D检测精度的要求，对检测到的电压信号进行了调理；最后，为了实现系统的基本功能，以ARM微处理器LPC2210为核心搭建了系统的硬件平台。 在软件设计上，为了提高系统的智能化程度，引入了μC/OS-Ⅱ操作系统。同时为了减少系统功耗尽量缩短CPU的运行时间。当仪器无人操作一段时间后，系统会自动关闭一部分外围器件并且使微处理器处于掉电状态以减少功耗。 在操作的可靠性方面，设计了一键开机功能；同时为了延长电池的使用寿命，设计了电源智能管理模块。
上传时间： 2013-05-21
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心脏疾病一直是威胁人类生命健康的主要疾病之一。研究无创的心电信号检测设备来检测与评价心脏功能的状况，并研究心脏疾病的成因是生物医学电子学的重要研究课题之一。动态心电记录仪(Holter)是用于记录24小时长时间心电图的一种设备。研制高性能的动态心电记录、监护系统对于心血管疾病的诊断和治疗具有十分重要的意义。 Holter技术发展至今已有几十年历史，但目前的Holter仍存在许多不足之处：(1)许多Holter采用8位、16位单片机作为控制系统，运算能力有限，无法加入自动诊断功能：(2)数据存储采用固定焊接在板上的存储芯片，容量小，数据取出回放不方便；(3)大部分Holter还不能实现心电信号的实时远程传输，心电数据的分析以及分析报告的获取往往要滞后好几天时间，不利于心脏疾病的及早诊断及治疗。 针对这些不足，本文设计了一个基于ARM(一种32位嵌入式处理器)的动态心电记录仪。该记录仪具有运算功能强、能够实现心电信号实时远程网络传输的特点。为确保信息不会因网络传输故障而丢失，本系统同时还采用了便于携带的SD(Secure Digital Memory)闪存卡作为存储媒介，具有大容量数据存储的功能。本文设计的系统主要完成的任务有心电信号的采集、心电信号的放大滤波、心电信号的显示和心电信号的存储与传输。整个系统由一片ARM嵌入式微处理器控制，本系统中采用的嵌入式微处理器是三星的S3C44BOX。放大和滤波电路主要是对电极导联传来的心电信号进行放大和滤除干扰信号，以获取合适的信号大小并保证采集的心电信号的正确性。心电信号的显示是把心电信号实时地显示在Holter的液晶屏上，能使患者直观地观察到自己的心电信号情况。心电信号的存储采用了容量大、成本及功耗低并且体积小方便携带的SD卡来存储心电数据。心电数据的传输是通过以太网实现的，以太网可以实现快速、高正确率的传输。传输的数据由医院内的服务器接收，并且在服务器端对心电信号进行相应的显示和处理。为实现上述功能编写的系统软件包括Holter的Bootloader的设计、uCLINUX操作系统的移植、A/D转换程序、液晶屏的控制及菜单程序、SD卡FAT文件格式的数据存储和服务器端数据接收、波形显示程序。本系统经过一定的实验证明符合设计要求，具有体积小、成本低、使用方便的特点。
上传时间： 2013-07-10
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早期的喷墨打印机由于其设计开发成本相对较高，仅仅用于一些专业印刷系统或者广告设计行业。近年来，喷墨打印技术的成本大幅度下降，打印效果显著改善。从最初的效果粗糙、输出缓慢、耗时较长，发展到现在的照片级效果、输出快速、操作简便，特别是最新的喷墨打印机整合了数码功能，这种类型的打印机具有很强的趣味性，它能根据打印用户的不同要求，打印出各种非常有趣的家庭数码影像效果出来。 本文首先研究了目前市场上几个主流厂商的喷墨打印技术的特点，最新进展以及相关技术。这些信息可以作为自身产品设计的一个重要参考，从而可以根据市场需求和产品自身定位，设计好喷墨打印机产品的规格要求，提高其在市场上的竞争力。 喷墨打印机的性价比是产品能否被用户接受的关键因素，本文对喷墨打印机软硬件平台的构建进行了研究，并基于对性能和价格的综合考虑，提出了本文的喷墨打印机软硬件平台。 喷墨打印机的相关技术很多，在知识产权方面，几个主要的打印机厂商在许多国家和地区均有成千上万篇专利对他们的产品进行保护。 本文主要研究其中的Boot loader的实现，Printhead温度的控制以及Printhead的打印控制这三个关键技术，并针对这些关键技术的基本原理及其实现方法进行了深入的研究。 本文对喷墨打印机的相关核心技术做了比较深入的研究，这些研究工作对于有志于喷墨打印机开发的相关技术人员有较好的参考意义，同时，基于ARM的喷墨打印机系统，又是一个典型的嵌入式系统，这对其它嵌入式系统的设计也有较好的借鉴意义。
上传时间： 2013-07-13
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