温室技术是我国实现农业信息化的重要环节，温度是温室中的重要环境参数。实时控制是指在规定的时间内，系统必须做出相应的响应，是现代温室控制发展的更高要求。随着精细农业的发展，传统的大棚已经不能满足现代高精度、快速采集及响应的要求，由于温度的滞后性和难调控性，温度实时控制一直是温室控制的一大难题。 本课题整合了CPID与ARM的优点，提出运用CPID硬件来实现数据采集，移植实时操作系统到ARM来实现复杂算法控制，采用高精度数字传感器DS18820，并设计出混合PID模糊控制器来实现温室的变温管理，这对于现代温室的智能化控制有着十分重要的实际意义。较传统温室，优点在于(1)它改变以往依靠单片机软件来实现传感器周期性采集，改用CPID硬件产生数字传感器所需的读写时序，这种“以硬代软”的方案实时性好，且大大避免了软件运行时的不稳定性、系统冗余等先天缺陷。(2)操作系统能实现多任务、多线程以及友好的人机界面。 试验以华中农业大学的华北型机械通风式连栋塑料温室为试验模型，选择了ALTERA公司的EPM7128SLC84-15芯片和SAMSUNG公司的S3C44BOX芯片为目标板，以PC机为宿主机，设计了实时温度控制平台。 主要工作： (1)概述了温度实时测控的必要性并介绍了CPLD、ARM技术及嵌入式实时操作系统的发展。 (2)介绍了温度采集模块及CPLD与ARM通讯接口模块的设计。 (3)通过ARM存储模块、LCD显示模块、串口模块、Rt18019AS网口模块、uClinux操作系统模块等系统完成了本试验平台。 (4)介绍混合PID模糊控制算法并通过Simulink工具箱进行了仿真，得出混合PID模糊控制器较经典PID控制具有更快的动态响应、更小超调、抗干扰强的结论。 (5)最后，通过试验数据验证了整套系统实时采集的稳定性及可靠性，指出了本课题的不足之处和待改善的问题。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着社会经济的发展，社会对能源的需求量越来越大，对能源的依赖性也越来越强，而同时全球的能源储备越来越少。尤其是中国，几乎所有能源人均都不及世界的一半。2007年“两会”，政府工作报告中明确提出把节能减耗作为工作切入点，并成立国务院节能减排工作领导小组。钢厂作为工业耗能大户，其节能减耗显得尤为重要，旧的分散式能耗测量方法已不能满足需要，提出新的能耗检测方法迫在眉睫。 本文的工作就是以此为大背景，针对钢厂的能源消耗提出一种新型实时测量方法。系统以嵌入式为开发思路、WINCE操作系统丌发监测终端，包括数据采集、数据传输以及数据集中处理显示三部分。数据采集主要依赖传感器和单片机，将采集到的模拟数据转换为数字量并按照协议要求进行格式打包，包括电参数采集、水参数采集和天然气参数采集三部分；数据传输则采用传统的RS485工业控制网络；终端部分则以ARM为载体，WINCE为平台，开发应用程序实时处理数据。 文中详细阐述了整个监测系统的硬件设计思路和软件设计流程。介绍了数据检测原理及过程，给出了底层和终端的系统通信协议及通信流程，同时通过对监测终端的描述详细介绍了WINCE嵌入式操作系统的定制和在ARM9目标板上的移植，并详细阐述了基于WINCE的EVC应用程序开发，给出了部分代码。 本次设计提出了一种新的钢厂能耗数据集中实时采集技术，并完成了系统整体设计。经过测试运行，各项技术性能指标已经达到了设计的要求。
上传时间： 2013-04-24
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在电力现代化建设中，提高发电机发电效率是其中重要的一环，氢气作为导热性冷却介质广泛的应用于发电设备，作为冷却剂，它可以有效地提高其发电效率，但它又是一种易燃易爆气体，所以使氢气参数处于正常范围，保证发电机高效、安全正常工作就变得至关重要，因此对氢气参数进行实时监测有着重要的意义。 本论文研究和开发了基于ARM和CPLD的氢气参数监测系统，首先简要的分析了氢冷发电机系统对氢气参数进行监测的必要性以及当前电力系统氢气参数监控系统的发展情况。然后提出了一种利用无线通信手机短消息业务SMS、工控总线Modbus通信协议和RR485总线、SD卡海量存储等技术实现发电机系统多氢气参数的现场实时监测系统的设计方案。该方案以功能强大的ARM处理器作为系统的核心。采用高精度的16位AD转换芯片，并使用两种滤波算法的结合对信号进行数字滤波，满足系统对氢气参数采集精度的要求。同时系统结合CPLD技术，用于解决系统内微控器I/O口不足以及SD卡驱动的问题，本论文采用一片CPLD扩展I/O口，每一个扩展的I/O口都分配固定的地址，ARM微控器可以通过外部总线控制扩展I/O口的输出电平。SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，具有低成本，大容量的特点，系统的历史数据存储使用了SD卡作为存储介质，系统并没有直接使用ARM处理器读写SD卡，而是使用了拥有1270个逻辑单元的MAXⅡ1270 CPLD来驱动SD卡，在CPLD中使用VHDL语言设计了SD卡的总线协议，外部总线接口，SRAM的读写时序等，这样既可以提高微处理器SD卡的读写速度，增强微处理器程序的移植性，又可以简化微处理器读写SD卡的步骤并减少微处理器的负担。 本论文的无线数据传输采用GSM无线通信技术的SMS业务远传现场数据，设计了GSM模块的软件硬件，实现了报警等数据的无线传输，系统的有线传输采用了基于Modbus通信协议的RS485总线通信方式，采用这两种通信方式使系统的通信更加灵活、可靠。本论文最后分析了系统的不足并且提出了具体的改进方向。
上传时间： 2013-05-26
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现阶段，中国的自动售货行业蓬勃发展。作为自动服务的核心部件，基于单片机的纸币识别系统已经越来越不能满足市场需求。 本文对基于uClinux操作系统和S3C4510B的纸币识别系统的各个方面进行了研究。研究表明，纸币识别系统要求能满足硬实时性，但uClinux操作系统的实时性不强。由于uClinux功能强大，免费且资源丰富，如能成功改进本纸币识别系统的实时性，纸币识别系统将在成本，性能和功能性等方面有更大的优势，所以对实时性进行改进将非常有意义。 在本纸币识别系统中，纸币特征采集子系统对实时性要求很高，需要满足硬实时的要求，所以是否能满足该子系统的实时性的要求，将是本纸币识别系统能否很好工作的关键所在。通过对当前多种uClinux实时性改进方案进行了解和研究，参考了RTAI和RTLinux的工作原理，提出了基于uClinux操作系统和S3C4510B的纸币识别系统的实时性改进方案。纸币特征采集子系统主要依靠码盘光耦产生的反馈信号生成硬件中断，然后通过处理该中断，实现对纸币特征的采集。在本文提出的方案中，为了提高系统对硬件中断的反应速度，避开uClinux对中断的慢处理，在操作系统与硬件之间建立了一个特殊的硬件抽象层来管理中断，并将纸币特征采集功能与操作系统剥离，放入一个单独的处理单元。通过这样的处理，使得中断产生时，硬件抽象层暂停uClinux操作系统的运行，直接将中断交由纸币特征采集处理单元处理，实时的完成纸币特征数据的采集。
上传时间： 2013-05-24
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现代信息技术的迅猛发展，使得图像处理方面的研究与应用，尤其是实时图像处理引起了更广泛的关注。近年来，随着嵌入式和DSP技术的不断发展，数字信号处理领域的理论研究成果被逐渐应用到实际系统中，从而推动了新理论的产生和应用，对图像处理等领域的技术发展起到了十分重要的作用。可见，研究如何将ARM和DSP双处理器结构应用于实时图像处理系统的新方法有着非常重要的理论价值和应用价值。本文主要研究内容如下： 1.分析了实时图像处理领域的最新发展，得出了以ARM和DSP分别作为实时图像处理系统核心的优势和劣势，结合本课题实时性，高效性和便携性的特点，设计一个以ARM+DSP双处理器为核心的通用实时图像处理系统，并通过增加或裁剪可以广泛应用于图像处理和图像识别领域。 2.掌纹识别技术是继指纹识别和虹膜识别后人体生物特征识别领域中最新的研究方向，正处在不断的研究和探索阶段。在论文中，介绍了以ARM+DSP双处理器为核心的通用实时图像处理系统和掌纹识别技术相融合的实例，构成最基本的脱机掌纹识别系统，给出了系统的组成和运行的基本流程，实现最基本的识别功能，降低成本，提升实时掌纹识别系统的性能。 3.具体设计中，在对两种系统组成方案经过比较后，选择了基于TI公司的TMS320VC5470双核处理器为核心，根据TMS320VC5470芯片的特点，对系统平台的硬件原理进行设计，扩充了进行研究所需的片外RAM，ROM(Flash)，人机接口电路，外围接口电路，仿真接口JTAG等。随后根据原理图所需器件，选择相对应的封装形式，设计8层印刷电路板，对BGA封装形式芯片的扇出方式，布线规则以及高速数字电路与高速PCB设计中涉及的信号完整性问题予以重点研究，较好解决了高密度BGA封装集成电路的布线及其电磁兼容性问题。除此之外，在软件设计方面，讨论了针对TMS320VC5470系统脱离主机开发环境成为独立系统时双核Bootload的实现、双核间通讯及程序固化到FLASH中的方法。 本文所做的创新工作是将ARM和DSP有效的相结合，使他们在实时图像处理系统中发挥各自的优势，克服自身的劣势，提升了实时图像处理系统的性能，缩小了体积，节约了成本；并基于上述研究成果，将该ARM+DSP实时图像处理系统和最新的掌纹识别的原理相结合，构成了手持式掌纹识别系统，对于实时掌纹识别技术的研究有着非常重要意义。
上传时间： 2013-07-31
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光斑质心检测系统是APT精跟踪伺服系统的关键技术之一，目前的光斑检测系统大多是基于PC机的，存在着高速实时性、稳定性问题。在总结各种检测算法的基础上，本文提出了基于FPGA的图像处理算法，实现了激光光斑中心的高速实时检测。 文中主要采用3×3窗口模块和自适应阈值模块，先对CCD输入数据进行处理，判断光斑的范围，然后再运用光斑的质心算法对光斑所占的像元进行运算，得出光斑位置的脱靶量，最后用VGA格式将图像显示在LCD上。本文达到了的3000帧/s的脱靶量帧速，精度为2urad的技术指标，实现了高速率、高精度的精跟踪要求。
上传时间： 2013-04-24
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JPEG是联合图像专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写，是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图像压缩编码标准。JPEG的基于DCT变换有损压缩具有高压缩比特点，被广泛应用在数据量极大的多媒体以及带宽资源宝贵的网络程序中。 动态图像的JPEG编解码处理要求图像恢复质量高、实时性强，本课题就是针对这两个方面的要求展开的研究。该系统由图像编码服务器端和图像解码客户端组成。其中，服务器端实时采集摄像头传送的动态图像，进行JPEG编码，通过网络传送码流到客户端；客户端接收码流，经过JPEG解码，恢复出原始图像送VGA显示。设计结果完全达到了实时性的要求。 本文从系统实现的角度出发，首先分析了系统开发平台，介绍FPGA的结构特点以及它的设计流程和指导原则；然后从JPEG图像压缩技术发展的历程出发，分析JPEG标准实现高压缩比高质量图像处理的原理；针对FPGA在算法实现上的特点，以及JPEG算法处理的原理，按照编码和解码顺序，研究设计了基于改进的DA算法的FDCT和IDCT变换，以及按发生频率进行优化的霍夫曼查找表结构，并且从系统整体上对JPEG编解码进行简化，以提高系统的处理性能。最后，通过分析Nios嵌入式微处理器可定制特性，根据SOPC Builder中Avalon总线的要求，把图像采集，JPEG图像压缩和网络传输转变成用户自定义模块，在SOPC Builder下把用户自定义模块添加到系统中，由Nios嵌入式软核的控制下运行，在FPGA芯片上实现整个JPEG实时图像编解码系统(soc)。 在FPGA上实现硬件模块化的JPEG算法，具有造价低功耗低，性能稳定，图像恢复后质量高等优点，适用于精度要求高且需要对图像进行逐帧处理的远程微小目标识别和跟踪系统中以及广电系统中前期的非线性编辑工作以及数字电影的动画特技制作，对降低成本和提高图像处理速度两方面都有非常重大的现实意义。通过在FPGA上实现JPEG编解码，进一步探索FPGA在数字图像处理上的优势所在，深入了解进行此类硬件模块设计的技术特点，是本课题的重要学术意义所在。
上传时间： 2013-04-24
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随着多媒体技术发展，数字图像处理已经成为众多应用系统的核心和基础。图像处理作为一种重要的现代技术，已经广泛应用于军事指挥、大视场展览、跟踪雷达、电视会议、导航等众多领域。因而，实现高分辨率高帧率图像实时处理的技术不仅具有广泛的应用前景，而且对相关领域的发展也具有深远意义。 大视场可视化系统由于屏幕尺寸很大，只有在特制的曲面屏幕上才能使细节得到充分地展现。为了在曲面屏幕上正确的显示图像，需要在投影前实时地对图像进行几何校正和边缘融合。而现场可编程门阵列(FPGA)则是用硬件处理实时图像数据的理想选择，基于FPGA的图像处理技术是世界范围内广泛关注的研究领域。 本课题的主要工作就是设计一个以FPGA为核心的硬件系统，该系统可对高分辨率高刷新率(1024*768@60Hz)的视频图像实时地进行几何校正和边缘融合。 论文首先介绍了图像处理的几何原理，然后提出了基于FPGA的大视场实时图像融合处理系统的设计方案和模块功能划分。系统分为算法与软件设计，硬件电路设计和FPGA逻辑设计三个大的部分。本论文主要负责FPGA的逻辑设计。围绕FPGA的逻辑设计，论文先介绍了系统涉及的关键技术，以及使用Verilog语言进行逻辑设计的基本原则。 论文重点对FPGA内部模块设计进行了详细的阐述。仲裁与控制模块是顶模块的主体部分，主要实现系统状态机和时序控制；参数表模块主要实现SDRAM存储器的控制器接口，用于图像处理时读取参数信息。图像处理模块是整个系统的核心，通过调用FPGA内嵌的XtremeDSP模块，高速地完成对图像数据的乘累加运算。最后论文提出并实现了一种基于PicoBlaze核的12C总线接口用于配置FPGA外围芯片。 经过对寄存器传输级VerilogHDL代码的综合和仿真，结果表明，本文所设计的系统可以应用在大视场可视化系统中完成对高分辨率高帧率图像的实时处理。
上传时间： 2013-05-19
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数据采集处理技术是现代信号处理的基础，广泛应用于雷达、声纳、软件无线电、瞬态信号测试等领域。随着信息科学的飞速发展，人们面临的信号处理任务越来越繁重，对数据采集处理系统的要求也越来越高。近年来FPGA由于其设计灵活性、更强的适应性及可重构性，结合SDRAM的高速、大容量、价格优势，在设计高速实时数据采集系统时受到了广泛的关注。 本课题重点研究了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计与实现技术，为需要大容量存储器的系统设计提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本构造与工作原理的基础上，结合成熟的商业化IP核，提出了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计方案，并从总体设计构想到各逻辑细节实现都进行了详细描述。根据DDR2-SDRAM的特点，选择合适的内存调度方案，采用Verilog HDL语言设计实现了该高速实时数据采集系统，并对系统功能进行验证与分析，结果表明本设计完全能够满足系统的性能指标。
上传时间： 2013-06-24
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三维彩色信息获取系统目的是获取对象的三维空间坐标和颜色信息。它是计算机视觉研究的重要内容，也是当前信息科学研究中的一个重要热点。 本文首先介绍了三维信息获取技术的意义和实时可重构三维激光彩色信息获取系统总体方案。该方案合理划分了系统的图像处理任务，充分地利用了拥有的硬、软件资源。阐述了基于FPGA处理器的硬件系统结构及其工作原理和系统工作时序。 本文还研究了图像处理系统中的数字逻辑设计，总结出了较完整、规范化的设计流程和方法，介绍了从图像处理算法到可编程逻辑器件的规范化映射方法，总结了在视频系统中的高级设计技巧，包括并行流水线技术和循环结构的硬件实现方式等。 为了说明提出的设计方法，本文分析了基于自适应阈值的结构光条纹中心的方向模板快速检测算法的硬件实现。该算法是把自适应阈值法与可变方向模板法相结合，具有稳定性好、精度高、计算简单、数据存储量小、实现速度快的特点，此外，该方法有利于硬件快速实现。实践证明这种方法是实用的、有效的。 本文的重点在于研制了具有完全自主知识产权的实时可重构三维激光彩色信息获取系统中视频图像处理专用集成电路。该集成电路是实现系统快速算法的核心，使用现场可编程器FPGA器件EPlK50实现提取激光线、提取人头轮廓线和提取中心颜色线算法；该集成电路还要实现系统所需的控制逻辑。控制部分包括将视频采集输出端口信号转化为RGB真彩色信号的数据锁存模块、各FIFO缓存器的输入输出控制模块和系统需要的其它信号控制模块。提出提取轮廓线快速算法，即由FPGA处理器与主机交互式共同快速完成提取人头正侧影轮廓线算法。该专用集成电路研制是整个实时可重构三维激光彩色信息获取系统实现的关键。
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上传时间： 2013-07-23
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