随着生活水平的提高,人们越来越关注自己的身体健康,血压是反映人体生理状况的最重要指标之一,正常的血压是保证身体健康的重要条件。 另外血压也是重症病人监护的重要指标,准确、及时地监测血压,对于了解病情、诊断疾病和保障危重病人安全都极为重要。因此,研制高性能的血压监控系统具有重要的现实意义。 针对以上所述,本文提出了一种采用远程血压监控系统的解决方案,它融合计算机技术、测控技术和网络通讯技术为一体,使电子血压系统实现网络化。本系统将采集到的血压信息经处理后显示到液晶屏上,同时将此信息以TCP/IP的方式发送到网络上,这就是本设计的目的所在。 本论文在开始介绍了人体生理信号的特点及其测量条件之后,详细研究分析了血压测量原理以及舒张压和收缩压的判别。论文的重点放在系统硬件和软件两个方面的设计。在硬件方面,以ARM Cortex-M3内核的处理器LM3S8962作为控制器(内部集成有A/D转换器和以太网控制器等),使得硬件系统的设计简单化。整个硬件系统电路由六部分构成:处理器LM3S8962最小系统电路;电源模块:JTAG接口电路:血压检测模块;液晶显示模块;网络接口。其中,血压检测模块是整个系统设计的关键部分和难点部分,它主要是将袖压的直流部分和交流部分分离出来送到A/D转换器。软件方面,这个部分是第四章的系统软件的设计,首先把实时操作系统μC/OS-Ⅱ移植到处理器LM3S8962上,然后讲解了应用程序的设计(由三个部分组成),分别是A/D转换处理程序设计、液晶显示程序设计和网络通讯程序设计。论文的最后对系统的软硬件调试做了简单的介绍以及全文的总结。 关键词:TCP/IP 示波法 舒张压 收缩压 μc/OS-Ⅱ
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目前,小波分析在信息技术和其他学科方面的应用是众多科技工作者关心的课题。在理论方面,新观点、新方法不断涌现。本文旨在完善小波的基本理论,对原有的小波去噪方法作进一步的改进。 经典的信号处理方法,例如傅立叶变换、短时傅立叶变换等具有局限性,因而限定了它们的应用范围。小波分析作为一种全新的信号处理方法,它将信号中各种不同的频率成分分解到互不重叠的频带上,为信号滤波、信噪分离和特征提取提供了有效途径,特别在信号去噪方面显出了独特的优势。本文介绍了经典的去噪方法,并对其适用范围和效果进行了分析和比较。并且,讨论了小波分析的基本理论,介绍了连续小波变换、离散小波变换和小波变换的快速分解与重构算法,最后研究了小波基的数学特性,分析了它们对实际应用的影响和作用。进而,介绍了小波的几种去噪方法:小波变换高频系数置零去噪方法、小波变换模极大值去噪方法、小波阈值去噪方法、小波空域相关性去噪方法。用小波变换将高频系数强制置零去噪的方法是比较方便的,但它的不足之处是经将高频系数强制置零去噪后重构的信号会使信号丢失一些细节,且小波基的选择亦有相当的难度,只有靠经验来确定,不过比传统的滤波方法所得的效果还是要好。对于小波变换模极大值去噪的原理,分析了去噪过程中几个参数的选取问题,并给出了一些选取依据;对小波阈值去噪方法的几个关键问题进行了详细讨论。对阈值去噪进行了改进,利用均值逼近与阈值去噪相结合的方法来实现信号的处理,并通过实验仿真实现。实验结果表明该方法提高了信噪比,去噪效果优于单独应用阈值去噪的方法。 在空域相关去噪算法的基础上,进行了改进,利用阈值滤波与相关去噪算法相结合的一种组合去噪算法,仿真试验结果表明,由该算法滤波之后得到的小波系数不仅连续性好,准确率高,而且易于重构信号。 本文分别对这四种方法进行了算法分析比较,通过实验仿真来实现,并对实验结果进行了分析。实验仿真结果表明了利用小波分析理论对信号去噪的可行性和有效性。 关键词:小波分析,信号去噪,阈值,均值逼近,空域相关
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心音信号是人体最重要的生理信号之一,包含心脏各个部分如心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量生理病理信息。心音信号分析与识别是了解心脏和血管状态的一种不可缺少的手段。本文针对目前该研究领域中存在的分析方法问题和分类识别技术难点展开了深入的研究,内容涉及心音构成的分析、心音信号特征向量的提取、正常心音信号(NM)和房颤(AF)、主动脉回流(AR)、主动脉狭窄(AS)、二尖瓣回流(MR)4种心脏杂音信号的分类识别。本文的工作内容包括以下5个方面: a)心音信号采集与预处理。本文采用自行研制的带有录音机功能的听诊器实现对心音信号的采集。通过对心音信号噪声分析,选用小波降噪作为心音信号的滤波方法。根据实验分析,选择Donoho阈值函数结合多级阈值的方法作为心音信号预处理方案。 b)心音信号时频分析方法。文中采用5种时频分析方法分别对心音信号进行了时频谱特性分析,结果表明:不同的时频分析方法与待分析心音信号的特性有密切关系,即需要在小的交叉项干扰与高的时频分辨率之间作综合的考虑。鉴于此,本文提出了一种自适应锥形核时频(ATF)分析方法,通过实验验证该分布能较好地反映心音信号的时频结构,其性能优于一般锥形核分布(CKD)以及Choi-Williams分布(CWD)、谱图(SPEC)等固定核时频分析方法,从而选择自应锥形核时频分析方法进行心音信号分析。 c)心音信号特征向量提取。根据对3M Littmann() Stethoscopes[31]数据库中标准心音信号的时频分析结果,提取8组特征数据,通过Fihser降维处理方法提取出了实现分类可视化,且最易于分类的心音信号的2维特征向量,作为心音信号分类的特征向量。 d)心音信号分类方法。根据心音信号特征向量组成的散点图,研究了支持向量机核函数、多分类支持向量机的选取方法,同时,基于分类的目的 性和可信性,本文提出以分类精度最大为判断准则的核函数参数与松弛变量的优化方法,建立了心音信号分类的支持向量机模型,选取标准数据库中NM、AF、AR、AS、MR每类心音信号的80组2维特征向量中每类60组数据作为支持向量机的学习样本,对余下的每类20组数据进行测试,得到每类的分类精度(Ar)均为100%,同时对临床上采集的与上述4种同类心脏杂音信号和正常心音信号中每类24个心动周期进行分类实测,分类精度分别为:NM、AF、MR的分类精度均为100%,而AR、AS均为95.83%,验证了该方法的分类有效性。 e)心音信号分析与识别的软件系统。本文以MATLAB语言的可视化功能实现了心音信号分析与识别的软件运行平台构建,可完成对心音信号的读取、预处理,绘制时-频、能量特性的三维图及两维等高线图;同时,利用MATLAB与EXCEL的动态链接,实现对心音信号分析数据的存储以及统计功能;最后,通过对心音信号2维特征向量的分析,实现心音信号的自动识别功能。 本文的研究特色主要体现在心音信号特征向量提取的方法以及多分类支持向量机模型的建立两方面。 综上所述,本文从理论与实践两方面对心音信号进行了深入的研究,主要是采用自适应锥形核时频分析方法提取心音信号特征向量,根据心音信号特征向量组成的散点图,建立心音信号分类的支持向量机模型,并对正常心音信号和4种心脏杂音信号进行了分类研究,取得了较为满意的分类结果,但由于用于分类的心脏杂音信号种类及数据量尚不足,因此,今后的工作重点是采集更多种类的心脏杂音信号,进一步提高心音信号分类精度,使本文研究成果能最终应用于临床心脏量化听诊。 关键词:心音信号,小波降噪,非平稳信号,心脏杂音,信号处理,时频分析,自适应,支持向量机
上传时间: 2013-04-24
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数字技术、电力电子技术以及控制论的进步推动弧焊电源从模拟阶段发展到数字阶段。数字化逆变弧焊电源不仅可靠性高、控制精度高而且容易大规模集成、方便升级,成为焊机的发展方向,推动了焊接产业的巨大发展。针对传统的埋弧焊电源存在的体积大、控制电路复杂、可靠性差等问题,本文提出了双逆变结构的焊机主电路实现方法和基于“MCU+DSP”的数字化埋弧焊控制系统的设计方案。 本文详细介绍了埋弧焊的特点和应用,从主电源、控制系统两个方面阐述了数字化逆变电源的发展历程,对数字化交流方波埋弧焊的国内外研究现状进行了深入探讨,设计了双逆变结构的数字化焊接系统,实现了稳定的交流方波输出。 根据埋弧焊的电弧特点和交流方波的输出特性,本文采用双逆变结构设计焊机主电路,一次逆变电路选用改进的相移谐振软开关,二次逆变电路选用半桥拓扑形式,并研究了两次逆变过程的原理和控制方式,进行了相关参数计算。根据主电路电路的设计要求,电流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆变电路的控制并抑制变压器偏磁,选择集成驱动芯片EXB841作为二次逆变电路的驱动。 本课题基于“MCU+DSP”的双机主控系统来实现焊接电源的控制。其中主控板单片机ATmega64L主要负责送丝机和行走小车的速度反馈及闭环PI运算、电机PWM斩波控制以及过压、过流、过热等保护电路的控制。DSP芯片MC56F8323则主要负责焊接电流、焊接电压的反馈和闭环PI运算以及控制焊接时序,以确保良好的电源外特性输出。外部控制箱通过按键、旋转编码器进行焊接参数和焊接状态的给定,预置和显示各种焊接参数,快速检测焊机状态并加以保护。 主控板芯片之间通过SPI通讯,外部控制箱和主控板之间则通过RS—485协议交换数据。通过软件设计,实现焊接参数的PI调节,精确控制了焊接过程,并进行了抗干扰设计,解决了影响数字化埋弧焊电源稳定运行的电磁兼容问题。 系统分析了交流方波参数的变化对焊接效果的影响,通过对焊接电流、焊接电压的波形分析,证明了本课题设计的埋弧焊电源能够精确控制引弧、焊接、 收弧等焊接时序,并可以有效抑制功率开关器件的过流和变压器的偏磁问题,取得了良好的焊接效果。 最后,对数字化交流方波埋弧焊的控制系统和焊接试验进行了总结,分析了系统存在的问题和不足,并指出了新的研究方向。 关键词:埋弧焊;交流方波;数字化;逆变;软开关技术
上传时间: 2013-04-24
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传统开环运行的三相混合式步进电动机驱动系统中存在着振荡和失步等不足之处。本文针对这种情况,通过对理想化三相混合式步进电动机数学模型的分析,把三相混合式步进电动机视为一种低速同步电动机。同时,结合电流跟踪型PWM控制方式及恒流斩波驱动的工作原理,设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的全数字三相混合式步进电动机正弦波细分驱动系统。 首先,本文从三相混合式步进电动机的数学模型出发,对步进电动机的细分驱动方式进行了研究,分析了步进电动机连续均匀旋转的工作机理。然后分析了步进电动机的运行特性及细分控制的必要性,进而分析了细分驱动对改善步进电动机运行性能的作用,并针对细分运行的一些不足之处,提出了均匀细分恒转矩控制的方案。理论分析表明,在混合式步进电动机的三相定子绕组中通以互差120°的正弦波电流时,可得到类似同步机的转矩特性,使电动机均匀旋转。 本系统硬件电路以TMS320F2812为核心,采用正弦波细分和电流跟踪型脉宽调制(PWM)技术实现三相混合式步进电动机的细分控制,使三相定子绕组电流严格跟踪电流给定信号变化。应用IR公司的IR2130集成驱动芯片进行了步进电动机驱动系统的功率驱动环节的设计,节省了板上空间,减小了装置体积。同时从装置可靠性出发,设计了一套安全可靠的硬件保护电路。 实验结果表明,本文所设计的三相混合式步进电动机正弦波细分驱动器具有优良的控制性能。细分运行时减弱了混合式步进电动机的低速振动和噪声,使电动机运行平稳,并改善了其低频运行性能。
上传时间: 2013-06-27
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随着电力电子技术的迅速发展,电力电子装置正在向着高频化、大容量、小体积的方向发展,其电磁环境也变得更为复杂,随之带来的辐射电磁干扰也日益严重。在电力电子装置设计初期开展电磁兼容数值仿真和预测对解决复杂的电磁干扰问题意义重大。 本文介绍了国内外电力电子装置电磁兼容的研究现状。针对电力电子装置电磁兼容的复杂性,讨论了使用仿真软件进行电力电子装置电磁兼容分析的策略,主要面向电源印制电路板(PCB)、控制箱和变流器机柜全波电磁仿真的具体应用进行了研究。 首先对PCB电源板进行电磁兼容预测。采用软件Protel99SE和CST微波工作室(R)(CST MICROWAVE STUDIO(R),简称CST MWS(R))相结合进行分析,得到.PCB板的表面电流和电场分布图。根据分布图,分析电源板的辐射特性,提出提高PCB电磁兼容性的优化设计的设想,在PCB设计过程中加入对PCB电磁兼容性分析的场仿真,使PCB的电磁兼容分析有一个直观的参照物,有助于指导PCB的布局布线,对PCB优化设计,提高产品性能有重要作用。根据仿真结果将PCB电源板近似等效成电偶极子模型。 其次应用CST MICROSTRIPESTM软件计算控制箱的屏蔽效能,并在控制箱插入PCB电源板后进行辐射特性分析。 最后应用全波电磁仿真软件CST MWS(R)对变流器机柜进行电磁辐射干扰瞬态仿真,分析过程中考虑到了IGBT的开关尖峰、线缆和易产生干扰的电子元器件以及整个机箱机柜。运用线性网络理论对仿真结果进行标定,由此提出改进措施—采用unit cell和微扰理论设计屏蔽网,有效地抑制了电磁辐射。
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蓄电池组已越来越广泛地应用于交通运输、电力、通信等诸多领域和部门,其寿命直接关系到能源的有效利用以及相应系统的整体寿命、可靠性和成本。本课题从提高电池寿命的角度研究串联蓄电池组的充电问题,基于前人使用磁放大器作后级调整的基础上,提出了一种新颖的基于开关管MOSFET后级调整和高频母线的蓄电池组分布式单体充电方法。所有二次侧电路通过高频母线的形式共用一个一次侧电路;在兼顾效率、体积和成本的前提下有效的解决了串联蓄电池组的充电不均衡问题。 论文对采用双管正激拓扑的高频母线产生电路的设计给出了说明;同时也介绍了几种后级调整方法及各自优缺点。针对后级调整中的同步问题,提出了几种产生同步锯齿波的解决方案。最后利用同步脉冲产生电路,采用最常见的UC3843芯片,产生稳定可靠的同步锯齿波,实现后级调整开关动作与母线方波电压的同步。并且针对多路后级调整场合下,采取措施减小了母线电压毛刺,同时也改善了电流采样波形。 论文设计了一套单体3500mAh、3.7V锂离子电池组的单体独立充电器,以双管正激电路为原边电路作为主模块,次级是以MOSFET作后级调整电路实现充电功能作为充电电路模块。试验中采用了四个充电电路模块,同时对四个锂离子电池单体分别独立充电。充电电路模块中,通过控制MOFET开关,可实现锂电池的恒流、恒压充电和满充切断,充电电压和充电电流可精确控制在1%以内。该充电电路并能显示电池充电状态,并在单体充电电路间传递充电状态信号,最后反馈给母线电路以控制母线电压输出的开通与关断。特别指出的是该电路的过放电检测功能,是直接利用电池自身电压来检测得出电池自身是否处于过放电状态判定信号,并在充电模块间传递,最后得出蓄电池组过放电判定信号。整机有较低的待机功耗,并均使用了低成本器件,进一步降低了成本。 论文给出了详细的设计过程,最后通过实验将该方案与串联充电方案比较,验证了该充电方案的可靠性与优越性。
上传时间: 2013-04-24
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统一潮流控制器(UPFC)作为一种典型的FACTS装置,综合了FACTS元件的多种灵活控制手段,能同时或选择地控制线路的基本参数(电压、阻抗、相角),也可交替地控制线路上的有功和无功潮流,还可独立地提供可控的并联无功补偿。因此UPFC被认为是最有创造性,功能最强大的FACTS元件。 首先,本文详细分析了统一潮流控制器的基本结构和工作原理。采用开关函数法建立了电压源型变流器的数学模型,并推导了统一潮流控制器在abc三相坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型,该模型考虑到直流环节电容储能的动态变化过程,从而使其更适合于系统的动态特性分析。本文讨论的UPFC控制采用基于两相旋转坐标系下的非线性解耦控制方案,在UPFC的精确模型下具有可快速跟踪给定值的优点,且在dq坐标系下可以实现有功和无功功率的独立控制;在电容电压PI调节中加入电流反馈,使其更接近真实值。 其次,本论文在分析UPFC数学模型的基础上建立了UPFC在MATLAB平台上的仿真模型;然后利用MATLAB建立了三相环形电力系统,将UPFC模型应用到该系统中,着重研究了UPFC对电网电能质量的影响。首先研究了UPFC对故障系统中电网功率的影响以及UPFC对提高故障系统功率稳定性的作用;同时,对UPFC能够抑制无故障系统中系统接入电网时的功率冲击进行了研究。最后,通过仿真波形研究了UPFC对电网故障中电压跌落的补偿作用以及UPFC对正常系统电压的影响,结果发现,UPFC可以保持故障中的系统电压为正弦波。
上传时间: 2013-04-24
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本文致力于可并联运行的斩控式单相交流斩波变换器的研究。交交变换技术作为电力电子技术一个重要的领域一直得到人们的关注,但大都将目光投向AC-DC-AC两级变换上面。AC/AC直接变换具有单级变换、功率密度高、拓扑紧凑简单、并联容易等优势,并且具有较强扩展性,故而在工业加热、调光电源、异步电机启动、调速等领域具有重要应用。斩控式AC/AC 电压变换是一种基于自关断半导体开关器件及脉宽调制控制方式的新型交流调压技术。 本文对全数字化的斩控式AC/AC 变换做了系统研究,工作内容主要有:对交流斩波电路的拓扑及其PWM方式做了详细的推导,着重对不同拓扑的死区效应进行了分析,并且推导了不同负载情况对电压控制的影响。重点推导了单相Buck型变换器和Buck-Boost 变换器的拓扑模型,并将单相系统的拓扑开关模式推导到三相的情况,然后分别对单相、三相的情况进行了Matlab仿真。建立了单相Buck 型拓扑的开关周期平均意义下的大信号模型和小信号模型,指导控制器的设计。建立了适合电路工作的基于占空比前馈的电压瞬时值环、电压平均值环控制策略。在理论分析和仿真验证的基础上,建立了一台基于TMS320F2808数字信号处理器的实验样机,完成样机调试,并完成各项性能指标的测试工作。
上传时间: 2013-04-24
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高频开关电源系统具有体积小、重量轻、高效节能、输出纹波小等优点,现已开始逐步成为现代电源系统的主流。但是在传统的开关电源技术中,它通常是采用模拟电路来实现电压或电流控制的。近年来,随着数字信号处理技术的日益完善、成熟,微处理器/微控制器和数字信号处理器性价比的不断提高,数字控制在以实现复杂的控制策略,采用数字控制具有更高的稳定性、可靠性和灵活性,并本文对开关电源的常用拓扑结构、模糊控制、模糊PID控制理论、PWM产生原理进行了研究,在此基础上设计了一种新型数字化的开关电源系统。该系统以TMS320LF2407为控制核心,利用模糊PID控制,建立电压环单环控制结构,直接生成数字PWM波形,经过IR2118驱动主电路的功率开关管(MOSFET)。 本系统采用模糊PID控制策略。该控制策略既能发挥模糊控制的动态响应快、超调量小、较好的适应性的特点,又能发挥PID控制的稳态精度高的优点,能较好的适应开关电源的非线性,实时性控制的需要。整个电源系统以DSP为控制核心,用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现电源输出调压和过压过流保护等要灵活地选择不同的控制功能。 另外,本文按照高频开关电源的设计步骤,采用基于DSP的数字控制方式,最后对本开关电源主电路进行了PID控制和模糊PID控制的对比仿真研究。仿真结果表明这种控制策略具有很好的控制性能,算法实现比较简单,同时控制模块设计简单,可靠性高,是一种比较实用、易于实现的控制算法。
上传时间: 2013-07-01
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