在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力系统的安全稳定运行提出了更高、更严格的要求。距离保护作为线路保护的基本组成部分，其工作特性对电力系统的安全稳定运行有着直接和重要的影响。为了适应现代超高压电网稳定运行的要求，微机保护装置在硬件和软件上都提出了越来越高的要求。 高速数字信号处理芯片（DSP）技术的发展，为开发一种速度快、处理能力强的微机保护系统奠定了基础。在这样的背景下，我们采用DSP芯片和ARM处理器，设计了一个并列式双处理器微机保护系统。该系统采用一个DSP芯片负责控制数据采集、采样数据处理，实现保护功能。ARM微处理器承担人机接口管理，通过串行通信方式实现与DSP端口之间的数据通信，丰富的通讯接口，使得与上位机的通讯、下载程序定值灵活方便。新的微机保护装置不断推出，投入运行的微机保护装置不允许用来进行试验、培训，该装置还可作为试验教学系统，供学生学习认识微机保护装置的内部结构，并可自行设计保护算法、编制程序，通过上位机下载到实验装置，完成相应保护功能的测试。 本文实现了微机保护方案的整体软硬件设计，内容包括DSP2812微处理器芯片，ARM7微处理器LPC2220芯片，开关量输入／输出电路、数据采集电路、通讯和网络接口电路、人机界面的显示板电路，文中对各部分电路的功能、特点以及器件的选择、引脚连接进行了详细介绍。系统采用模块化设计，采用双CPU并行处理模式，针对基于LPC2220微处理器的监控管理系统，完成了最小系统设计，详细完成了启动电路的设计。 本文初步设计了人机操作界面，给出了软件设计的流程图，将实时操作系统μC/OS-Ⅱ与模块化硬件设计相结合，共同构成一个可以重复利用的软硬件数字系统平台，除了可以最大限度地提高开发的效率、减少资源的浪费外，还可以通过长期对于该平台的研究，逐步优化平台软硬件资源，提高其性能，并满足日益复杂的应用需求。
上传时间： 2013-04-24
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目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-21
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经济的快速发展使得人们越来越注重生活质量，对于有害气体的检测成为人们的迫切要求，我国气敏传感器发展迅速，但由于气敏传感器的高阻值特性及接口电路复杂等原因，气敏传感器测量装置发展缓慢。在了解气敏传感器的气敏机理及气敏传感器的工作原理的前提下，设计了一种新型的气体浓度测量装置，并将采集到的信号处理后通过无线传输设备传送。该装置以ARM7为内核的LPC2131 作为微处理器，利用其强大的数据计算处理能力及控制能力,设计出了显示气体浓度值的测量电路。此外由于因LPC2131 内部集成了多种硬件电路接口，有效地降低了成本，减小了装置体积。 在无线传输部分，采用挪威Nordic公司的单片射频收发器nRF403，nRF403工作在433或315MHz国际上通用的ISM频段,双工作频段可以自由切换,FSK 调制解调,采用直接数字合成DSS和锁相环稳频PLL 进行频率合成,频率稳定性好,发射数据时无方向性要求,在高速移动和振动等情况有抗干扰能力。本测量装置的设计主要包括硬件和软件两大部分。硬件部分由四部分组成：数据采集电路、ARM系统模块电路设计、无线收发电路模块、显示模块组成。软件部分的设计包括：通道选择程序设计、A/D转换程序设计、信号处理程序（算法）、无线收发程序、液晶模块程序设计、以及PC端应用程序设计。经过实际的测量，本装置可对外界气体浓度进行准确的测量，精度保持误差在1.5％以内。本装置具有高灵敏度、小型、简单、低耗等优点。
上传时间： 2013-04-24
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ASIC对产品成本和灵活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有较高的灵活性和较低的成本,然而抗干扰性和可靠性相对较低,运算速度也受到限制.常规ASIC的硬件具有速度优势和较高的可靠性及抗干扰能力,然而不是灵活性较差,就是成本较高.与传统硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的场可编程门阵列(FPGA)的出现,使建立在可再配置硬件基础上的进化硬件(EHW)成为智能硬件电路设计的一种新方法.作为进化算法和可编程器件技术相结合的产物,可重构FPGA的研究属于EHW的研究范畴,是研究EHW的一种具体的实现方法.论文认为面向分类的专用类可重构FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重构电路粒度划分的针对性更强、设计更易实现.论文研究的可重构FPGA的BCH通讯纠错码进化电路是一类ASR-FPGA电路的具体方法,具有一定的实用价值.论文所做的工作主要包括:(1)BCH编译码电路的设计——求取实验用BCH码的生成多项式和校验多项式及其相应的矩阵并构造实验用BCH码;(2)建立基于可重构FPGA的基核——构造具有可重构特性的硬件功能单元,以此作为可重构BCH码电路的设计基础;(3)构造实现可重构BCH纠错码电路的方法——建立可重构纠错码硬件电路算法并进行实验验证;(4)在可重构纠错码电路基础上,构造进化硬件控制功能块的结构,完成各进化RLA控制模块的验证和实现.课题是将可重构BCH码的编译码电路的实现作为一类ASR-FPGA的研究目标,主要成果是根据可编程逻辑电路的特点,选择一种可编程树的电路模型,并将它作为可重构FPGA电路的基核T;通过对循环BCH纠错码的构造原理和电路结构的研究,将基核模型扩展为能满足纠错码电路需要的纠错码基本功能单元T;以T作为再划分的基本单元,对FPGA进行"格式化",使T规则排列在FPGA上,通过对T的控制端的不同配置来实现纠错码的各个功能单元;在可重构基核的基础上提出了纠错码重构电路的嵌套式GA理论模型,将嵌套式GA的染色体串作为进化硬件描述语言,通过转换为相应的VHDL语言描述以实现硬件电路;采用RLA模型的有限状态机FSM方式实现了可重构纠错码电路的EHW的各个控制功能块.在实验方面,利用Xilinx FPGA开发系统中的VHDL语言和电路图相结合的设计方法建立了循环纠错码基核单元的可重构模型,进行循环纠错BCH码的电路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片进行了FPGA实现.课题在研究模型上选取的是比较基本的BCH纠错码电路,立足于解决基于可重构FPGA核的设计的基本问题.课题的研究成果及其总结的一套ASR-FPGA进化硬件电路的设计方法对实际的进化硬件设计具有一定的实际指导意义,提出的基于专用类基核FPGA电路结构的研究方法为新型进化硬件的器件结构的设计也可提供一种借鉴.
上传时间： 2013-07-01
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我国经济的快速发展促进各行业对电力需求的飞速增长，电力需求侧管理随着电力系统管理的自动化而不断发展起来。用电现场负荷监控终端是电力需求侧管理的一个重要组成部分，它为有效利用能源、合理分配能源，鼓励用户均衡用电，实现电力需求侧科学管理提供了技术基础。 负荷监控终端利用微电子技术、电力电子技术和传感器技术对用电现场的各种电能参数进行采集和全方位监控，在电力需求侧管理中承担着重要角色。它为电力管理部门和用电企业间搭起了信息桥梁，不仅实时提供企业用电的各种信息，而且能够及时执行电力管理部门的远程命令，实现远程操作。电力管理部门向终端安排合理的用电方案，能够对企业的用电实现宏观调控，这对企业的长足发展和电力管理部门的合理调度电能有很好的推动作用。因此对负荷监控终端的研究具有重大的现实意义。 论文对目前国内外的负荷监控终端在的发展现状进行了概述，分析了负荷监控终端在国内的电力负荷管理技术中的地位和作用，以及当前负荷监控终端系统的技术水平和实现方法，在研究了终端设计多项技术的基础上，结合工程项目的要求对微处理器和操作系统进行了具体选型，设计了一种基于ARM 和μC/OS-Ⅱ的配变监控终端，在基于ARM技术的LPC2124 微处理器和外围接口芯片上，进行了终端系统的设计；实现了μCOS-Ⅱ在LPC2124MCU 上的移植；编写了基于μC/OS-Ⅱ的API 接口函数和底层硬件驱动程序；采用多任务按优先权调度的方式解决了任务处理的实时性，克服了传统前后台软件在复杂的监控终端设计中实时性差的弊端，实践证明用这种设计思想制作的配变监控终端能较好地满足工程应用实际需要。
上传时间： 2013-04-24
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在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间： 2013-04-24
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多普勒计程仪是根据声波在水中的多普勒效应原理而制成的一种精密测速和计算航程的仪器，它是船用导航设备的重要组成之一。针对于多普勒计程仪的核心问题——频率估计，本文提出了一种基于FPGA实现的多普勒测频方案，它具有抗干扰能力强、运算速度快等特点。本论文主要是围绕系统的测频方案的设计与实现展开的。 本文主要研究工作包括：设计和调试基于FPGA的多普勒测频系统的硬件电路；通过对测频算法的研究，采用VHDL语言设计和实现系统的测频算法和其它接口控制程序，并通过软件仿真，测试设计的正确性。 测频系统的硬件电路设计是本论文工作的主要部分之一，也是基于FPGA的多普勒测频系统的核心部分。整个系统以FPGA作为主处理器，完成系统中所有的数字信号处理和外围接口控制，同时，基于FPGA丰富的片内可编程逻辑资源和外部I/O资源，系统还扩展了丰富的通信接口(UART、USB和以太网接口)和显示电路(LCD和LED)，使系统便于与PC机进行数据交换和控制。 系统的软件实现是本文工作的另一重要部分。本文通过对测频算法的研究，完成了基于VHDL实现的过零检测法和FFT算法，同时也实现了对接收机信号的自动增益控制、信号采集和与计算机的通信功能等。
上传时间： 2013-04-24
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人体血液成份的无创检测是生物医学领域尚未攻克的前沿课题之一，动态光谱法在理论上克服了其它检测方法难以逾越的障碍——个体差异和测量条件对检测结果的影响。实现动态光谱检测，其关键在于采集多波长的光电容积脉搏波信号，并对其进行处理。针对动态光谱检测中信号微弱、信噪比低、处理数据量大的特点，本文设计了基于FPGA和面阵CCD摄像头的动态光谱数据采集与预处理系统，提高检测精度，采集出满足动态光谱信号提取要求的光电脉搏波；并对动态光谱频域提取法的核心算法FFT的FPGA实现进行研究。 课题提出用高灵敏度的面阵CCD摄像头替代常规光栅光谱仪中的光电接收器，实现对多波长的光电容积脉搏波的检测。结合面阵CCD的二维图像特点，采用信号累加法去除噪声，提高信号的信噪比。 创新性的提出一种不同于以往的信号累加方法——将处于同一行的视频信号在采样过程中直接累加，然后再进行传输和存储。不同于帧累加和异行累加，这种同行累加方式不但大大的提高了信号的信噪比，同时减小了数据的传输速度和传输量，降低了对存储器容量的要求，改善了动态光谱信号检测系统的性能。 针对面阵CCD摄像头输出的复合视频信号的特点，设计视频信号解调电路，得到高速、高精度的数字视频信号和准确的视频同步信号，用于后续的视频信号采集与处理。 根据动态光谱信号检测和视频信号采集的要求，选择可编程逻辑器件FPGA作为硬件平台，设计并实现了基于FPGA和面阵CCD摄像头的光电脉搏波采集与预处理系统。该系统实现了视频信号的精确定位，通过光谱信号的高速同行累加，实现了光电脉搏波信号的高精度检测。系统采用基于FPGA的Nios II嵌入式处理器系统，通过对其应用程序的开发，可靠的实现了数据的采集、传输和存储，提高了系统的集成度，降低了开发成本。 为实现动态光谱信号的频域提取，研究了基于FPGA的FFT实现方案，对各关键模块进行设计，为动态光谱信号的进一步处理打下良好的基础。 最后，通过实验证明了系统数据采集的正确性和信号预处理的可行性，得到了符合动态光谱信号提取要求的脉搏波信号。
上传时间： 2013-04-24
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一篇论文，本终端利用ARM 单片机控制GSM 模块，依托GSM 网络，采集远程设备运行数据，响应监控中心的一系列遥控命令。 文中介绍了该终端软硬件的设计与实现，给出了一种使用μC/OS-II 实现多任务操作的方法。
上传时间： 2013-06-20
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随着嵌入式技术和网络技术的发展，通过嵌入Web服务器来管理和控制设备成为嵌入式设备管理的一种发展趋势。越来越多的嵌入式系统将Web服务器引入其中，可方便有效地管理这些挂接在网络上的嵌入式设备，用户可以使用浏览器通过互联网来控制它们。本文所设计的嵌入式Web服务器就是基于HTTP协议和TCP／IP协议上的一种界面友好的Web服务器。 本文首先介绍了嵌入式Web系统的基本概念、历史和发展状况，同时阐述了设计及实现嵌入式Web服务器的关键技术和相关的理论基础。然后介绍了本系统的软硬件开发平台及其建立：选择了一款具有优秀网络性能并且开源的操作系统—uClinux，为其在宿主机上搭建开发和编译环境，并介绍了如何进行内核配置；确定使用以S3C44BOX为处理器的开发平台为系统硬件平台，并提出了嵌入式Web服务器的实现方案。本系统在boa服务器的基础上实现了动态Web技术，完成了真正的人机交互功能，用户可以通过Web浏览器监控嵌入式设备。为了实现用户对嵌入式产品数据进行更有效的管理，在基于ARM的嵌入式Web服务器中内嵌一小型数据库sqlite，用户能够借此在嵌入式产品中方便地插入、删除或修改数据，在服务器端应用程序中调用数据库提供的API函数完成服务器对数据库的访问与更新，进一步扩展嵌入式Web服务器的功能。为了使所设计的嵌入式Web服务器能动态保存少量的数据，本文对uClinux系统进行了适当的改动，实现了一个可读写的文件系统，使JFFS2文件系统在嵌入式Web服务器中得到应用。文章最后将该嵌入式Web服务器应用于智能家居管理，给出了智能家居管理数据库的设计及实现，并探讨了该嵌入式Web服务器潜在的应用前景。
上传时间： 2013-07-29
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