工业生产过程往往具有非线性、不确定性，难以建立精确的数学模型。应用常规的PID控制器难以达到理想的控制效果。作为的重要分支，人工神经网络具有良好的非线性映射能力和高度的并行信息处理能力，已成为非线性系统建模、辨识和控制中常用的理论和方法。其中，神经元具有很强的信息综合、学习记忆、自学习和自适应能力，可以处理那些难以用模型和规则描述的过程，将神经元与PID结合，应用到实际的控制中，可以在线调整PID的参数，使系统具有较强的抗干扰能力、自适应能力和较好的鲁棒性。 目前，人工神经网络的研究主要是神经网络的理论研究、神经网络的应用研究和神经网络的实现技术研究，这三方面是相互依赖和相互促进的关系。本文主要侧重的是神经网络的实现技术研究方面，创新性地利用FPGA嵌入式系统开发技术实现单神经元PID智能控制器的研究与设计，并将其封装成为一个专用的IP核供其他的控制系统使用。 首先，对单神经元PID智能控制器的设计原理和设计算法进行了深入的研究与分析；其次，利用MATLAB设计单神经元PID智能控制器，针对特定的被控对象，对其进行仿真实验，获得比较理想的系统输出；然后，研究基于FPGA的单神经元智能控制算法的实现，对控制器进行VHDL语言分层设计，使用Altera公司的软件QuartusⅡ6.1进行仿真实验。两个仿真实验结果表明，基于FPGA的单神经元智能控制器比MATLAB设计的单神经元PID智能控制器性能优良。 本文的设计模块主要包括权值修改模块、误差计算模块、权值产生模块和输出模块。在各个模块的设计中进行了优化处理，使本文的设计不仅利用的硬件资源少，而且也有很快的运行速度，同时也改善了传统控制器的控制性能。
上传时间： 2013-04-24
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本研究针对目标识别等系统中由于载机转动而使目标图像发生旋转，给测量及人眼观察带来的影响，因此需要对目标图像进行实时的反旋转处理，对目前出现的消像旋技术进行分析和比较，选择从电子学消旋方法出发，研究图像消像旋的方法，并给出了基于FPGA的实时消像旋系统的完整结构和相应的算法设计。 本文在对电子图像消旋原理的深入分析的基础上，设计并利用Visual C++6.0软件仿真实现了一种优化的快速旋转算法，再利用后插值处理保证了图像的质量；构建了以ACEX EP1K100为核心的数字图像实时消像旋系统，利用VHDL硬件描述语言实现了整个消像旋算法的FPGA设计。该系统利用高速相机和Camera Link接口传输图像，提高了系统的运行速度。利用QuartusII和Matlab软件对整个算法设计进行混合仿真实验。实验结果表明，该系统能够成功地对采集到的灰度图像进行消像旋处理，旋转后的图像清晰稳定，像素误差小于一个像素，而且对于视频信号只有一帧的延时不到20ms，达到系统参数要求。
上传时间： 2013-07-04
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人脸识别技术继指纹识别、虹膜识别以及声音识别等生物识别技术之后，以其独特的方便、经济及准确性而越来越受到世人的瞩目。作为人脸识别系统的重要环节—人脸检测，随着研究的深入和应用的扩大，在视频会议、图像检索、出入口控制以及智能人机交互等领域有着重要的应用前景，发展速度异常迅猛。 FPGA的制造技术不断发展，它的功能、应用和可靠性逐渐增加，在各个行业也显现出自身的优势。FPGA允许用户根据自己的需要来建立自己的模块，为用户的升级和改进留下广阔的空间。并且速度更高，密度也更大，其设计方法的灵活性降低了整个系统的开发成本，FPGA 设计成为电子自动化设计行业不可缺少的方法。 本文从人脸检测算法入手，总结基于FPGA上的嵌入式系统设计方法，使用IBM的Coreconnect挂接自定义模块技术。经过训练分类器、定点化、以及硬件加速等方法后，能够使人脸检测系统在基于Xilinx的Virtex II Pro开发板上平台上，达到实时的检测效果。本文工作和成果可以具体描述如下： 1. 算法分析：对于人脸检测算法，首先确保的是检测率的准确性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一种基于Adaboost算法的人脸检测方法。算法中较多的是积分图的特征值计算，这便于进一步的硬件设计。同时对检测算法进行耗时分析确定运行速度的瓶颈。 2. 软硬件功能划分：这一步考虑市场可以提供的资源状况，又要考虑系统成本、开发时间等诸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro开发板，在上面有可以供利用的Power PC处理器、可扩展的存储器、I/O接口、总线及数据通道等，通过分析可以对算法进行细致的划分，实现需要加速的模块。 3. 定点化：在Adaboost算法中，需要进行大量的浮点计算。这里采用的方法是直接对数据位进行操作它提取指数和尾数，然后对尾数执行移位操作。 4. 改进检测用的级联分类器的训练，提出可以迅速提高分类能力、特征数量大大减小的一种训练方法。 5. 最后对系统的整体进行了验证。实验表明，在视频输入输出接入的同时，人脸检测能够达到17fps的检测速度，并且获得了很好的检测率以及较低的误检率。
上传时间： 2013-07-01
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快速傅立叶变换(FFT)是数字信号处理中的重要内容之一，是很多信号处理过程中的核心算法。本文先总结了快速傅立叶变换的一些常用算法，并综合种种因素，采用了基2按频率抽取算法作为实现算法，然后将以现场可编程门阵列(FPGA)和以DSP处理器这两种实现数字信号处理的方式进行了比较，指出了各自的优点和不足之处。最后以FPGA芯片XCS200为硬件平台，以ISE6为软件平台，利用VHDL语言描述的方式实现了512点16Bit复数的快速傅立叶变换系统，并进行了仿真、综合等工作。仿真结果表明其计算结果达到了一定的精度，运行速度可以满足一般实时信号处理的要求。
上传时间： 2013-06-08
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本文研究特种LCD的图像处理方法和FPGA实现方案，并研制出基于FPGA的若干实际应用系统，有效地解决目前存在的问题。本文主要研究内容为： (1)给出一种基于彩色空间变换的色彩调整方法，在YCrCb空间内实现亮度和色度分离，避免了RGB空间两者同时变化造成偏色和失真的现象，并在FPGA内采用流水线结构改进3阶矩阵运算的逻辑结构，节省出2/3的逻辑资源，提高了模块的最高运行速度。 (2)研究利用FPGA实现图像实时缩放处理的方法，选择能够满足特种LCD要求的双线性插值法作为研究对象，实时计算插值系数dx和dy，并采用流水线结构进行插值计算，仅使用FPGA中的3个双端口RAM来缓冲图像数据，没有外扩大容量帧存储器，降低了成本，提高特种LCD的系统兼容性。 (3)设计一种针对特种LCD更为简捷、有效的隔行转逐行扫描的实现方案，即利用图像实时缩放的方法，把一场图像缩放到LCD的分辨率，实现复合视频图像在LCD的“满屏”显示，改善现有特种LCD在显示隔行扫描的复合视频信号时，遇到图像信息丢失或显示效果不佳的问题。 (4)设计出一种基于字符和位图的数字OSD控制核，合理使用分布式RAM和块RAM两种逻辑资源来存储字符和位图信息，OSD图像由数字逻辑自动合成，编程简单灵活，使特种LCD的参数调整更加方便。 (5)研制成功基于FPGA的特种LCD显示控制板，能显示三种分辨率640×480，800×600，1024×768的图像信号；支持宽范围的亮度、对比度、显示位置等参数的实时调整，并提供全功能的透明OSD菜单进行指示。 (6)研制成功基于FPGA的特种LCD图像调节板，用于对某型号机载特种LCD进行改造，增加宽范围的亮度、对比度、图像显示位置的实时调整功能，提供无信号输入检测与OSD指示功能，提高图像显示的性能，通过了环境温度试验与性能测试，并已装机。 (7)研制成功基于DSP和FPGA的图像采集显示板，实现了对全分辨率复合视频信号进行25帧/秒的实时采集和显示，在DSP内使用“三帧”轮换的图像数据缓冲方法提高了系统的实时处理能力，使之能够完成一定复杂度的实时图像处理。
上传时间： 2013-06-12
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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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自1887年美国奥梯斯公司制造出世界上第一台电梯以来，电梯作为一种垂直运动的升降设备，已日益成为人们生活中一项不可缺少的生活工具。随着经济的发展，高层建筑的不断涌现，电梯的功能与种类也随之而多样化，同时也对电梯的稳定性、安全性、舒适性、运行效率提出了更高的要求。 电梯控制系统是电梯技术的核心，它将电梯的各机械部件有机的组合起来，实现了电梯复杂的功能与稳定有效的运行。随着电子技术日新月异的发展，电梯控制系统经历了继电器控制、可编程逻辑控制(PLC)、智能微机控制的发展历程。本文在总结了当前电梯控制系统的基础上，设计了一套基于ARM技术与工业现场总线CAN(控制器局域网)的嵌入式集选型电梯控制系统。该控制系统采用变频变压调速方式，可与多款变频器相结合，并可匹配有齿轮曳引机和无齿轮永磁同步曳引机，适用于最高楼层为64层、4m/s以下电梯控制。该控制系统目前已成功应用在某电梯生厂家的国内、南非等电梯项目中。 论文阐述了本电梯控制系统的控制策略，详细介绍了以ARM7芯片LPC2378为核心的电梯主控制器的硬件结构及其软件设计。曳引机的速度控制是电梯控制技术的关键，因此为提高电梯运行时的舒适感与运行效率，文中建立了电梯运行速度曲线的数学模型，提出了根据设定时间参数与楼层间距自动生成速度曲线的计算方法。为优化电梯起动时的舒适感，论文还讨论了模糊控制技术在负载补偿中的应用。此外，本文在深入阐述CANOPEN协议原理的基础上，完成了基于CANOPEN的应用层协议设计，实现了电梯控制系统各控制器(主控制器、楼层控制器、轿厢控制器)之间实时、可靠的通信。
上传时间： 2013-07-20
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机械手是自动装配生产线上必不可少的设备，它可以模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配等工作。在减轻人的劳动强度和提高装配质量和在恶劣环境下作业等方面，起到了积极的作用。嵌入式系统是近年来发展起来的以应用为中心并且软硬件可裁剪的实时系统，它的特点是高度自动化，响应速度快等，非常适合于要求实时的和多任务的场合。 本文分析了机械手控制系统的功能要求，研究设计了一种基于ARM和DSP的机械手数控系统的方案。嵌入式ARM处理器，具有运行速度快、功耗低、程序设计灵活、外围硬件资源丰富等优点，但其很难在处理大数据量、复杂算法时保证系统的灵活性和实时性。DSP作为数字信号处理的核心器件，能够实时快速的完成控制算法运算，由于DSP普通输入输出口的高低电平变化周期最快只能到1微秒左右，不适合高速输入输出；FPGA芯片高速输入输出数据，时间可缩短至几十纳秒。另外利用FPGA可以方便的实现各种接口的逻辑时序，丰富的接口使得该系统能够方便的进行移植，扩展了该系统的应用领域，从而提升了其性价比，通过ARM处理器和DSP以及FPGA技术的有机结合，发挥各自的优势，使系统具有程序设计灵活、以太网通信、大容量存储、高速数据输出、可移植等特点，既满足高速机械手自动控制的要求，同时又具有一定的通用性。 通过本课题实践表明，基于ARM和DSP构建嵌入式数控系统的应用方案全可行、合理，同传统的人机交互系统设计相比，能大量地减轻研发任务，提高发速度，能够在短时间内得到控制性能优秀的数控系统。
上传时间： 2013-06-11
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机械手是自动装配生产线上必不可少的设备，它可以模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配等工作。在减轻人的劳动强度、提高装配质量和提高装配效率等方面，起到了积极的作用。本文基于ARM和FPGA嵌入式系统，开展了机械手控制系统的研发工作，实现了机械手的自动控制。 嵌入式ARM处理器，具有运行速度快、功耗低、程序设计灵活、外围硬件资源丰富等优点，但其普通输入输出口的高低电平变化周期最快只能到1微妙左右，不适合高速输入输出；FPGA芯片高速输入输出数据，时间可缩短至几十纳秒。通过ARM处理器和FPGA技术的有机结合，发挥各自的优势，使系统具有程序设计灵活、以太网通信、大容量存储、高速数据输山、低成本等特点，满足高速机械手自动控制的要求。 本文分析了ARM和FPGA系统，以及机械手控制系统的功能要求；设计硬件模块、接口电路；阐述了系统软件的设计过程，包括启动代码U—BOOT、操作系统μCLinux的移植；并介绍了如何利用便件描述语言VHDL来实现机械手逻辑控制。
上传时间： 2013-04-24
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语音识别技术是信息技术领域的重要发展方向之一,小词汇量非特定人孤立词语音识别是语音识别领域中一个具有广泛应用背景的分支,在家电遥控、智能玩具、人机交互等领域有着重要的应用价值.语音识别芯片从20世纪90年代开始出现,目前的语音识别芯片都是以DSP为核心集成的语音识别系统,算法主要通过软件实现,为了提高速度和降低成本,下一代语音识别芯片将设计成软硬件协同实现,本文的目的是使用全硬件方法实现语音识别算法,为软硬件协同实现的方案提供参考.本论文主要完成了以下工作:(1)在选定的FPGA平台上,完成了整个系统的硬件设计.(2)对于硬件中难于实现而且占用较多资源的乘法器、求对数、求平方根以及快速傅立叶变换等关键模块,本文都根据电路的具体特点,给出了巧妙的实现方案,完成了算法需要的功能.(3)设计中使用了模块复用和流水线技术.(4)根据设计结果,给出了各个模块占用的硬件资源和运行速度.实验结果表明,本文所设计的硬件系统能够正常工作,在速度和面积方面都达到了设计要求.
上传时间： 2013-06-12
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