虚拟仪器技术是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术。目前虚拟仪器大部分是基于PC机，利用PCI等总线技术传输数据，数据卡插拔不便，便携性差。随着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统平台已经应用到各个领域，而市场上的嵌入式虚拟仪器系统还相当少，各种研究工作才刚刚起步，各种高性能的虚拟仪器和处理系统在现代工业控制和科学研究中已成为必不可少的部分。因此在我国开发具有较高性能、接口灵活、功能多样化、低成本的虚拟仪器装置势在必行。 针对目前虚拟仪器系统发展趋势和特点，采用FPGA技术，进行一种支持多种平台的高速虚拟仪器系统的设计与研究，并针对高速虚拟仪器系统中的一些技术难点提出解决方案。首先进行了系统的总体设计，确定了采用FPGA作为系统的控制核心，并选取了Labview作为PC平台应用程序开发工具，利用USB2.0接口来进行数据传输；同时选取嵌入式处理器S3C2410以及WinCE作为嵌入式系统硬软件平台。随后进行了各个具体模块的设计，在硬件方面，分别设计了前端处理电路，ADC电路以及USB接口电路。在软件方面，进行了FPGA控制程序的设计工作，实现了对各个模块和接口电路的控制功能。在上层应用程序的设计方面，设计了Labview应用程序，实现了波形显示和频谱分析等仪器功能，人机界面良好。在嵌入式平台上面，进行了WinCE下GPIO驱动程序设计，并在上层应用程序中调用驱动来进行数据的读取。为了解决高速ADC与数据缓存器的速度不匹配的问题，提出利用多体交叉式存储器结构的设计方案，并在FPGA内对控制程序进行了设计，对其时序进行了仿真。 最后对系统进行了联合调试工作，利用上层软件对输入波形进行采集。根据调试结果看，该系统对输入信号进行了较好的采样和存储，还原了波形，达到了预期效果。课题研究并且对设计出一种支持多平台的新型虚拟仪器系统，具有性能好、使用灵活，节省成本等特点，具有较高的研究价值和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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现代雷达系统广泛采用脉冲压缩技术，用以解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。脉冲压缩是指雷达通过发射宽脉冲，保证足够的最大作用距离，而接收时，采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲以提高距离分辨率的过程。同时，数字信号处理技术的迅猛发展和广泛应用，为雷达脉冲压缩处理的数字化实现提供了可能。 本文主要研究雷达多波形频域数字脉冲压缩系统的硬件系统实现。在匹配滤波理论的指导下，成功研制了基于FPGAEP1K100QC208-1和4片高性能ADSP21160M的多波形频域数字脉冲压缩系统。该系统可处理时宽在42μs以内、带宽在5MHz以下的线性调频信号(LFM)，非线性调频信号(NLFM)和Taylor四相码信号，且技术指标完全满足实用系统的设计要求。 本文完成的主要工作和创新之处有：(1)基于双通道模数转换器AD10242设计高精度数据采集电路，为整个脉压系统的工作提供必要的条件。完成了前端模拟信号输入电路的优化和差分输入时钟的产生，以实现高精度采样。 (2)根据协议和脉压系统的工作要求，以基于FPGAEP1K100QC208完成系统控制，使整个脉压系统正确稳定地工作。同时以该FPGA生成双口RAM，实现数据暂存，以匹配采样速率和脉压系统频率。 (3)设计基于4片高性能ADSP21160M的紧耦合并行处理系统，以完成多波形频域数字脉冲压缩的全部运算工作。4片DSP共享外部总线，且各DSP以链路口互连，进行数据通信。各DSP还使用一个链路口连接到接口板DSP，将脉压结果送出。 (4)以一片ADSP21160M和一片EP1K100QC208为核心，设计输出板电路，完成数据对齐、求模和数据向下一级的输出，并产生模拟输出。 (5)调试并改进处理板和输出板。
上传时间： 2013-06-11
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目前，大多数嵌入式自动化系统都以MCU为核心，与监测、伺服、显示等仪器、设备配合实现一定的功能。现场信息往往止步于“现场”，嵌入式自动化系统从而成为了“信息孤岛”，因而制约了其本身的发展。要实现大规模的信息集成、综合实施自动化，就需要一种能在工业现场环境下运行、可靠性高且实时性好的通信系统，形成工业现场的底层网络，完成现场自动化设备之间的多点通信。 Ethernet（以太网）和CAN-bus（控制器局域网）分别是目前全球应用最为广泛的国际互联技术和开放式现场总线。随着测控技术与网络技术日益紧密的结合，测控系统接入互联网已经成为大势所趋，这也促成了近年来嵌入式网络技术的飞速发展。以太网技术正在迅猛发展，将其应用到工控领域，可以达到降低成本，简化结构等成效。随着技术的发展以及实际的需要，将两者结合无疑会为控制领域的飞速发展带来巨大的原动力。本文设计了一种以ARM7处理器为核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet网关，可以用来实现监控设备和现场设备之间稳固、简洁的互连通信，完成对大规模现场设备的实时测控。 本文具体的研究内容如下： 1）以LPC2290为主控MCU的CAN-Ethernet互连系统的设计思想以及整体结构设计； 2）CAN-Ethernet互连系统转换电路及外围接口电路设计，MCS-51单片机与MCP2510实现CAN总线通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系统在LPC2290上的移植以及互连系统应用软件设计实现与探讨； 4）CAN-Ethernet互连系统核心交换模块的设计； 5）使用HTTP协议实现Web服务的功能，并通过Web页面实现对现场设备的远程测控。
上传时间： 2013-08-06
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智能电表、水表、煤/燃气表、热量表等大量地出现在人们的生活中，同时这些仪表的抄录工作变得越来越烦琐，工作量大，工作效率低，不仅给用户带来不便，而且会存在漏抄、误抄、估抄的现象。随着电子技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，人工抄表已经逐步被自动抄表所代替。 集中器是一个数据集中处理器，是多对象自动抄表系统的通信桥梁，负责对各智能表的数据进行采集、存储和管理，及时有效地向上位机传输数据并执行上位机发送的指令。提高多对象集中器数据处理能力，有效完成上下行通信是多对象自动抄表系统AMRS（Automation Meter Reading System）目前需要解决的关键问题。 本文针对多对象集中器这样一个较复杂的通信与控制系统，提出采用32位的高性能嵌入式微处理器。32位ARM9微处理器处理速度快、硬件性能高、低功耗、低成本，集成了相当多的硬件资源，硬件的扩展和设计大大简化，ARM9（S3C2410）为工业级芯片，抗干扰能力强，能够适应运行现场的较恶劣环境，8/16位微控制器运算能力有限，对于较复杂的通信与控制算法难以顺利完成；硬件平台依赖性强，不利于软件的开发、升级与移植；在缺乏多任务调度机制的情况下，应用软件不仅实现难度大，且可靠性难以保证。 本文首先对多对象远程抄表系统的总体结构进行研究，主要研究了多对象远程抄表系统中集中器的软件和硬件实现，对硬件资源进行了外围扩展，对S3C2410微处理器芯片的外围硬件进行了扩展设计，使之具备了满足使用需求的最小系统硬件资源，包括时钟、复位、电源、外围存储、LCD、RS-485通信模块、CAN通信模块等电路设计。实时时钟为多对象集中器定时抄表提供时间标准；电源电路为多对象集中器系统提供稳定电源；看门狗电路的设计保证多对象集中器系统可靠运行，防止系统死机；数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数，负责智能表的参数以及智能表用量等。上行通道即多对象集中器与上位机之间的通信线路，采用CAN现场总线进行通信；下行通道即多对象集中器与智能表之间的通信，采用RS-485总线进行通信。软件设计上，主要针对多对象集中器的数据存储功能和串行通讯功能进行程序编写。基于ARM的多对象远程抄表系统集中器可以实现多对象远程抄表，提高了数据处理能力，有效完成了上下行通信，可靠性强，稳定性高，结构简单。
上传时间： 2013-06-07
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基于删的μC/OS-Ⅱ移植及其CAN总线应用研究流体机械及工程专业近年来，嵌入式系统受到科学与工程各个领域研究者的密切关注，成为研究的一个热点。随着嵌入式系统的复杂性不断增加，嵌入式操作系统成为嵌入式系统中最重要的组成部分。在嵌入式系统中，μC/OS-Ⅱ凭借其结构清晰、源代码开放和实时性好等优势，成了监控系统等领域的技术热点。嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ与模块化硬件相结合，共同构成一个可以重复利用的软硬件系统平台，不但可以提高开发效率，还可以提高系统的可靠性和实时性，满足日益复杂的应用需求。 在国内监控领域中，大多采用了集散式监控系统，虽然克服了集中式监控系统的缺点，但还存在着效率较低，错误处理能力不强等缺点。而且设备的兼容性不好，系统实时性、可靠性也不高。采用CAN现场总线可很好的克服上述一些缺点，具有很强的抗干扰能力。CAN总线把所有挂接在总线上的智能设备联接成网络，构成自动化系统，实现对现场设备的实时监控。 基于这些考虑，本文选择了以IPC2290芯片(内部集成了CAN模块)为微控制器的MagicARM2200教学实验开发板作为学习和研究的开发平台，把μC/OS-Ⅱ这个实时微内核操作系统嵌入到该芯片中。在深入研究CAN通信模块特点和驱动的基础上，把其驱动移植到μC/OS-Ⅱ操作系统中。并在实时操作系统μC/OS-Ⅱ上通过设计—个带A/D转换的CAN智能模块来阐述智能模块软硬件设计方法，这些工作为搭建基于CAN总线的实际测控系统方案提供了理论基础。 本文使用的CAN通信方案具有极大的灵活性，能方便和简洁的运用到各种测控系统中。实验结果证明了该方案的有效性和正确性，并且具有实际的应用价值。最后，本文作者在CAN智能模块的基础上搭建了基于CAN总线的多相流动实验台的测控系统方案。
上传时间： 2013-07-16
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近年来，随着控制系统规模的扩大和总线技术的发展，对数据采集和传输技术提出了更高的要求。目前，很多设备需要实现从单串口通信到多路串口通信的技术改进。同时，随着以太网技术的发展和普及，这些设备的串行数据需要通过网络进行传输，因而有必要寻求一种解决方案，以实现技术上的革新。 本文分别对串行通信和基于TCP/IP协议的以太网通信进行研究和分析，在此基础上，设计一个嵌入式系统一基于APM处理器的多路串行通信与以太网通信系统，来实现F8-DCS系统中多路串口数据采集和以太网之间的数据传输。主要作了如下工作：首先，分析了当前串行通信的应用现状和以太网技术的发展动态，通过比较传统的多路串口通信系统的优缺点，设计出了一种采用CPID技术和CAN总线技术相结合的新型技术，并结合F8-DCS系统数据量大和实时性高的特点，对串行通讯帧同步的方法进行了详细的研究。然后，根据课题的实际需求，对系统进行总体设计和功能模块划分，并详细介绍了基于ARM7处理器的多路串口通信接口、以太网通信接口以及二者之间的数据传输接口的电路设计。在软件设计上，对系统的启动代码、串行通信协议、串口驱动以及多串口与网口间双向数据传输等进行了详细的论述。最后，将上述技术应用于某大型火电厂主机F8-DCS系统I/O通讯网络的测试与分析，达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-31
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随着现代控制技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。传统的温度监测系统可靠性和实时性相对较差，温度测量的精度和准确度较低，而且大多采用有线方式对整个系统进行控制，这不利于应用的扩展。近年来，嵌入式系统和无线通信技术(特别是短消息业务)受到远程监测领域研究者的密切关注，成为一个研究热点。本文提出了一种将带有I2C总线的ARM嵌入式微处理器和短消息业务(SMS)用于温度检测系统中的方法，实现了温度的多点监测。本文的主要研究内容如下： (1)多点温度监测系统硬件设计。采用以ARM微处理器LPC2290芯片为核心的嵌入式工控板，通过对Benq无线通信模块M22的控制，接收并识别监测中心发过来的短消息内容，实现了多点温度的采集及显示；采用八个带有I2C总线接口的数字温度传感器LM75，组成八点温度采集电路：利用带有I2C总线接口的LED驱动器件ZLG7290及共阴式数码管为温度显示电路，保证了温度测量的精度和准确度。 (2)多点温度监测系统软件设计。根据整个监测系统的特点，提出了软件设计的总体思路，并以ADS1.2为集成开发环境，将μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的相关代码移植到LPC2290中；采用分层体系思想，使用标准C语言编写程序，结合嵌入式操作系统的任务管理、信号量等机制，并调用相关的应用程序接口函数(API函数)，设计了包括温度采集、温度显示、短消息接收与发送等多个子程序。 (3)监测中心软件设计。为了增强系统控制和数据管理功能，使用Visual C++6.0及ADO数据库技术编写了监测中心软件人机交互界面，通过串口使另一M22无线通信模块同监测中心上位机的通信，实现了在PC机上发送短消息指令对下位机进行远程控制，并将接收到的数据存储在Access数据库中以便分析处理。 嵌入式技术和短消息业务在一定程度上提高了多点温度监测系统的测量精度、可靠性、稳定性和实时性，对改进远程监测系统的控制方式和数据传输方式有一定的意义，也为对嵌入式应用项目的开发奠定了基础。
上传时间： 2013-07-08
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CAN-bus(Corltroller Area Network)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。它是一种多主方式的串行通讯总线，在工业控制通讯方面拥有高位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。作为一种灵活，可靠的通讯系统，CAN总线已被广泛运用于各个工业控制现场。 基于FPGA+DSP的CAN总线通讯系统设计主要目标是完成CAN总线的多节点可靠高速性传输，通过各节点之间的数据通信以及结点处理单元内部对数据的处理实现整个通信系统间各个单元的协同工作。 本论文中的 CAN 总线通讯系统是完成红外目标探测系统和控制系统与图像处理系统的实时通信，其硬件部分采用 DSP+FPGA 作为核心通讯处理单元，通过对 DSP硬件编程和FPGA逻辑模块的设计实现了在处理单元外部CAN总线多节点之间的信息可靠性传输以及处理单元内部DSP和FPGA基于SPI的串行通信，从而完成了在FPGA中对CAN总线数据的处理和运用。
上传时间： 2013-05-23
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测试仪广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，是科研和生产不可或缺的重要装备之一。其工作原理是由信号发生装置向被测对象发送激励信号，同时由信号采集与处理装置通过传感器采集被测对象的响应信号，并送到上位机进行数据分析和处理。本文研究采用灵活的现场可编程逻辑阵列FPGA为核心，协调整个仪器的运转，并采用先进的USB总线技术，将信号发生、信号采集与处理有机地集成为一体的多功能测试仪。 本文的第一章介绍了测试仪及其研究应用现状，根据仪器的成本、便携性和通用性要求不断提高的发展趋势，提出了本课题的研究任务和关键技术； 第二章从硬件和软件两个方面讨论了测试仪的总体设计方案，并且分别详述了电源模块、USB模块、FPGA模块、DSP模块、A/D模块、D/A模块这六个功能模块的硬件设计； 第三章讨论了USB模块相关的软件设计，其中包含USB固件设计、驱动程序设计和客户应用程序设计三个方面的内容，详细论述了各部分软件的架构和主要功能模块的实现。 第四章讨论了主控器FPGA的设计，是本文的核心部分。先从总体上介绍了FPGA的设计方案，然后从MCU模块、信号采集模块、信号发生模块三部分具体描述了其实现方式。软件设计上采用了模块化的设计思想，使得结构清晰，可读性强，易于进一步开发；并且灵活的使用了有限状态机，大大提高了程序的稳定性和运行效率。 第五章介绍了DSP模块的设计，讨论了波形生成的原理及实现，并提出了与FPGA接口的方式。 第六章详细描述了实验的步骤和结果，分别从单通道采样和多通道采样两方面实验，验证了仪器的性能和设计的可行性。
上传时间： 2013-06-25
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基于探索仿真三态门总线传输电路的目的，采用Multisim10仿真软件对总线连接的三态门分时轮流工作时的波形进行了仿真实验测试，给出了仿真实验方案，即用Multisim仿真软件构成环形计数器产生各个三态门的控制信号、用脉冲信号源产生各个三态门不同输入数据信号，用Multisim仿真软件中的逻辑分析仪多踪同步显示各个三态门的控制信号、数据输入信号及总线输出信号波形，结论是仿真实验可直观形象地描述三态门总线传输电路的工作特性，所述方法的创新点是解决了三态门的工作波形无法用电子实验仪器进行分析验证的问题。
上传时间： 2013-12-14
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