目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-21
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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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随着半导体工艺的飞速发展和芯片设计水平的不断进步，ARM微处理器的性能得到大幅度地提高，同时其芯片的价格也在不断下降，嵌入式系统以其独有的优势，己经广泛地渗透到科学研究和日常生活的各个方面。 本文以ARM7 LPC2132处理器为核心，结合盖革一弥勒计数管对Time-To-Count辐射测量方法进行研究。ARM结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的，其指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多，使用一个小的、廉价的ARM微处理器就可实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。基于ARM7TDMI-S核的LPC2132微处理器，其工作频率可达到60MHz，这对于Time-To-Count技术是非常有利的，而且利用LPC2132芯片的定时/计数器引脚捕获功能，可以直接读取TC中的计数值，也就是说不再需要调用中断函数读取TC值，从而大大降低了计数前杂质时间。本文是在我师兄吕军的《Time-To-Count测量方法初步研究》基础上，使用了高速的ARM芯片，对基于MCS-51的Time-To-Count辐射测量系统进行了改进，进一步论证了采用高速ARM处理器芯片可以极大的提高G-M计数器的测量范围与测量精度。 首先，讨论了传统的盖革-弥勒计数管探测射线强度的方法，并指出传统的脉冲测量方法的不足。然后讨论了什么是Time-To-Count测量方法，对Time-To-Count测量方法的理论基础进行分析。指出Time-To-Count方法与传统的脉冲计数方法的区别，以及采用Time-To-Count方法进行辐射测量的可行性。 接着，详细论述基于ARM7 LPC2132处理器的Time-To-Count辐射测量仪的原理、功能、特点以及辐射测量仪的各部分接口电路设计及相关程序的编制。 最后得出结论，通过高速32位ARM处理器的使用，Time-To-Count辐射测量仪的精度和量程均得到很大的提高，对于Y射线总量测量，使用了ARM处理器的Time-To-Count辐射测量仪的量程约为20 u R/h到1R/h，数据线性程度也比以前的Time-To-CotJnt辐射测量仪要好。所以在使用Time-To-Count方法进行的辐射测量时，如何减少杂质时间以及如何提高计数前时间的测量精度，是决定Time-To-Count辐射测量仪性能的关键因素。实验用三只相同型号的J33G-M计数管分别作为探测元件，在100U R/h到lR/h的辐射场中进行试验.每个测量点测量5次取平均，得出随着照射量率的增大，辐射强度R的测量值偏小且与辐射真实值之间的误差也随之增大。如果将测量误差限定在10％的范围内，则此仪器的量程范围为20 u R/h至1R/h，量程跨度近六个数量级。而用J33型G-M计数管作常规的脉冲测量，量程范围约为50 u R/h到5000 u R/h，充分体现了运用Time-To-Count方法测量辐射强度的优越性，也从另一个角度反应了随着计数前时间的逐渐减小，杂质时间在其中的比重越来越大，对测量结果的影响也就越来越严重，尽可能的减小杂质时间在Time-To-Count方法辐射测量特别是测量高强度辐射中是关键的。笔者用示波器测出此辐射仪器的杂质时间约为6.5 u S，所以在计算定时器值的时候减去这个杂质时间，可以增加计数前时间的精确度。通过实验得出，在标定仪器的K值时，应该在照射量率较低的条件下行，而测得的计数前时间是否精确则需要在照射量率较高的条件下通过仪器标定来检验。这是因为在照射量率较低时，计数前时间较大，杂质时间对测量结果的影响不明显，数据线斜率较稳定，适宜于确定标定系数K值，而在照射量率较高时，计数前时间很小，杂质时间对测量结果的影响较大，可以明显的在数据线上反映出来，从而可以很好的反应出仪器的性能与量程。实验证明了Time-To-Count测量方法中最为关键的环节就是如何对计数前时间进行精确测量。经过对大量实验数据的分析，得到计数前时间中的杂质时间可分为硬件杂质时间和软件杂质时间，并以软件杂质时间为主，通过对程序进行合理优化，软件杂质时间可以通过程序的改进而减少，甚至可以用数学补偿的方法来抵消，从而可以得到比较精确的计数前时间，以此得到较精确的辐射强度值。对于本辐射仪，用户可以选择不同的工作模式来进行测量，当辐射场较弱时，通常采用规定次数测量的方式，在辐射场较强时，应该选用定时测量的方式。因为，当辐射场较弱时，如果用规定次数测量的方式，会浪费很多时间来采集足够的脉冲信号。当辐射场较强时，由于辐射粒子很多，产生脉冲的频率就很高，规定次数的测量会加大测量误差，当选用定时测量的方式时，由于时间的相对加长，所以记录的粒子数就相对的增加，从而提高仪器的测量精度。通过调研国内外先进核辐射测量仪器的发展现状，了解到了目前最新的核辐射总量测量技术一Time-To-Count理论及其应用情况。论证了该新技术的理论原理，根据此原理，结合高速处理器ARM7 LPC2132，对以G-计数管为探测元件的Time-To-Count辐射测量仪进行设计。论文以实验的方法论证了Time-To-Count原理测量核辐射方法的科学性，该辐射仪的量程和精度均优于以前以脉冲计数为基础理论的MCS-51核辐射测量仪。该辐射仪具有量程宽、精度高、易操作、用户界面友好等优点。用户可以定期的对仪器的标定，来减小由于电子元件的老化对低仪器性能参数造成的影响，通过Time-To-Count测量方法的使用，可以极大拓宽G-M计数管的量程。就仪器中使用的J33型G-M计数管而言，G-M计数管厂家参考线性测量范围约为50 u R/h到5000 u R/h，而用了Time-To-Count测量方法后，结合高速微处理器ARM7 LPC2132，此核辐射测量仪的量程为20 u R/h至1R/h。在允许的误差范围内，核辐射仪的量程比以前基于MCS-51的辐射仪提高了近200倍，而且精度也比传统的脉冲计数方法要高，测量结果的线性程度也比传统的方法要好。G-M计数管的使用寿命被大大延长。 综上所述，本文取得了如下成果：对国内外Time-To-Count方法的研究现状进行分析，指出了Time-To-Count测量方法的基本原理，并对Time-T0-Count方法理论进行了分析，推导出了计数前时间和两个相邻辐射粒子时间间隔之间的关系，从数学的角度论证了Time-To-Count方法的科学性。详细说明了基于ARM 7 LPC2132的Time-To-Count辐射测量仪的硬件设计、软件编程的过程，通过高速微处理芯片LPC2132的使用，成功完成了对基于MCS-51单片机的Time-To-Count测量仪的改进。改进后的辐射仪器具有量程宽、精度高、易操作、用户界面友好等特点。本论文根据实验结果总结出了Time-To-Count技术中的几点关键因素，如：处理器的频率、计数前时间、杂质时间、采样次数和测量时间等，重点分析了杂质时间的组成以及引入杂质时间的主要因素等，对国内核辐射测量仪的研究具有一定的指导意义。
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上传时间： 2013-06-24
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风速是气象测量的一个重要要素，利用超声波进行风速测量现如今得到广泛的应用，技术已经很成熟。当超声波在空气中传播时，受到风速的影响，顺风和逆风情况下存在一个时间差，基于这个原理制成的时差法超声波风速测量仪表，具有精度高、可靠性强、集成度高等优势，并可以与雨量、湿度等测量仪表构成完整的移动气象站，与传统的机械式仪表、电磁式仪表相比，具有较强的优势，其关键参数是系统的测量精度。 ARM作为32位的微处理器，具有丰富的片上资源，高达60M的处理能力，而且功耗很小，适合作为智能仪表的核心处理器。本文给出了基于LPC2132的风速测量系统，可以实现风速的测量、显示、精度调节以及与上位机之间的通信等功能。系统硬件电路包括ARM7处理器以及外围的模拟、数字电路，并采用模块化进行设计。这种思想大大简化了系统硬件电路设计的复杂性，增强了系统的稳定性与可靠性。软件部分根据超声波信号的特点，选用新型的构造包络的方法，在准确判断超声波到达时间的问题上有所改进。 文章共分六个部分。第一章绪论介绍了超声波风速测量仪表的发展现状、本篇论文选题的目的和意义、所做的工作以及创新点。第二章介绍了超声波风速测量的基本原理。第三章是介绍基于ARM的超声波风速测量的系统的硬件设计。第四章是系统的软件设计。第五章是系统的误差分析。第六章是全文的总结以及就下一步的工作提出一些设想。
上传时间： 2013-06-04
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车辆姿态是车辆控制所需的重要参数，其测量方法、测量精度与测量系统的性能和成本密切相关。随着微处理器技术与新型传感器技术的发展，利用加速度计、磁阻传感器和ARM微处理器构成基于地球磁场和重力场的捷联式姿态测量系统，已成为许多载体姿态测量的首选。同时姿态测量系统住地理勘探、石油甲台钻井和机器人控制方血也有着广泛的应用。 本文研究设计了一款基于ARM处理器的姿态测量系统，在保证体积、成本和实时性的前提下，完成载体姿态角的准确测量。采用Honeywell公刊的3轴磁阻传感器HMC1021/1022和ADI公司的2轴加速度计ADXL202以及S3C44BOX ARM7微处理器构建捷联式姿态测量系统。磁阻传感器和加速度计分别感应地球磁场和重力场信号，微处理器对检测到的信号进行处理和误差补偿后，解算出的姿念角，最后由LCD显示或者通过串行通讯接口输出到上位机，实现姿态角的实时准确测量。 本文详细介绍了基于地球磁场和重力场信号进行姿态测量的原理，推导了方向角、俯仰角和横滚角求解的数学模型。完成了姿态测量系统硬件电路的设计与调试，实现了包括：uC/OS-Ⅱ操作系统的移植、加速度数据采集、地球磁场数据采集和姿态角解算等系统软件的设计，最后对系统测量结果给出了误差分析，添加了数字滤波、椭圆效应校正等算法来补偿误差，从而有效提高了系统测量精度。
上传时间： 2013-07-20
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设计了一种测量微位移的光纤位移传感器, 得到了传感器的位移2相位变化关系, 通过相位检出, 获得了微位移量。分析表明, 光纤位移传感器能够满足微位移测量的要求。关键词: 光纤传感器; 微位移;
上传时间： 2013-07-25
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随着我国电力工业的迅猛发展，电网上非线性负载的日益增多，导致线路电压、电流经常出现非正弦状态，从而造成电网谐波“污染”。电网谐波恶化了电能质量指标，降低了电网的可靠性，增加了电网的损失。所以，电器设备在出厂前需要对其进行检测，看其是否会影响电网的电能质量。那么可靠的电力参数测量设备的研制就变得非常重要。通过充分调研并翻阅大量资料，针对课题要求，提出了以ARM作为处理器，结合外围电路，借由μC/OS-Ⅱ操作系统对硬件进行控制，来完成电参数采集及其处理的思路。 本论文完成了装置的硬件电路设计和软件开发。硬件方面采用Philips公司的LPC2132作为处理器，结合外围电路，建立起基本的采样、通信和人机接口硬件平台。软件方面，首先分析了电参数测量的算法，并进行了必要的仿真。在完成μC/OS-Ⅱ在LPC2132上移植的基础上，进行多任务设计，完成数据采集、电量参数计算、USB串口通信和人机接口等功能。
上传时间： 2013-06-08
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高精度电网功率因数测量加权插值FFT优化算法
上传时间： 2013-05-22
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自适应天线技术、扩频技术是提高通信系统抗干扰能力的有效手段.本课题短波电台扩频-自适应天线抗干扰系统的目的是将自适应天线技术与扩频技术结合起来,使短波通信系统具有对抗各种干扰的性能,保证在恶劣的电磁环境中实现正常通信.本文主要工作如下:·研究了强干扰环境下的PN码同步,给出了设计中关键指标的选取原则;·分析了参考信号提取的原理,提出了适合于本课题的设计方案;·给出了扩频伪随机码PN1、导引信号伪随机码PN2的选取方法;·基于FPGA,给出了系统设计中PN码同步,参考信号提取的具体实现.
上传时间： 2013-04-24
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该论文首先对脉冲及其参数进行了分析,然后介绍了雷达脉冲参数测量的原理,并针对现代复杂电磁环境的特点,对脉冲参数测量的方案进行了设计.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20万门FPGA芯片实现了对高密度视频脉冲流的脉冲到达时间(TOA)、脉冲宽度(PW)和脉冲幅度(PA)等参数的实时高精度测量,并对测量误差进行了分析,同时给出了功能仿真的波形.该测量方法是基于FPGA的硬件实现方法,其系统结构简单,测量速度快、精度高,满足对脉冲参数测量高精度、实时性的要求.
上传时间： 2013-07-05
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