在特定的工业测控应用中对处理器的功耗有严格的要求，类似X86处理器芯片系列由于继承了原有8086的构架，功耗很大，不能满足要求。当前应用广泛的ARM系列处理器有低功耗、高处理器能力的优点，非常适合于此类应用。由于ARM处理器并没有对PC/104总线有支持，所以本设计使用CPLD可编程逻辑完成ARM本地总线与PC/104总线的转换。文章完成了以下工作： 1.介绍了工业控制计算机的发展情况和当前使用广泛的PC/104计算机，描述了嵌入式系统的发展历史和软硬件组成，分析了X86与ARM处理器构架的特点与优缺点； 2.从PC/104总线规范出发，对基于ARM处理器的PC/104工业控制嵌入式工控机进行了总体设计，软硬件选型部分对当前流行的软硬件系统进行了详细地描写，硬件处理器选用SAMSUNG公司的S3C2410，软件系统采用嵌入式Linux操作系统； 3.对系统硬件各个部分实现细节进行了描写，包括最小系统、CAN网络、以太网络和PC/104总线控制器；其中着重对PC/104总线控制器的实现方案进行了讨论，分析了ARM本地总线时序和PC/104总线时序，最后使用VHDL语言实现了了总线控制器逻辑； 4.移植了嵌入式Linux操作系统，Linux操作系统移植分为配置、编译和下载运行调试三个步骤；基于Linux操作系统编写了PC/104总线驱动，驱动完成映射PC/104地址到系统虚拟地址和中断绑定；编写了基于PC/104的CAN总线驱动，分析了驱动初始化、中断处理流程、数据缓冲区管理和文件操作接口，描写了驱动的编译和下载过程；最后给出了应用程序接口； 5.根据机车工业控制领域的具体要求，开发了实际系统，给出了系统主要参数指标；对系统的运算性能进行了测试，测试表明定点运算能力与X86相当，符合设计要求：系统通过铁标高低温测试和射频干扰测试，并进行了为期3个月的装车试运行，试运行过程中系统工作正常，完全能够满足设计要求。
上传时间： 2013-07-10
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随着生产自动化要求的不断提高，控制技术和微型计算机技术的不断发展，智能记录仪已日益广泛地应用在工业过程领域，并占据了越来越高的地位。近年来，新的应用也对智能记录仪的设计提出了更高的要求。 嵌入式系统因其体积小、性能好、功耗低、可靠性高等优点，其已经在各种记录仪表的开发与设计等领域中得到广泛的应用。为了改善工业现场传统获取数据费时、费力且数据不够及时准确的缺点，本课题基于嵌入式的技术，构建了一个由32位的嵌入式微处理器S3C24lO和实时操作系统IAnux组成的平台，并对其进行了开发研究，设计并实现了针对工业过程数据处理的一种新型的记录系统。 本文研究了无纸记录仪通用开发方法，设计了系统结构、功能和性能设计指标。该系统以三星公司生产的S3C2410(ARM)微控制器为核心，配置大容量Flash存贮器、实时时钟等，通过8个信号输入通道，可配接热电偶、热电阻以及标准的电压/电流信号，经16位采样送ARM处理后，按设定要求完成信号监测、数据记录和柱状图、曲线显示、异常数据报警等无纸记录仪的功能，以及通过RS232通信接口与其它系统进行数据通信；在系统软件设计方面，采用结构化、模块化方法，结合硬件配置设计了数据采集、检测信号处理、数据存取、键盘操作功能模块以及柱状图、曲线等图形显示功能函数，从而使具有了模块化扩展功能。试验表明了该系统对数据进行了准确、可靠的的采集与处理，较好地满足了工业现场的需求。 本课题是数据记录系统在工业现场数据采集、处理领域中的一次成功尝试。在实际应用中，该系统凸显出强大的功能、良好的灵活性。实践证明本系统是一种优秀的解决方案，能够高效的实现各种测控任务。
上传时间： 2013-04-24
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本文主要研究一种在嵌入式系统上的GPS终端的软件设计方法。随着GPS技术在包括道路测控、汽车导航、交通管理、石油勘探、海上作业和紧急救援等军事和民用的众多领域中的越来越广泛的应用和发展，GPS系统对生产、生活的影响也愈加深远。另一方面，硬件开发与嵌入式操作系统以及软件研发技术的不断发展促使移动计算技术在手持设备中也得到广泛的应用，掌上电脑(PDA)与智能手机等移动式计算系统日益普及，功能日渐完善，在手持式设备中实现GPS移动定位、导航等功能具有良好的市场前景。 鉴于嵌入式GPS系统要求处理速度快，占用存贮空间小，根据嵌入式系统的人机交互特点，论文采用基于ARM架构的S3C2410处理器作为基础硬件平台，以OpenSource的Linux作为操作系统平台，MiniGui为图形用户界面支持系统，SQLite为数据库管理系统研究并设计了应用嵌入式地图的GPS定位系统。 该系统不仅为用户提供基本的地图信息，还利用GPS仪器实现在地图上定位功能，使用户获得当前位置相关的附属信息。该系统简单可行，不依赖其他服务器工作，可用在移动设备、车载导航等领域。 论文研究了Linux在嵌入式系统中的应用与MiniGUI图形界面和SQLite数据库系统向Arm-Linux系统上的移植；阐述了Linux下触摸屏驱动的设计与应用；分析了GPS系统中地理坐标系统的定义和坐标转换基本原理；根据转换公式实现地理经纬度坐标、平面直角坐标以及屏幕窗口坐标间的相互转换；分析了MapInfo电子地图文件的基本格式；设计了用于存储地图信息及附属信息的SQLite数据库；通过Linux与GPS接收器的通讯从GPS设备采集定位信息并进行解析；在MiniGui上实现电子地图与定位信息的显示，支持触摸屏上的人机交互；并在电子地图上实现放大缩小、测距、查询等基本功能。 论文最后同时给出了目标系统的实现结果，并分析了系统设计中的一些不足，提出了在以后的工作中改进系统效能的设想。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术的飞速发展，各科学领域对测试技术提出了越来越高的要求。调速器试验台是调试、校验调速器性能的一种试验工具，是船舶修造厂、尤其调速器修造专业厂必须具有的试验设备。基于ARM嵌入式平台和uC/OS-II实时操作系统的嵌入式控制调速器试验台是基于国内外调速器测试技术的发展趋势和工作的实际要求。本调速试验台充分利用了嵌入式单片机技术和传感器技术，通过采用多种传感器采集系统所需要的数据，例如直流电机的转速、调速器的齿条位移等等，经过单片机系统处理并输出结果来实现调速器试验台的功能，并运用新型的全彩液晶显示屏将各种试验数据显示出来。 本文主要是针对调速试验台控制系统的研究，在分析了嵌入式软硬件可实现模块化设计的基础上，借鉴了“开发平台”的设计思想，首先，在ARM嵌入式最小系统的基础上架构通用的硬件平台，对测控平台的硬件结构进行设计，特别是对于关键的接口电路进行了比较深入的研究，针对不同的应用，集成了多种接口电路。其次，在实现嵌入式实时多任务操作系统uC/OS-II在ARM上可移植的基础上，架构了通用的软件平台，对接口电路驱动程序进行模块化设计。最后，研究了基于参数实时可变型的一种新型的PID控制算法，并将此PID算法作为调速试验台的控制算法。 通过对本系统的研究开发，提高了调速器试验台的测试精度，也使性能更加稳定可靠，实现了整个测试过程的自动化，从而减轻了试验人员的劳动强度，提高了工作效率，降低了试验成本，也同时消除了安全隐患，因此对本课题的研究具有较大的现实意义。
上传时间： 2013-07-20
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作为一种全数字化的现场通信网络，现场总线以其可控性强、可靠性高、开放性好等优点。在实际应用中常常需要在不同种类的现场总线间进行数据通信以及用户需要对不同种类的现场总线设备进行操作和控制。同时，工业测控系统在控制层采用现场总线技术，而在管理层采用以太网构成的企业信息网
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上传时间： 2013-05-25
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传感器是测控系统的重要组成部分，但有些传感器，如增量式或绝对式旋转编码器，因无配套的二次仪表，给使用带来不便。有些传感器虽然可以买到配套的仪表，但价格昂贵，功能单一且功能无法扩展。为此，本课题以设计一种通用性强，功能扩展方便的测量仪表为目的，将计算机技术与嵌入式微处理器技术用于测量仪表当中，设计一种基于ARM的嵌入式智能仪表。课题主要研究工作包括： 1.在分析比较各种二次仪表功能的基础上，提出了基于ARM的嵌入式智能仪表设计方案。搭建了仪表的硬件平台。 2.软件设计实现了μC/OS-Ⅱ嵌入式系统在ARM7微控制器上的移植。在此基础上，对嵌入式系统进行了一定的扩展，编写了LCD驱动程序，调用了串口通信，A/D转换等模块的API函数，建立了多任务环境，使仪表兼具PWM脉宽调制功能、数据采集、显示和传输功能。 3.通过增量式、绝对式旋转编码器实验、转矩转速传感器实验、输出模拟信号的角度传感器实验和PWM输出实验验证仪表的功能。 RTOS平台的构建，降低了软件设计的复杂度，提高了系统的实时性和灵活性，缩短了开发周期。经过实验验证，该仪表能够准确测定频率信号、模拟信号及数字信号。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式系统是一种将底层硬件、实时操作系统和应用软件相结合的专用计算机系统，在经济社会和人们的日常生活中得到了越来越广泛的应用。嵌入式系统的研究与开发已成为现代电子领域的重要研究方向之一。嵌入式实时操作系统是嵌入式系统应用软件开发的支撑平台，网络化是主要趋势之一。 μC/OS-Ⅱ作为一种新兴的嵌入式实时操作系统，以其免费公开源码、面向中小型应用、可抢占、多任务以及较好的移植性等突出特点，在各类嵌入式设备中得到广泛应用。然而，μC/OS-Ⅱ内核中不支持TCP/IP协议栈，因而无法适应嵌入式设备网络化的需要。本文的主要目标是：在计算资源严重受限的条件下，研究使嵌入式系统支持TCP/IP协议的策略及其实现方法。 本课题以实验室现有的Samsung S3C44BOX芯片为核心的ARM开发板作为硬件平台，分析了ARM7TDM[内核的特点及S3C44BOX的结构。在详细分析实时操作系统μC/OS-Ⅱ及其内核原理的基础上对其进行适当的改进并成功移植到ARM硬件平台上。针对μC/OS-Ⅱ内核不支持TCP/IP协议栈的问题，引进了嵌入式TCP/IP协议uIP，将其应用到μC/OS-Ⅱ上，成为μC/OS-Ⅱ的网络服务模块，实现了对μC/OS-Ⅱ的网络功能的扩充，并在uIP基础上编写了相关的网络驱动程序。最后，本课题设计了基于HTTP协议的嵌入式Web服务器和基于TFTP协议的远程文件传输，从而使网络远程监控测量和在线程序的更新下载成为现实。 本课题经过数月的软硬件的设计和调试，已实现了最初的设计目标。测试结果表明：移植到ARM处理器上的μC/OS-Ⅱ内核可以成功实现对任务的调度；对μC/OS-Ⅱ内核扩充的TCP/IP协议——uIP可正常运行：嵌入式Web服务器和远、程文件传输在实验室局域网中的稳定运行，更加证明了本课题的成功性。
上传时间： 2013-05-17
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在工业生产中，二次自动化仪表是构成自动化系统的基本单元之一。我国的单元仪表己基本完成由电动Ⅲ型仪表向基于八位或十六位单片机为基础设计的数字化仪表的转换。由于常规单片机资源的限制，以单片机为基础设计的单元仪表基本上还是在功能上替代电动Ⅲ型仪表，并按电动Ⅲ型功能进行分类。这样造成国内自动化仪表生产厂家生产的二次数字化仪表品种繁杂，标准难以统一，设计随意性大。因此带来如下现实问题： 1．自动化系统设计单位的仪表选型、系统调试、使用中操作、维修和系统的功能优化及备件的准备非常的不方便： 2．仪表生产厂家的批量生产困难，产品质量的提高及成本的节约不利： 3．国内现在自动化仪表厂家数量众多，但都无法形成规模生产，质量不佳，而国外进口的二次仪表往往依附于特定的集散系统，也存在标准不统一，难以灵活替换的问题，且价格昂贵。 自动化系统设计、生产及应用迫切需要一种使用方便、通用性强的智能型二次仪表，以解决上述问题，改变传统设计、生产及应用方式，这将是未来自动化仪表的发展趋势，也就是本课题的努力方向。 本论文正是针对上述问题，以设计出一种可灵活组态的通用智能型二次仪表为研究对象，在深入分析国内主流仪表厂家的仪表操作方式和仪表功能的基础上，合理地进行软硬件设计，为在同一硬件平台下实现多种仪表的功能进行了创新性和探索性研究。主要内容为： 1．各种常规二次仪表功能、标准、接线、操作习惯及结构方式的归类分析； 2．多信号多量程的柔性测量方法研究； 3．系统整机设计以及系统可靠性设计； 4．u-boot的向ARM的移植、uClinux向ARM的移植、uClinux下的通用组态软件设计。 本文设计了一种以三星公司的ARM7TDMI系列处理器S3C44BOX为核心，辅以外围电路，实现同一硬件平台下多种仪表的功能，并成功制作了样品系统。 本文所讨论的基于$3C44BOX和uClinux的智能仪表系统的开发技术同样适用于其它项目的开发，对其它嵌入式的应用系统开发有重要的参考价值。
上传时间： 2013-05-16
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航天测控通信网是航天工程的重要组成部分。迄今为止，我国已建成“C频段测控网”，及正在建设的“S频段测控网”和“TDRSS测控网”。测距单元是测控系统基带设备中的重要功能单元，为航天飞行器提供定位元素。目前，在航天测距系统中侧音测距技术具有最高的测距精度。本文以中国电子科技集团第十研究所某项目为背景，对侧音测距系统中的关键技术进行了详细的研究，提出了一些改进测距精度的方法，最后用FPGA实现了侧音测距功能单元。 本论文主要完成以下工作： 1)完成了直接数字频率合成的杂散分析。采用严格的信号分析方法，运用离散傅立叶变换(DFT)和傅立叶变换(FT)，推导了理想状态和相位截短条件下的DDS输出频谱的数学表达式，并利用systemview仿真软件建立了DDS相位截短模型，通过仿真验证了分析结论的正确性。 2)改进了TT&C系统中经典的FFT频率引导算法，增加了频谱对称性分析，在实现频率引导的同时完成了防载波频率错锁的功能。 3)首次采用基于正交双通道相关原理的数字相关相位估计法来实现次侧音匹配和解模糊，降低了设备复杂度，提高了测距精度。针对低信噪比的情况，提出了基于平滑滤波的数据处理方法，提高了相位测量精度。对测距信道中加限幅器导致的测距信号信噪比恶化程度做了深入的理论分析。最后，分析了测距误差，并对其中一些引起测距误差的因素提出了改善方法。 通过本论文的工作，成功的完成了TT&C侧音测距终端的研制，系统现已通过测试，达到系统任务书的各项指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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文章开篇提出了开发背景。认为现在所广泛应用的开关电源都是基于传统的分立元件组成的。它的特点是频率范围窄、电力小、功能少、器件多、成本较高、精度低，对不同的客户要求来“量身定做”不同的产品，同时几乎没有通用性和可移植性。在电子技术飞速发展的今天，这种传统的模拟开关电源已经很难跟上时代的发展步伐。 随着DSP、ASIC等电子器件的小型化、高速化，开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化，使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能，同时由于它的智能化、零件的共通化使得它能够灵活地应对不同客户的需求，这就降低了开发周期和成本。依靠现代数字化控制和数字信号处理新技术，数字化开关电源有着广阔的发展空间。 在数字化领域的今天，最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来，数字电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。虽然目前中国制造的开关电源占了世界市场的80％以上，但都是传统的比较低端的模拟电源。高端市场上几乎没有我们份额。 本论文研究的主要内容是在传统开关电源模拟调节器的基础上，提出了一种新的数字化调节器方案，即基于DSP和FPGA的数字化PID调节器。论文对系统方案和电路进行了较为具体的设计，并通过测试取得了预期结果。测试证明该方案能够适合本行业时代发展的步伐，使系统电路更简单，精度更高，通用性更强。同时该方案也可用于相关领域。 本文首先分析了国内外开关电源发展的现状，以及研究数字化开关电源的意义。然后提出了数字化开关电源的总体设计框图和实现方案，并与传统的开关电源做了较为详细的比较。本论文的设计方案是采用DSP技术和FPGA技术来做数字化PID调节，通过数字化PID算法产生PWM波来控制斩波器，控制主回路。从而取代传统的模拟PID调节器，使电路更简单，精度更高，通用性更强。传统的模拟开关电源是将电流电压反馈信号做PID调节后--分立元器件构成，采用专用脉宽调制芯片实现PWM控制。电流反馈信号来自主回路的电流取样，电压反馈信号来自主回路的电压采样。再将这两个信号分别送至电流调节器和电压调节器的反相输入端，用来实现闭环控制。同时用来保证系统的稳定性及实现系统的过流过压保护、电流和电压值的显示。电压、电流的给定信号则由单片机或电位器提供。再次，文章对各个模块从理论和实际的上都做了仔细的分析和设计，并给出了具体的电路图，同时写出了软件流程图以及设计中应该注意的地方。整个系统由DSP板和ADC板组成。DSP板完成PWM生成、PID运算、环境开关量检测、环境开关量生成以及本地控制。ADC板主要完成前馈电压信号采集、负载电压信号采集、负载电流信号采集、以及对信号的一阶数字低通滤波。由于整个系统是闭环控制系统，要求采样速率相当高。本系统采用FPGA来控制ADC，这样就避免了高速采样占用系统资源的问题，减轻了DSP的负担。DSP可以将读到的ADC信号做PID调节，从而产生PWM波来控制逆变桥的开关速率，从而达到闭环控制的目的。 最后，对数字化开关电源和模拟开关电源做了对比测试，得出了预期结论。同时也提出了一些需要改进的地方，认为该方案在其他相关行业中可以广泛地应用。模拟控制电路因为使用许多零件而需要很大空间，这些零件的参数值还会随着使用时间、温度和其它环境条件的改变而变动并对系统稳定性和响应能力造成负面影响。数字电源则刚好相反，同时数字控制还能让硬件频繁重复使用、加快上市时间以及减少开发成本与风险。在当前对产品要求体积小、智能化、共通化、精度高和稳定度好等前提条件下，数字化开关电源有着广阔的发展空间。本系统来基本上达到了设计要求。能够满足较高精度的设计要求。但对于高精度数字化电源，系统还有值得改进的地方，比如改进主控器，提高参考电压的精度，提高采样器件的精度等，都可以提高系统的精度。 本系统涉及电子、通信和测控等技术领域，将数字PID算法与电力电子技术、通信技术等有机地结合了起来。本系统的设计方案不仅可以用在电源控制器上，只要是相关的领域都可以采用。
上传时间： 2013-06-21
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