高精度惯性加速度计能够实现实时位移检测，在当今民用和军用系统如汽车电子、工业控制、消费电子、卫星火箭和导弹等中间具有广泛的需求。在高精度惯性加速度计中，特别需要稳定的低噪声高灵敏度接口电路。事实上，随着传感器性能的不断提高，接口电路将成为限制整个系统的主要因素。 本论文在分析差动电容式传感器工作原理的基础上，设计了针对电容式加速度计的全差分开环低噪声接口电路。前端电路检测传感器电容的变化，通过积分放大，产生正比于电容波动的电压信号。 本论文采用开关电容电路结构，使得对寄生不敏感，信号灵敏度高，容易与传感器单片集成。为了得到微重力加速度性能，设计电容式位移传感接口电路时，重点研究了噪声问题和系统建模问题。仔细分析了开环传感器中的不同噪声源，并对其中的一些进行了仿真验证。建立了接口电路寄生电容和寄生电阻模型。 为了更好的提高分辨率，降低噪声的影响如放大器失调、1/f噪声、电荷注入、时钟馈通和KT/C噪声，本论文采用了相关双采样技术（CDS）。为了限制接口电路噪声特别是热噪声，着重设计考虑了前置低噪声放大器的设计及优化。由于时钟一直导通，特别设计了低功耗弛豫振荡器，振荡频率为1．5M。为了减小传感器充电基准电压噪声，采用两级核心基准结构设计了高精度基准，电源抑制比高达90dB。 TSMC 0．18μm工艺中的3．3V电压和模型，本论文进行了spectre仿真。 关键词：MEMS；电容式加速度计；接口电路；低噪声放大器；开环检测
上传时间： 2013-05-23
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无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量传感器节点组成，这些节点部署在监测区域内通过无线通信方式，形成的一个多跳自组织的网络。整个网络的作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息，并发送给观察者，可广泛应用于环境监测、医疗护理、军事、商业等多个领域。 媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）协议处于无线传感器网络协议的物理层和路由层之间，用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响。与传统无线网络不同，提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。 本文主要阐述基于FPGA对IEEE802．15．4 MAC层功能的实现。首先介绍了无线传感器网络的体系结构、MAC协议的设计要求以及已有的MAC层协议，讨论了无线传感器网络MAC层的主要要求和功能。然后详细介绍和分析了IEEE802．15．4的MAC协议，并在此基础上，通过NS2平台对MAC层协议进行了仿真，研究不同网络负荷下信道访问机制的各个参数对吞吐量，丢包率，传输延时的影响，分析了隐蔽站问题、确认帧机制。 本文对MAC层中的主要功能，诸如数据收发、帧处理、信道接入方式以及帧检验等提出了基于FPGA的硬件解决方法。设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模块的综合和布局布线，在QuartusⅡ和Modelsim中进行时序仿真验证，最终下载到自主设计Altera公司的Cyclone开发板中。 对设计的验证采取的是由里及外的方式，先对系统主模块的功能进行验证，然后下载到与CC2430开发板相连接的FPGA中对设计进行验证测试。验证流程是功能仿真、时序仿真和板级调试，最终通过测试，验证了该设计的功能。测试结果表明，该模块能满足无线传感器网络低速率应用环境的需要，具有优良的扩展性能，达到了预期的设计目标。
上传时间： 2013-06-14
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转矩的测量对各种机械产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全和优化控制等工作有重要的意义。现有的转矩传感器一般结构复杂，制造安装困难。本文介绍了一种结构简单，测量精度高的新型转矩传感器——基于FPGA和单片机的光栅转矩传感器。 本文主要工作包括： 1、介绍了当前转矩传感器的发展现状，分析了各种类型转矩传感器的特点和存在的不足。 2、介绍了光栅转矩传感器的工作原理，将光栅输出的光电信号转换成矩形波信号，通过分析旋转轴的各种运动对光电输出信号的影响，得知两路矩形波信号的相位与扭转角的关系，从而得到系统测量方案，并推导出具体的测量计算公式。 3、构建了系统实验平台，主要由被测量主轴、光栅对机构、光电装置座三个部分构成。 4、基于现场可编程门阵列(FPGA)和单片机，完成系统硬件电路及软件设计。 5、根据动态测量数据的时变性、随机性、相关性和动态性等，研究了动态测量数据的处理方法。 6、对系统调试和实验。采取先对各个单元模块独立调试与实验的方法，对每个单元电路的性能进行分析处理，然后进行联合调试与实验，并对传感器进行标定。 7、对系统误差进行分析，并提出了改进措施。
上传时间： 2013-06-19
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随着计算机技术的飞速发展，嵌入式系统在人们的生产生活中发挥着越来越重要的作用。近年来，基于ARM处理器和μC/OS-II操作系统的嵌入式技术已经成为当前嵌入式领域的研究热点之一。 论文主要研究基于ARM7处理器和μC/OS-II操作系统的嵌入式测控平台架构，为测控系统开发提供一个方便功能扩展的软硬件环境。在此基础上，以加速度计为对象，利用嵌入式系统的丰富资源，完成对其内部温度及加速度信号的采集实例。硬件设计分为核心系统设计和数据采集控制子系统设计两部分。核心系统主要包括控制核心S3C44BOX模块、存储器模块、调试接口模块、液晶显示模块以及数控键盘模块等。完成了母板的设计与验证，并预留多种接口，增强了可扩展性。采集控制子系统作为数据采集及控制机构，主要由A/D转换芯片完成和串行通信模块，用来接收传感器传输的数据，经ARM处理器分析处理后，通过串行通讯方式与下位机通信。由于有多个下位系统，平台设计扩展了8路带高速缓冲的异步串行通信模块。最后，对各硬件模块进行总体调试，并对调试结果进行了分析。 调试结果表明，该硬件平台不仅响应速度快、成本低、可靠性好，而且具有良好的可移植性和可裁剪性，便于根据实际需求进行功能扩展和裁剪，达到了预期的设计目标。
上传时间： 2013-07-26
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抽油机井工况监测是石油生产过程中非常重要的环节，可以为油井提高泵效、高效管理提供可靠依据。随着石油工业的迅速发展，传统的人工操作远远不能满足现代化石油生产的要求。将远程监测系统应用于油井工况监测，可以降低工人劳动强度，提高生产效率和油田管理水平。针对目前已有油井工况监测系统存在的不足，本文研制出一种集计算机技术、电子技术和通信技术于一身、功能完善、可靠性高、成本低廉的抽油机井工况远程监测系统。 示功图是常用的用于判断抽油机井工作状况的方法，它是抽油机光杆在作往复运动的一个周期中，光杆相对位移与载荷的对应关系曲线。传统的利用拉线位移传感器获取位移的方式，不能实现长期连续的监测。本系统采用加速度传感器作为冲次传感器，获取每个周期的起始点，再利用拉线位移传感器对一个周期中按时间等分的点的位移进行标定，既解决了拉线位移不能长期连续监测的问题，又保证了位移的精度。 本系统由工况传感器、数据中继单元、数据中心和手持机四部分组成。安装在抽油井上的工况传感器定时获取并存储示功图数据，定时将数据发送到数据中继单元。由数据中继单元将多个工况传感器的示功图数据集中后，通过远程网络传送到数据中心。数据中心实现对所有示功图数据的存储、查询、分析和打印，并可以通过网络实现数据共享。手持机用于对工况传感器进行设置和标定，并可以现场获取示功图。 硬件电路采用低功耗设计方法，使用低电压、低功耗的基于ARM7内核的LPC2138/2148微处理器及微功率无线数传模块，将硬件电路功耗降到最低。采用SD卡作为存储器，增加了数据存储容量和数据可靠性。采用单轴加速度传感器ADXL105作为冲次传感器，具有高精度、低功耗、高可靠性的优点。CDMA模块采用基于CDMA1X数据通信网络的H7710，组成高速、永远在线、透明数据传输的数据通信网络。 软件设计遵循模块化设计思想，既考虑到各模块功能的实现，又兼顾了系统总体的协调性。本系统软件由工况传感器软件、手持机软件、数据中继单元软件及数据中心软件四部分组成。工况传感器软件、手持机软件和数据中继单元软件由ADS集成开发环境编写，并由AXD仿真调试器生成可执行代码，最后通过EasyJTAG仿真器下载到微处理器芯片中。数据中心运行于服务器/客户机工作模式，使用SQL Server数据库。数据中心处理软件由Visual Basic6．0编写，运行于Windows操作系统中。 通讯网络由无线数传网络和CDMA网络组成，工况传感器与数据中继单元组成无线数传网络，采用ISM工作频段，实现近距离无线通讯。数据中继单元作为无线数传网络的中心节点，通过CDMA网络与数据中心通信处理机相联，实现数据的远程传输。 本系统首次利用加速度传感器与拉线位移传感器相结合的方式，实现抽油井工况长期连续监测，提高了整个系统的可靠性；利用ARM单片机作为微处理器，低功耗电路设计，低功耗工作模式，延长了电池的寿命；无线数传网络与CDMA网络相结合，兼具无线数传网络与CDMA网络的优点，降低了整个系统的安装和运行费用；数据中心采用服务器/客户机工作模式，便于用户共享数据。目前该系统的各部分均经过硬件、软件及运行测试，已经在油田试运行。运行结果表明，该系统性能完善，运行可靠，安装及维护简便，取得了较好的效果。
上传时间： 2013-07-12
上传用户：ivan-mtk
洗衣机液位传感器是模糊洗衣机和全自动洗衣机重要零部件，负责控制洗衣机的水位。洗衣机水位的精确控制对洗衣机在节水、节能和减少洗涤时间方面起到重要作用。 洗衣机液位传感器出厂时需要调整传感器的调整螺母，使传感器的输出满足设计要求，传感器的调整精度和调整速度直接关系到传感器的生产质量和生产效率。 液位传感器生产厂家对传感器的调整的传统方法为人工升压、人工调整。人工调整一次只能调整一个，生产效率极低；调整过程中含有较多人为因素，调整方法因人而异，很难对调整精度进行有效管理；不能记录并反馈批次传感器的质量情况，较难实现对传感器生产质量的监控；工人的培养周期较长、培养成本高。 为此开发一套液位传感器自动检验调整系统。该系统以PC机作为核心的上位机和16个以ARM为核心的下位机，上位机负责协调整个系统工作、气室气压控制、记录和处理调整数据。下位机是一个测控系统，负责对传感器测量和调整。上位机与下位机通过CAN总线通信。 论文介绍了液位传感器的原理；介绍了基于PC机的气室气压控制模块的设计并针对系统特点设计了改进PID算法；对于下位机部分，研制了ARM主控模块、测频模块、步进电机控制模块、CAN总线模块并设计了新的测频方法、以及传感器调整算法。最后介绍了系统的自检与调试。 系统一次能调整16个传感器，生产效率大大提高；自动调整排除人工调整的人为因素，调整精度提高；PC机能记录传感器的调整数据，分析批次传感器的质量，从而达到对传感器生产质量的控制。
上传时间： 2013-07-19
上传用户：heart520beat
无线传感器网络是一项融合计算机技术、半导体技术、通信技术、传感器技术等的新兴技术，它在军事、工业、农业、建筑、医疗、交通等各个领域均有广阔的应用前景。无线传感器网络中包含众多关键技术，因此需要一种功能强大的节点支持网络的正常运行，为用户提供多功能的服务。 目前无线传感器网络节点的硬件平台绝大部分是基于单片机实现的，它们具有有限的存储和处理能力，只能完成简单的传感器数据采集、处理和转发功能。有少部分硬件平台采用32位的处理器，但是这些平台的价格昂贵或者灵活性较差，不利于无线传感器网络的实验研究及应用的拓展。 基于上述研究现状，本文设计并实现一个基于32位ARM处理器和Linux操作系统的无线传感器网络节点。该节点具有强大的存储、处理能力，而且成本和功耗较低，能够配合不同类型的传感器节点使用，便于二次开发，对于无线传感器网络各种理论和算法的验证及实现各种应用有重大意义。论文主要分为三部分： 1、无线传感器网络节点硬件设计：在分析现有硬件平台缺点的基础上，设计本文的无线传感器网络节点硬件结构，进行硬件选型并分析各个模块的结构和硬件原理，搭建好硬件平台。 2、无线传感器网络节点软件实现：根据设计的无线传感器网络节点硬件结构分析软件应包含的内容及层次结构。由于Linux支持多种体系结构、开源等优点，因此本文选择其作为无线传感器网络节点的操作系统，并分层次地实现基于Linux的整个软件系统，包括引导程序、内核、根文件系统、驱动程序。 3、无线传感器网络节点的应用：在1、2部分完成的基本功能上需要扩充具体的应用程序才能将该节点应用到实际环境中。这部分首先分析本文所实现的节点的几种典型应用场景，然后在该节点上实现几种常用的服务程序，最后设计并实现质心定位应用案例，展示了在此节点上可方便地实现功能扩充和特定应用开发，同时也说明了该节点强大的功能。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：wmwai1314
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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船舶机舱中集中了船上大部分的设备装置的仪表，是船舶航运的关键部分，随着网络、通讯技术以及电子制造工艺水平的快速发展，现代化船舶自动化程度越来越高，机舱的环境和自动监控水平也得到大大的提高。但由于某些仪器仪表并没有提供与计算机进行数据通信的接口，为了要实现检测自动化，需要利用数字图像处理技术来实现仪器仪表读数的高速自动识别。 传统的CCD图像采集系统具有速度慢、功能简单、体积大、功耗大等特点，不能满足日益发展的机器视觉应用的需要，尤其是在一些新型应用领域比如嵌入式视觉、智能监控方面的需要。本文利用ARM7的S3C44BOX处理器和CMOS图像传感器件设计并完成了一个数字图像采集系统。系统充分考虑了ARM技术与CMOS图像传感技术的优势及特点，把图像采集和图像处理识别功能集中在一个模块实现，具有功能丰富、处理能力强、接口灵活和扩展方便等优点。系统的特色为：构建了基于S3C44BOX的图像采集的硬件平台；研究并移植了引导程序Bootloader和操作系统uClinux；实现了实时多任务的处理，从而大幅提高系统的管理能力。 本论文研究如何使用低成本的CMOS图像传感器构建一个嵌入式图像识别系统的设计和解决方案。这种图像采集系统带图像采集、识别、存储、显示等功能，体积很小，可做在一块电路板上。除了可以做为单独的图像数据识别设备之外，也可以直接做为其它应用系统的一个智能集成部件使用。
上传时间： 2013-05-26
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基于彩色路径识别的视觉导航方法是当前自动导航小车领域的研究热点和方向。视觉导航是指根据地面路径和被控对象之间的位置偏差控制其运行的方向，因此，地面彩色路径图像的摄取及其识别处理就成为视觉导航系统中的基础和关键。在当前的视觉导航系统设计中，图像处理的硬件平台都是基于通用微处理器，嵌入式微处理器或者DSP进行设计的。这些处理器一个共同的特点就是数据串行处理，而图像处理过程涉及大量的并行处理操作，因此传统的串行处理方式满足不了图像处理的实时性要求。 鉴于微处理器这方面的不足，作者提出一种使用FPGA实现图像识别的并行处理方案，并据此设计一个智能图像传感器。该传感器采用先进的FPGA技术，将图像采集及其显示，路径的识别处理以及通信控制等模块集成在一个芯片上，形成一个片上系统(SOC)。其主要功能是对所采集的彩色路径图像进行识别处理，获得彩色路径的坐标及其方向角，并将处理结果发送给上位机，为自动导航提供控制依据。 本文将彩色路径的识别处理过程划分为三个阶段，第一阶段为颜色聚类识别，以获得二值路径图像，第二阶段为数学形态学运算，用于对第一阶段中获得的二值图像进行去斑处理，第三阶段为路径中心线的定位及其方向角的测量。图像传感器与上位机的通信采用异步串行方式，由于上位机需要控制该传感器执行多种任务，作者定义一种基于异步串行通信的应用层协议，用于上位机对传感器的控制。在图像的显示中，为了弥补图像采集的速率和VGA显示速率的不匹配，作者提出一种基于单端口存储器的图像帧缓冲机制，通过VGA接口将采集的图像实时地显示出来。 根据上述思想，作者完成了系统的硬件电路设计，并对整个系统进行了现场调试。调试结果表明，传感器系统的各个模块都能正常工作，FPGA中的数字逻辑电路能够实时地将路径从图像中准确地识别出来，.充分体现了FPGA对路径图像的高速处理优势，达到了设计预期目标，在一定程度上丰富了路径图像识别处理的技术和方法。
上传时间： 2013-04-24
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