随着计算机和自动化测量技术的日益发展，测量仪器和计算机的关系日益密切。计算机的很多成果很快就应用到测量和仪器领域，与计算机相结合已经成为测量仪器和自动测试系统发展的必然趋势。高度集成的现场可编程门阵列（FPGA）是超大规模集成电路和计算机辅助设计技术发展的结果，由于FPGA器件具备集成度高、体积小、可以利用基于计算机的开发平台，用编写软件的方法来实现专门硬件的功能等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性。 本文研究基于网络的高速数据采集系统的设计与实现问题。论文完成了以FPGA结构为系统硬件平台，uClinux为核心的系统的软件平台设计，进行信号的采集和远程网络监测的功能。 论文从软硬件两方面入手，阐述了基于FPGA器件进行数据采集的硬件系统设计方法，以及基于uClinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。 硬件方面，FPGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述语言在Xilinx公司提供的ISE辅助设计软件中实现FPGA编程。将微处理器MicroBlaze、数据存储器、程序存储器、以太网控制器、数模转换控制器等数字逻辑电路通过CoreConnect技术用OPB总线集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC设计的突出优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。 软件方面，为了更好更有效地管理和拓展系统功能，移植了uClinux到MicroBlaze软处理器上，设计实现了平台上的ADC设备驱动程序和数据采集应用程序。并通过修订内核，实现了利用以太网TCP/IP协议来访问数据采集程序获得的数据。
上传时间： 2013-05-23
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随着社会的发展，人们对电力需求特别是电能质量的要求越来越高。但由于非线性负荷大量使用，却带来了严重的电力谐波污染，给电力系统安全、稳定、高效运行带来严重影响，给供用电设备造成危害。如何最大限度的减少谐波造成的危害，是目前电力系统领域极为关注的问题。谐波检测是谐波研究中重要分支，是解决其它相关谐波问题的基础。因此，对谐波的检测和研究，具有重要的理论意义和实用价值。 目前使用的电力系统谐波检测装置，大多基于微处理器设计。微处理器是作为整个系统的核心，它的性能高低直接决定了产品性能的好坏。而这种微处理器为主体构成的应用系统，存在效率低、资源利用率低、程序指针易受干扰等缺点。由于微电子技术的发展，特别是专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)设计技术的发展，使得设计电力系统谐波检测专用的集成电路成为可能，同时为谐波检测装置的硬件设计提供了一个新的发展途径。本文目标就是设计电力系统谐波检测专用集成电路，从而可以实现对电力系统谐波的高精度检测。采用专用集成电路进行谐波检测装置的硬件设计，具有体积小，速度快，可靠性高等优点，由于应用范围广，需求量大，电力系统谐波检测专用集成电路具有很好的应用前景。 本文首先介绍了国内外现行谐波检测标准，调研了电力系统谐波检测的发展趋势；随后根据装置的功能需求，特别是依据其中谐波检测国标参数的测量算法，为系统选定了基于FPGA的SOPC设计方案。 本文分析了电力系统谐波检测专用集成电路的功能模型，对专用集成电路进行了模块划分。定义了各模块的功能，并研究了模块间的连接方式，给出了谐波检测专用集成电路的并行结构。设计了基于FPGA的谐波检测专用集成电路设计和验证的硬件平台。配合专用集成电路的电子设计自动化(EDA)工具构建了智能监控单元专用集成电路的开发环境。 在进行FPGA具体设计时，根据待实现功能的不同特点，分为用户逻辑区域和Nios处理器模块两个部分。用户逻辑区域控制A/D转换器进行模拟信号的采样，并对采样得到的数字量进行谐波分析等运算。然后将结果存入片内的双口RAM中，等待Nios处理器的访问。Nios处理器对数据处理模块的结果进一步处理，得到其各自对应的最终值，并将结果通过串行通信接口发送给上位机。 最后，对设计实体进行了整体的编译、综合与优化工作，并通过逻辑分析仪对设计进行了验证。在实验室条件下，对监测指标的运算结果进行了实验测量，实验结果表明该监测装置满足了电力系统谐波检测的总体要求。
上传时间： 2013-04-24
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温湿度是影响粮食储藏的重要参数，两者之间是相互关联的，温湿度控制不好必然引起粮食发热和霉变，且极易产生连锁反应，从而造成难以挽回的损失。温湿度的控制直接影响到粮食存储系统的性能。冈此，粮食温湿度测控技术在农业上的应用是十分重要的。本文研究基于FPGA的粮仓温湿度监制系统。 设计了基于FPGA的粮仓温湿度监控系统，该系统主要由温湿度传感器、控制电路、单片机和上位机构成。单片机主要完成温度数据的采集和上位机的通讯；控制电路基于FPGA进行设计，主要负责采集湿度信息，计算温湿度偏差及其变化率，通过调用模糊控制算法对温湿度进行模糊控制，单片机通过RS485总线和上位机进行串口通信，使上位机能够实时记录，显示温湿度变化值和控制过程曲线。该系统实现了粮仓内温湿度的实时监测，使管理人员可以实时掌控粮仓内的温湿度情况。 采用FPGA设计控制电路简化了系统的组成和外围数字电路，易于系统扩展和升级，内部集成了信号处理、控制、检测电路，减少了系统的体积，缩短了开发周期，大大增强了系统的可靠性；配合功率驱动、电源等外围电路，完成信号采集、处理和控制等功能，节省了开发成本，使粮仓温湿度控制系统更加集成化。这也恰恰更加符合当今电子产品高精度，集成化的要求。 系统采用直接输出数字量的DS1820温度传感器和湿度传感器HS1101并将HS1101与555定时器组成振荡电路，其输出为频率脉冲信号，与湿度值成线性关系，该频率脉冲信号可直接送入FPGA进行计数，这样温湿度传感器输出的信号都没有经过放大、A/D转换，进一步减少了测量误差。控制电路采用了VHDL硬件描述语言进行编写。本装置已作出实样，通过了调试，已达到预期效果。
上传时间： 2013-06-16
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当前我国正处在从模拟电视系统向数字电视系统的转型期，数字电视用户数量激增，其趋势是在未来的几年内数字电视将迅速普及。在应用逐渐广泛的数字电视系统中，监控数字电视服务正成为一种越来越迫切的需要。然而，目前对于数字电视并没有合适的监测仪器，因此无法及时方便地诊断出现问题的信号以及隔离需要维修的数字化设备。通常只有当电视屏幕上的图像消失时我们才知道数字信号系统出了问题。几乎没有任何线索可以用来找到问题的所在或原因，码流分析仪器在这种情况下应运而生。目前在数字电视系统的前端，通过监控了解数字视频广播(DVB)信号和服务的状况从而采取措施比通过观众的反映而采取措施要主动和及时得多。传输流(TS)的测试设备可使技术人员分析码流的内部情况，它们在决定未来服务质量和客户满意度方面将扮演更重要的角色。 本文着重研究了在DVB广播电视系统中，DVB-ASI信号的解码、MPEG-2TS的实时检错原理和基于现场可编辑门阵列(FPGA)的实现方法。文章首先阐述了数字电视系统的一些基本概念，介绍了MPEG-2/DVB标准、ETR101 290标准、异步串行接口(ASI)。然后介绍了FPGA的基本概念与开发FPGA所使用的软件工具。最后根据DVB-ASI接收系统的解码规则与MPEG-2TS码流的结构提出了一套基于FPGA的MPEG-2TS码流实时分析与检测系统设计方案并予以了实现。 在本系统中，FPGA起着核心的作用，主要完成DVB-ASI的解码、MPEG-2TS码流检错、以及数字电视节目专有信息(PSI)提取等功能。本文实现的系统与传统的码流分析仪相比具有集成度较高、易扩展、便于携带、稳定性好、性价比高等优点。
上传时间： 2013-06-04
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工程机械监控系统是利用计算机技术、现场总线技术、无线通信技术以及卫星定位技术对工程机械的运行状态、位置等进行监测，是一个既复杂又庞大的系统，涉及的领域广，而且由于其工作环境的特殊性，对系统的安全性、稳定性要求特别高。现在随着嵌入式技术的不断成熟与发展，高可靠性、小型化、人性化、网络化和智能化将是其发展方向。 本文采用底层单元控制系统、车载监控系统和远程监控系统三级网络总体结构，对起重机底层安全控制单元进行监控。在底层单元中引入CAN总线，研究基于CAN总线协议的Hilon A协议实现底层各单元的通信。中间层以S3C2410和Linux为核心，融合嵌入式技术，开发Qt.Embedded界面，对实时采集起重机的吊重、风速、仰角信号状态参数，以及通过计算比较判断是否发生异常的状态进行显示。最后研究了GPRS网络，完成远程数据传输和远程终端监控的通讯。 文中详细介绍了系统的各部分硬件设计，结合硬件平台实现了Linux操作系统的移植、引导加载程序BootLoader，构建了根文件系统。结合Linux操作系统平台，实现了CAN总线通信、GPRS通讯、PPP脚本拨号、Socket网络编程、LCD帧缓冲显示设备Framebuffer、触摸屏、A/D转换器驱动程序的开发，并通过嵌入式图形用户Qt/Embedded在嵌入式Linux平台上的移植，开发了友好的人机交互界面。
上传时间： 2013-06-30
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生物发酵作为现代生物技术工业的重要组成部分，已被广泛用于食品、制药等各个领域，并显示出良好的发展前景和巨大的市场潜力。但由于生物发酵过程是一种复杂的生化反应过程，控制变量众多且相互关联度较大，采用传统控制方法难以实现有效控制。 因此，本文根据生物发酵的流程特点和当今国内市场的切实需要，在总结国内外相关研究的基础上，针对非线性、时变、大滞后的发酵过程，将智能控制技术融入到了生物发酵控制系统中，主要对发酵过程中的温度、PH值的控制算法进行研究，分别设计了仿人智能模糊PID控制和仿人智能模糊控制，模拟仿真和实验分析表明，控制效果优于传统算法。 基于32位ARM架构的嵌入式微处理器以其高性能、低功耗、低成本的优势，得到了很好的推广，同时国内微电子与嵌入式技术得到了迅速发展。鉴于此背景，本系统现场控制的下位机的硬件平台采用基于S3C2410的处理器，软件设计中采用了嵌入式Linux系统。同时采用了集散控制技术，实现一台上位机可以同时与多台下位机的数据通讯和远程监控，且下位机可以脱离上位计算机单独对各种参数进行控制。 本文的工作重点主要包括：主要参数测量与控制、发酵过程系统的总体设计、嵌入式系统的设计。本发酵控制系统对发酵过程进行实时监测、优化操作，不仅能避免人工操作的不确定因素，提高自动化水平，而且能够对发酵过程中主要参数进行有效控制，具有重要的现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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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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旅客列车是人们出行的重要交通工具之一，随着我国国民经济的发展，信息化时代的到来，车辆能否安全运行已经成为人们关注的焦点。在高速状态下列车车辆能否安全地停下来是安全运行的一个关键，在车辆方面上就是解决制动问题。在这样的前提下，对车辆制动系统的研究就显得必然和重要。 本次设计的任务是实时监测列车车辆的运行速度，并根据车辆制动状态，自动控制车辆的制动系统，实现车辆的制动安全防护。所以本次设计设计了一种基于ARM——高性能嵌入式微处理器、CPLD——新型高性能可编程逻辑器件、CAN总线——有效支持分布/实时控制的串行通信网络和μC/OS-II操作系统的车辆制动自动监控系统。文中介绍了车辆制动控制原理、对系统进行了总体的方案设计，介绍了嵌入式系统开发的原理及设计方法，着重讲解了以Samsung公司32位嵌入式微处理器S3C44BOX为核心的系统软硬件设计方案，并开发了基于μC/OS-II操作系统的应用程序。 应用程序模块主要包括远程通讯模块、数据采集模块、数据处理与传输模块、部件寿命记录模块、故障参数监视和报警模块。远程通讯模块将车辆制动状态以CAN总线的通讯方式上传给机车控制室主机；数据采集模块由具有高速逻辑处理能力的CPLD自动实现数据采集及电平转换，ARM控制数据采集的启动和采集结束后对数据的处理或传输；在部件寿命记录模块中电磁阀的动作次数、通电使用时间和总时间以及各传感器的通电时间和使用总时间可每隔一段时间记录下来，掉电后也不会丢失，可以作为故障发生、诊断、排除和维护的数据依据。 在实验室及模拟实验台上经过多次软、硬件结合的调试改进过程，本次设计基本上实现了车辆制动自动监控系统的功能，制动缸压力的控制特性及控制精度得到了有效的提高，在实验室调试中实现了车辆制动系统的故障检测和报警及部件的寿命记录等功能，验证了设计方案的可行性及合理性，达到了预期的设计效果。
上传时间： 2013-07-17
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海洋台站自动观测系统是一套应用于海滨观测的仪器设备，负责对气象、水文参数进行实时观测。诸多的参数通过相应的传感器进行测量，海洋台站自动观测系统对测量的信息进行汇总，再将其通过有线或无线的通讯方式传输到各级海洋环境监测预报中心，供天气预报和海洋预报使用。 本文以我国“海洋台站自动观测系统政府采购计划”为背景，重点设计了低成本、低功耗、高性能、高可靠性的新型海洋台站自动观测系统。本课题主要研究基于arm7+uClinux海洋台站自动观测系统的设计与开发。根据实际的需要，分析海洋台站自动观测系统的整体要求，对传感器进行选型，进行方案设计，完成整个系统的搭建。为了降低系统功耗，CPU所采用的是Samsung公司推出的无内存管理单元的处理器S3C44BO，设计了8MFLASH、64MSDRAM、液晶、USB以及键盘等相关电路。同时，为了减少驱动开发所带来的不便，使用TL16C554A对串口电路进行了扩展，便于数据处理，也使得系统具有更好的可扩展性。软件方面设计主要涉及了BootLoader引导装载程序的建立，选用uClinux操作系统，并对其内核进行配置和裁剪，添加源代码中没有的驱动程序。为了缩短研发周期和降低开发难度，选用MiniGUI作为图形用户界面系统，深入分析了MiniGUI的结构、原理，并将其移植到uClinux系统中。本系统采用的是MiniGUI－Threads多线程模式，主线程协调各个线程进行相应的数据处理。为了使系统操作变得直观、简单，对用户界面进行了初步设计，使用复用I/O的方法解决多串口通讯容易造成的数据阻塞问题。此外，为了更好的将台站所测得的信息量发送给海洋环境监测预报中心，需要完善通讯协议以便于数据交换。 最后，根据本系统实际研究开发结果，总结分析了系统的特点，并对下一步设计工作进行了展望。
上传时间： 2013-07-12
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本文提出的煤矿安全系统由基站、基站控制器、控制中心和安全信息终端组成。本系统能够实时动态监测瓦斯等有害气体浓度，能够人机联防监测矿道中可能存在的安全隐患。井下采用CAN有线网络和Zigbee无线网络相结合的混合组网方式，通过矿工携带的安全信息终端使监测网延伸到每个采掘工作面，实现动态跟踪。控制中心通过友好的人机界面可以查看瓦斯浓度、温度、湿度的最新数据与历史数据，还可以查看报警记录，并把这些数据以曲线图的形式直观的显示出来。 基站和基站控制器是以ARM系列LPC2119微处理器为核心设计的，完成安全信息终端和控制中心之间的通信任务。基站和安全信息终端采用了基于Zigbee技术的SZ05系列嵌入式无线收发模块进行组网通信，采用MC14LC5480语音芯片实现系统的语音功能，基于LPC2119内置的CAN控制器辅以P82C250收发器实现多基站间的网络连接。基站控制器通过CAN总线与基站组网通信，监测基站工作状态，协调各基站与移动终端之间的信息传输，通过RS232与控制中心PC机进行信息交互。在此硬件平台的基础上，给出了基于LPC2119微处理器下的软件设计过程，包括初始化、无线通信模块的通信协议制定和通信程序设计、语音功能的软件设计及编程、基站和基站控制器的通信协议制定和主程序设计、系统监控程序设计及控制中心PC机端人机界面设计等。 经多次调试，实现了控制中心PC机接收安全信息终端检测的环境参数数据并判断瓦斯浓度是否超限，还实现了通过人机界面查询数据、查看曲线图以及发送命令等。
上传时间： 2013-07-14
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