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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在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-08-04
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数据采集系统是信号与信息处理系统中不可缺少的重要组成部分，同时也是软件无线电系统中的核心模块，在现代雷达系统以及无线基站系统中的应用越来越广泛。为了能够满足目前对软件无线电接收机自适应性及灵活性的要求，并充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路，本文提出了由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、PCI总线接口、DB25并行接口组成的高速数据采集系统设计方案及实现方法。其中FPGA作为本系统的控制核心和传输桥梁，发挥了极其重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中全部数字电路部分的设计，并且使系统具有了较高的可适应性、可扩展性和可调试性。 在时序数字逻辑设计上，充分利用FPGA中丰富的时序资源，如锁相环PLL、触发器，缓冲器FIFO、计数器等，能够方便的完成对系统输入输出时钟的精确控制以及根据系统需要对各处时序延时进行修正。 在存储器设计上，采用FPGA片内存储器。可根据系统需要随时进行设置，并且能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。 在传输接口设计上，采用并行接口和PCI总线接口的两种数据传输模式。通过FPGA中的宏功能模块和IP资源实现了对这两种接口的逻辑控制，可使系统方便的在两种传输模式下进行切换。 在系统工作过程控制上，通过VB程序编写了应用于PC端的上层控制软件。并通过并行接口实现了PC和FPGA之间的交互，从而能够方便的在PC机上完成对系统工作过程的控制和工作模式的选择。 在系统调试方面，充分利用QuartuslI软件中自带的嵌入式逻辑分析仪SignalTaplI，实时准确的验证了在系统整个传输过程中数据的正确性和时序性，并极大的降低了用常规仪器观测FPGA中众多待测引脚的难度。 本文第四章针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析，并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时，文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法，并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。
上传时间： 2013-07-09
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在团簇与激光相互作用的研究中和在团簇与加速器离子束的碰撞研究中，需要对加速器束流或者激光束进行脉冲化与时序同步，同时用于测量作用产物的探测系统如飞行时间谱仪(TOF)等要求各加速电场的控制具有一定的时序匹配。在整个实验中，需要用到符合要求的多路脉冲时序信号控制器，而且要求各脉冲序列的周期、占空比、重复频率等方便可调。为此，本论文基于FPGA设计完成了一款多路脉冲时序控制电路。 本文基于Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EPlC3T100C8，设计出了一款可以同时输出8路脉冲序列、各脉冲序列之间具有可调高精度延迟、可调脉冲宽度及占空比等。论文讨论了FPGA芯片结构及开发流程，着重讨论了较高频率脉冲电路的可编程实现方法，以及如何利用VHDL语言实现硬件电路软件化设计的技巧与方法，给出了整个系统设计的原理与实现。讨论了高精密电源的PWM技术原理及实现，并由此设计了FPGA所需电源系统。给出了配置电路设计、数据通信及接口电路的实现。开发了上层控制软件来控制各路脉冲时序及属性。 该电路工作频率200MHz，输出脉冲最小宽度可达到10ns，最大宽度可达到us甚至ms量级。可以同时提供l路同步脉冲和7路脉冲，并且7路脉冲相对于同步脉冲的延迟时间可调，调节步长为5ns。
上传时间： 2013-06-15
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谐波带来的影响已经严重危及到电力系统的安全、经济、稳定运行。解决谐波污染的关键在于精确实时地确定谐波的成分、幅值和相位等因素。而今普通工业控制计算机已越来越不能满足系统运行的高效性、高实时性、高稳定运行性和高可靠性等要求，给谐波的测量带来误差，因而开发新一代基于ARM平台和嵌入式Linux系统的电力谐波检测装置来满足这些要求显得很重要。 同时，友好的图形界面也已经成为人们普遍关注的一个热点问题。电力谐波检测装置的图形用户系统更是存在着进程独立、网络通信能力、跨平台等特殊需求。在众多的图形用户界面软件中，因QT/Embedded具有跨平台、面向对象、能设计精美的人机界面等优点，系统便选取QT/Embedded作为支撑平台，并解决了QT/Embedded跨平台移植和中文化等问题。 因频谱泄露和栅栏效应以及系统基本频率的波动，普通的FFT算法不能准确测量谐波和间谐波成份。为了提高测量精度，本文先用频域插值法确定系统的基本频率，以及插值多项式方法重构时域采样信号，接下来用FFT计算整数次谐波成份，以及频域插值方法计算间谐波成份。 系统选用长沙科瑞捷机电有限公司提供的基于ARM处理器的SAM7430模块，在此基础上开发谐波检测软件，包括数据采集、FFT分析以及界面显示程序。经初步调试系统工作稳定可靠，具有一定的实用参考价值。
上传时间： 2013-08-02
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随着电子技术的不断发展，各种智能核仪器逐步走向自动化、智能化、数字化和便携式的方向发展。针对传统的多道脉冲幅度分析器体积大，人机交互不友好，不方便现场分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脉冲幅度分析器的陆续出现填补了这一缺点。 随着电子技术的发展，以ARM为核的处理器技术的应用领域不断扩大，相比较单片机而言，它的主频高、运算速度快，可以满足多道脉冲幅度分析器的苛刻的时间上的要求。而且ARM处理器功耗小，适合于功耗要求比较苛刻的地方，这些方面的特点正好满足了便携式多道脉冲幅度分析器野外勘察的要求。同时，由于以ARM为核的处理器具有丰富的外设资源，这样就简化了外设电路及芯片的使用，降低了功耗并增强了产品的信赖性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系统，为多道脉冲幅度分析器多任务的管理和并行的处理，甚至硬实时功能的实现提供了前提。而且在ARM平台使用嵌入式linux操作系统使多道脉冲幅度分析器的软件易于升级。 智能化和小型化是多道脉冲幅度分析器的发展趋势。智能化要求系统的自动化程度高、操作简便、容错性好。智能化除了需要控制软件外，还需要软件命令的执行者即硬件控制电路来实现相应的控制逻辑，两者的结合才能真正的实现智能化。小型化要求系统的体积小、功耗小、便于携带；小型化除了要求采用微功耗的器件，还要求电路板的尺寸尽量的小且所用元件尽量的少，但小型化的同时必须保持系统的智能化，即不能减少智能化所要求的复杂的逻辑和时序的控制功能。为此采用高集成度的ARM芯片实现控制电路能满意地同时满足智能化和小型化的要求。在研制的多道脉冲幅度分析器中，几乎所有的控制都可以用控制芯片来实现，如阈值设定、自动稳谱以及多道数据采集，在节省了元件的数目和电路板的尺寸的同时仍能保持系统的智能化程度。 Linux内核精简而高效，可修改性强，支持多种体系结构的处理器等，使得它是一个非常适合于嵌入式开发和应用的操作系统。嵌入式Linux可以运行的硬件平台十分广泛，从x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他许多硬件体系结构。目前在世界范围内，ARM体系结构的SOC逐渐占领32位嵌入式微处理器市场，ARM处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域，例如：工业控制，无线通讯，网络，消费类电子，成像等。 本课题采用三星公司生产的ARM(Advanced RISC Machines，先进精简指令集机器)芯片S3C2410A设计并研制了一种便携式的核数据采集系统设计方案。利用ARM芯片丰富的外设资源对传统的多道脉冲幅度分析器进行改进和简化。系统由前端探测器系统，以及由线性脉冲放大器、甄别电路、控制电路、采样保持电路组成的前置电路，中央处理器模块，显示模块，用户交互模块，存储模块，网络传输模块等多个模块组成。本设计基于ARM9芯片S3C2410，并在此平台上移植了嵌入式linux操作系统来进行任务的调度和处理等。 电路板核心板部分设计采用6层PCB板结构，这样增加了系统可靠性，提高了电磁兼容的稳定性。数据采集系统是多道脉冲幅度分析器的核心，A/D转换直接使用了S3C2410内置的ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器)，在2.5 MHz的转换时钟下最大转换速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采样点每秒)，满足了系统最低转换时间≤5 μs的要求，并且控制简单，简化了外部接口电路。由于SD(Secure Digital Card，安全数码卡)卡存储容量大、携带方便、成本低等优点，所以设计中采用其作为外部的数据存储设备,其驱动部分采用SD卡软件包，为开发带来了方便。本设计采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)屏作为人机交互的显示部分，并且通过Qt/Embedded为系统提供图形用户界面的应用框架和窗口系统。其中包括了波形显示部分和用户菜单设置部分，这样方便了用户操作。系统的数据存取方面是基于SQLite嵌入式小型数据库而进行的。为了方便数据向上位机的传输，系统设计中采用XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)格式来组织传输的数据，通过基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议的Linux下Socket套接字编程，来进行与上位机或PC(Personal Computer,个人计算机或桌面机)等的连接和数据传输。
上传时间： 2013-04-24
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目前嵌入式系统在工业控制和智能家电方面运用地越来越广泛，嵌入式系统应用于安防报警产品，使安防报警产品越来越智能化。未来产品技术将朝着数字化、无线化、集成化方向发展，因此本文设计了一个基于嵌入式系统的安防报警器。 嵌入式防盗报警系统，由可编程主机、遥控器、各种防盗、防抢探测器组成，可通过局域网与小区的监控中心连接，组成一套有线安全防范网络。一旦发生情况，能把报警信息通过通讯网络瞬间远程传输到用户设定的电话、手机、传呼机。同时向监控中心报告，监控中心电脑确定发生警情的地址，及时调动人员作出快速处理。 本文设计以32位ARM920T处理器s3C2410A为主控芯片，操作系统采用嵌入式LINUX操作系统。本文详细阐述一下几点： （1）研究了GSM MODEM的数据传输的特点和工作原理，熟悉控制短信猫的AT指令；分析了烟雾、防盗、煤气等传感器的性能指标和门限数据。为下面的系统的设计与研究提供了必要的理论基础。 （2）建立硬件开发平台，对ARM处理器平台的集成功能进行了研究。其中重点研究了ARMS3C2410处理器，对其性能进行了分析；对处理器的内存设计进行的分析；对所应用的串口电路进行了详细的研究。 （3）采用了嵌入式Linux系统作为操作系统，对Linux系统的内核和文件系统作了进一步的研究。详细研究了Linux系统的bootloader的功能以及它的编译与烧写；Linux内核的剪切、编译和烧写；Linux文件系统的编译与烧写；加载Linux各种服务，比如NFS协议服务。为系统开发搭建了软件平台。 （4）ARM处理器与GSM MODEM通过串口进行数据传输的软件设计；ARM处理器与监控中心的网络传输的软件设计。本系统实现了Linux系统串口和网口进行数据的传输，并对系统性能进行了测试，测试表明平台达到设计要求，性能稳定。
上传时间： 2013-04-24
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基于PC、图像采集卡和存储设备的传统数字视频监控系统，体积庞大、功耗高、价格昂贵，只局限于特定范围的应用。而嵌入式网络视频监控系统以其价格低、便携式等特点在安防、智能家居等场所得到了越来越广泛的应用。 本文基于S3C2440＼Windows CE5.0平台设计了一款具有网络传输查看功能的嵌入式网络视频监控系统。重点研究了OV9650 CMOS摄像头芯片流接口驱动的实现过程和开发方法，设计了基于TCP/IP网络传输协议的网络视频通信系统。并应用H.263压缩编解码算法对采集到的视频数据进行压缩，提高了视频传输效率。同时，针对H.263视频解码算法设计了一款简易视频回放软件，对H.263视频进行回放。为进一步满足小型化、便携式、低成本需求，开发定制了一款基于S3C2440＼Windows CE5.0平台的手持式接收终端。 本系统整合了图像采集、网络通信、H.263编解码、视频回放等多项技术，实现了嵌入式技术、以太网络、视频监控三大前沿领域的有机结合。由于采用了ARM9单芯片控制方案，系统具有集成度高、可靠性高、功耗低、成本低、体积小、稳定性好等特点，可应用在远程监控、工业控制、视频会议、智能家居等诸多领域。该系统架构也为视频监控系统的发展提供了一种新思路。关键词：ARM；WinCE；S3C2440；嵌入式；网络视频监控
上传时间： 2013-04-24
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近些年来，随着以计算机技术、通信技术为主的信息技术的快速发展和Internet的广泛应用，嵌入式系统也受到了越来越多的重视，日益广泛的应用与工业控制、移动通讯、家用电器以及消费电子设备中。 而数据采样在现代工业中发挥着非常重要的作用，工业设备的监测和控制都离不开数据的采集。但传统的基于单片机系统的数据采样模块因为无法或很难完成操作系统的嵌入、文件的管理、各种接口的连接、与Internet的互联、大容量存储器的扩展等功能，所以在许多领域的应用受到限制。针对这些问题，设计开发了基于Linux操作系统的嵌入式数据采集模块。 本文在综合分析了现有数据采集系统存在问题的基础上，新设计的嵌入式数据采集系统采用板卡式结构提高了系统的可扩展性和灵活性；采用嵌入式Linux内核作为系统的运行、调度的核心，提高了系统的软件可移植性和稳定性；采用基于ARM9核的32位嵌入式微处理器，作为控制、处理和通信的核心，提高了整个硬件系统的处理能力、控制灵活性以及抗干扰能力，并降低了功耗。系统有强大的网络通信能力，为接入Internet提供了可能。 基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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数控冲床送料系统主要用于与冲床实现配套，在冲孔过程中按照程序设定控制板料移动和冲床冲孔，实现冲孔的高度自动化。自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本的要求，它的自动化程度高低，直接影响着冲压生产效率以及冲压生产整体自动化水平，只有其自动化程度与冲压设备相匹配甚至高于冲压设备，才能够实现冲压生产的完全自动化。 嵌入式系统是继IT网络技术之后，又一个新的发展方向，由于嵌入式系统自身的优点，现在已经广泛应用到军事国防、消费电子、工业控制等各个领域。随着电子、计算机、自动控制以及精密机械与测试技术的不断提高和发展，自动送料装置也在随着数控机床的发展而在迅速发展和演变。而随着嵌入式微处理器的发展，嵌入式系统也开始运用到数控冲床自动送料系统中来。 本文采用目前广泛使用的32位ARM微处理器，Samsung公司基于ARM920T的S3C2440A作为系统的主控制器，该处理器主要面向嵌入式设备，具有性价比高、功耗低的特点，并且在嵌入式Linux操作系统下可移植性好，具有较强的控制能力和丰富的片内资源。该系统能实现数控冲床的自动送料，软硬件结构简单，定位精度高，操作简单方便，具有良好的人机界面。论文首先根据生产实际要求和控制系统设计原则，确定了送料系统的软硬件总体设计方案。硬件方面，在S3C2440A的基础上扩展了NANDFlash、NORFlash、SDRAM、LCD触摸屏模块，并设计了X、Y轴电机及其驱动电路。软件方面，选用Linux操作系统，在此基础上构建了嵌入式Linux开发环境，实现了Bootloader、Linux内核、YAFFS根文件系统的移植，选用Qt/Embeded设计系统的操作界面，给出了系统各个模块的程序设计，包括人机界面、速度预处理、插补模块和电机控制部分，文章对系统的软硬件的抗干扰技术也专门做了介绍。随后，文章还介绍了积分分离的PID控制算法，并通过使用matlab对电机控制进行仿真，验证了该算法的可行性。 文章在最后对整个设计进行了总结和展望，指出了系统存在的问题和一些可以改进的地方。
上传时间： 2013-06-28
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