機械手是自動裝配生產線上必不可少的設備，它可以模擬人手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡和要求，實現抓取、搬運和裝配等工作。在減輕人的勞動強度和提高裝配質量和在惡劣環(huán)境下作業(yè)等方面，起到了積極的作用。嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的以應用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統(tǒng)，它的特點是高度自動化，響應速度快等，非常適合于要求實時的和多任務的場合。 本文分析了機械手控制系統(tǒng)的功能要求，研究設計了一種基于ARM和DSP的機械手數控系統(tǒng)的方案。嵌入式ARM處理器，具有運行速度快、功耗低、程序設計靈活、外圍硬件資源豐富等優(yōu)點，但其很難在處理大數據量、復雜算法時保證系統(tǒng)的靈活性和實時性。DSP作為數字信號處理的核心器件，能夠實時快速的完成控制算法運算，由于DSP普通輸入輸出口的高低電平變化周期最快只能到1微秒左右，不適合高速輸入輸出；FPGA芯片高速輸入輸出數據，時間可縮短至幾十納秒。另外利用FPGA可以方便的實現各種接口的邏輯時序，豐富的接口使得該系統(tǒng)能夠方便的進行移植，擴展了該系統(tǒng)的應用領域，從而提升了其性價比，通過ARM處理器和DSP以及FPGA技術的有機結合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使系統(tǒng)具有程序設計靈活、以太網通信、大容量存儲、高速數據輸出、可移植等特點，既滿足高速機械手自動控制的要求，同時又具有一定的通用性。 通過本課題實踐表明，基于ARM和DSP構建嵌入式數控系統(tǒng)的應用方案全可行、合理，同傳統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)設計相比，能大量地減輕研發(fā)任務，提高發(fā)速度，能夠在短時間內得到控制性能優(yōu)秀的數控系統(tǒng)。
標簽： ARM DSP 數控 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-06-11
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UM71系列(包括ZPW-2000A)無絕緣軌道電路已成為我國鐵路的主流制式，軌道電路的正常工作對行車安全意義重大。軌道信號失真或者受到噪聲污染有可能導致鐵路信號設備錯誤動作進而發(fā)生行車事故。通過對鐵路信號做出監(jiān)測以及判斷，可以幫助信號設備維護人員對故障設備進行及時修復從而避免事故發(fā)生。 本文設計了一種基于ARM/DSP雙核結構的鐵路信號測試儀，用以幫助設備維護人員及時檢修故障設備。其中，DSP芯片選用TI公司的32位浮點處理器TMS320VC33作為信號分析與處理的核心，實現信號的解調、頻譜分析和細化處理等功能。本測試儀作為一種實時的信號檢測設備，充分利用了浮點DSP芯片高效靈活以及系統(tǒng)可裁減的特性，因而更適合于現場環(huán)境的應用。本測試儀主要針對目前使用較為廣泛的UM71、ZPW-2000A系統(tǒng)以及站內25Hz相敏軌道電路，實現對移頻信號的數字解調、區(qū)間載波頻率檢測、信號幅度檢測、站內軌道信號的相位角及其幅度檢測等功能。 本文著重分析了頻譜細化技術中的ZFFT算法在實時信號分析中的應用，采用ZFFT算法可以在保證運算效率的同時提高頻譜的分辨率。在此基礎上，本文就這種算法提出了若干改進措施并且通過MATLAB對該算法及其改進措施進行了軟件仿真。同時本文完成了基于這種算法的DSP軟件設計：為了提高系統(tǒng)實時性，DSP算法均采用匯編語言實現。理論分析和實驗表明調制頻率的分辨率可以達到0.03Hz，滿足實際應用要求。此外，本文設計了測試儀的硬件結構，主要是VC33的外圍器件及其與雙口RAMCY7C028的接口電路，以及基于這個接口電路的通信規(guī)程。
上傳時間： 2013-06-29
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本課題所研究的橫機是一種由嵌入式控制器系統(tǒng)控制的自動化程度很高的緯編針織機，主要用于針織服裝的編織制造。我國是紡織大國，橫機需求量大，自主研發(fā)全自動電腦橫機有廣泛的市場前景。 通過對橫機機械系統(tǒng)結構和原理的分析，本文提出了一種橫機控制系統(tǒng)硬件解決方案。該方案主要由主控制器、協(xié)處理器、驅動電路等三部分組成。以ARM作為主控制器，負責編織工藝和人機接口設計；以FPGA作為協(xié)處理器，執(zhí)行ARM的命令，控制后續(xù)電路動作；驅動電路主要面向橫機機械部件，并向前端電路提供硬件接口。 基于該硬件系統(tǒng)解決方案，本文繼而提出了一種新型的軟件系統(tǒng)解決方案。該方案基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)實現，主要由羅拉系統(tǒng)控制算法、驅動程序、橫機編織控制程序和圖形用戶界面等四部分組成。羅拉系統(tǒng)采用模糊控制算法，控制卷布速率；驅動程序實現ARM和FPGA的通信；橫機編織控制程序將花型文件中的數據轉換為機械部件的動作，實現整個編織過程；圖形用戶界面提供良好的人機界面，方便操作。 最后詳細介紹了整個橫機控制器系統(tǒng)的調試流程，涉及硬件調試、軟件調試和軟硬件聯(lián)合調試等。 與傳統(tǒng)電腦橫機相比，基于此設計方案的橫機技術含量較高，成本低，可移植性強，并可實現聯(lián)網控制。
標簽： Linux ARM 橫機 控制系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國有銀行向商業(yè)銀行的轉變,銀行的設備采購標準會越來越高，與此同時，銀行柜臺業(yè)務量的增加，使得老一代的銀行專用打印機無論在速度上還是在使用的方便性上都顯得力不從心，為了占領市場，公司有必要開發(fā)新型的、使用更加方便的打印機。 老一代打印機在打印存折時，柜臺工作人員要把存折放準位置，要不然打印會偏離預定位置，在打印信函時，有的冷僻字無法打印出來，軟件無法下載升級。為了加快柜臺處理速度，減小柜臺工作人員的工作量，需要開發(fā)能自動糾偏定位，字符完善的打印機。 本文在分析需求的基礎上，比較當前流行的處理器，選用Atmel公司的ARM芯片AT91M42800A作為處理核心，使用Xilin公司的20萬門的FPGA XC2S200做硬件邏輯控制，通過光電傳感器和相關的控制電路來實現自動糾偏定位。在嵌入式操作系統(tǒng)上選用Nucleus Plus，約95％的Nucleus Plus代碼用C語言編寫，因此它能很方便移植，同時它還提供全部源代碼，這樣便于開發(fā)。另外，它還只要一次性付費，這使得它有很好的成本優(yōu)勢。 文中詳細說明了本系統(tǒng)的硬件、固件的實現。在硬件上闡述了一些單元電路，包括存儲器電路，接口電路，傳感器電路等的設計思路和實現方法。通過光電傳感電路，步進電機控制和軟件結合，形成閉環(huán)控制，從而實現了快速自動糾偏定位；通過大屏幕的LCD顯示實現了操作界面的簡單化；采用大容量的存儲器以及大字庫解決了冷僻字無法打印的問題；固件部分詳細闡述了系統(tǒng)上電啟動過程，包括Bootstrap模塊和loader模塊，Bootstrap模塊主要功能是重定位存儲器，初始化基本硬件以及Loader模塊的自動在線下載升級。Loader模塊的主要功能是下載FPGA的配置代碼，初始化鍵盤和顯示器，然后調用Nucleus Plus初始化代碼，從而建立和調用任務。 本文通過總結測試結果，與老一代打印機相比，新打印機在智能化上實現了自動糾偏定位，使得打印機操作人員不需要準確放置存折，就能正確打印，提高了工作效率；在打印速度上比原系統(tǒng)提高30％，還可方便地實現軟件升級。 當然，新的打印機在存折偏移很大時，要耗費長時間才能把存折推到正確位置。這要在糾偏算法上做進一步的改進。
上傳時間： 2013-04-24
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現階段，中國的自動售貨行業(yè)蓬勃發(fā)展。作為自動服務的核心部件，基于單片機的紙幣識別系統(tǒng)已經越來越不能滿足市場需求。 本文對基于uClinux操作系統(tǒng)和S3C4510B的紙幣識別系統(tǒng)的各個方面進行了研究。研究表明，紙幣識別系統(tǒng)要求能滿足硬實時性，但uClinux操作系統(tǒng)的實時性不強。由于uClinux功能強大，免費且資源豐富，如能成功改進本紙幣識別系統(tǒng)的實時性，紙幣識別系統(tǒng)將在成本，性能和功能性等方面有更大的優(yōu)勢，所以對實時性進行改進將非常有意義。 在本紙幣識別系統(tǒng)中，紙幣特征采集子系統(tǒng)對實時性要求很高，需要滿足硬實時的要求，所以是否能滿足該子系統(tǒng)的實時性的要求，將是本紙幣識別系統(tǒng)能否很好工作的關鍵所在。通過對當前多種uClinux實時性改進方案進行了解和研究，參考了RTAI和RTLinux的工作原理，提出了基于uClinux操作系統(tǒng)和S3C4510B的紙幣識別系統(tǒng)的實時性改進方案。紙幣特征采集子系統(tǒng)主要依靠碼盤光耦產生的反饋信號生成硬件中斷，然后通過處理該中斷，實現對紙幣特征的采集。在本文提出的方案中，為了提高系統(tǒng)對硬件中斷的反應速度，避開uClinux對中斷的慢處理，在操作系統(tǒng)與硬件之間建立了一個特殊的硬件抽象層來管理中斷，并將紙幣特征采集功能與操作系統(tǒng)剝離，放入一個單獨的處理單元。通過這樣的處理，使得中斷產生時，硬件抽象層暫停uClinux操作系統(tǒng)的運行，直接將中斷交由紙幣特征采集處理單元處理，實時的完成紙幣特征數據的采集。
標簽： uClinux ARM 識別系統(tǒng) 實時性
上傳時間： 2013-05-24
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隨著現代計算機技術和互聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)成為了當前信息行業(yè)最熱門的焦點之一。ARM以其高性能低功耗的特點成為目前主流的32位嵌入式處理器而在數碼產品中廣泛使用，隨著數碼相機的普及，數碼相框產品得到推廣，數碼相框通過一個液晶的屏幕顯示數碼照片而非紙質照片，數碼相框比普通相框更靈活多變，也給現在日益使用的數碼相片一個新的展示空間。在嵌入式操作系統(tǒng)方面，uC/OS—Ⅱ憑借其小內核、多任務、豐富的系統(tǒng)服務、容易使用以及源碼公開等特點被嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者廣泛用在各種嵌入式設備開發(fā)中。uC/FS嵌入式文件系統(tǒng)由于穩(wěn)定性，可移植性以及與uC/OS—Ⅱ內核的相兼容被廣泛用在基于uC/OS—Ⅱ的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中。NAND Flash存儲器由于其大容量數據存儲、高速存取速度、易于擦除和重寫、功耗小等特點被廣泛應用于便攜式電子設備的數據存儲、嵌入式系統(tǒng)的程序存儲載體中。 本論文的硬件工作平臺是艾科公司研發(fā)的數碼相框芯片方案ARK1600，該平臺集成了嵌入式系統(tǒng)設計所需的相關硬件模塊。本論文的主要設計目標是在該平臺上實現NAND Flash存儲設備驅動的系統(tǒng)級方案，即在ARK1600平臺上通過構建uC/OS—Ⅱ操作系統(tǒng)以及uC/FS文件系統(tǒng)來實現NAND Flash設備驅動掛接。本論文是在Windows環(huán)境下通過ARM ADS實現代碼的編譯，通過Multi—ICE進行前期調試以及USB—Debug進行后期的系統(tǒng)整合調試。 本論文的主要研究工作具體涉及以下三個的方面：首先研究了ARM相關構架以及uC/OS—Ⅱ操作系統(tǒng)的特點，并在此基礎上移植uC/OS—Ⅱ操作系統(tǒng)到ARK1600平臺，分析ARK1600硬件體系結構的基礎上詳細分析了BootLoader的相關概念，并重點闡述了NAND BootLoader程序設計與實現過程；其次在文件系統(tǒng)方面，本論文成功移植uC/FS嵌入式文件系統(tǒng)到ARK1600平臺，在移植的過程中采用了動態(tài)文件緩沖區(qū)算法提高了該文件系統(tǒng)的數據傳輸效率；最后重點討論了NAND Flash驅動在ARK1600的實現，主要分析了NAND Flash的數據存儲結構，并從物理層，邏輯層和文件系統(tǒng)接口層三個方面具體分析了NAND Flash驅動程序的實現，并在NAND Flash邏輯層驅動實現時通過采用壞塊處理表算法實現了NAND的磨損均衡問題。
上傳時間： 2013-07-31
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電極壓力是電阻點焊的主要參數之一，電極壓力的恒定性、可調性對于保證焊點的質量是非常重要的，但是，目前生產中普遍使用的氣動焊槍，不具備調節(jié)電極壓力的功能。本文的目的就是研制一種新型的伺服驅動的懸掛式點焊槍，該焊槍能夠在焊接的過程中對電極壓力進行實時的調節(jié)，從而實現復雜的焊接循環(huán)，提高焊接質量。 焊槍采用伺服電機作為動力裝置，以滾珠絲杠為主要傳動機構，結構簡單緊湊，運動平穩(wěn)靈活。壓力控制系統(tǒng)采用32位的ARM微處理器作為核心，與采用傳統(tǒng)的單片機相比，系統(tǒng)的工作頻率大幅提高，硬件功能更加強大，更適合電極壓力的實時控制。此外，在系統(tǒng)中移植了uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)，并在此基礎上構建了一個分層次的、多任務的、消息機制的軟件系統(tǒng)，充分發(fā)揮了ARM的性能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性。 利用伺服焊槍進行了焊接試驗，在焊接過程中，伺服電機工作在力矩模式下，采用開環(huán)的控制方式，利用電壓信號控制電極的壓力和速度，通過驅動器的反饋信號檢測電極的壓力和位置，使用I/O口控制焊接電源。 實驗結果證明，本課題研制的伺服焊槍的機械裝置的精度和響應速度均能夠滿足焊接的需要，而且可以實現快速漸進，低速爬行，電極輕接觸，快速預壓等功能，有助于延長電極壽命和提高焊接效率。而且，使用伺服焊槍進行了低碳鋼焊接試驗，采用馬鞍形的加壓方式，與恒定壓力條件相比，焊接中飛濺大幅減少，焊點強度和塑性增加，焊接質量有明顯提高。
上傳時間： 2013-04-24
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基于刪的μC/OS-Ⅱ移植及其CAN總線應用研究流體機械及工程專業(yè)近年來，嵌入式系統(tǒng)受到科學與工程各個領域研究者的密切關注，成為研究的一個熱點。隨著嵌入式系統(tǒng)的復雜性不斷增加，嵌入式操作系統(tǒng)成為嵌入式系統(tǒng)中最重要的組成部分。在嵌入式系統(tǒng)中，μC/OS-Ⅱ憑借其結構清晰、源代碼開放和實時性好等優(yōu)勢，成了監(jiān)控系統(tǒng)等領域的技術熱點。嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ與模塊化硬件相結合，共同構成一個可以重復利用的軟硬件系統(tǒng)平臺，不但可以提高開發(fā)效率，還可以提高系統(tǒng)的可靠性和實時性，滿足日益復雜的應用需求。 在國內監(jiān)控領域中，大多采用了集散式監(jiān)控系統(tǒng)，雖然克服了集中式監(jiān)控系統(tǒng)的缺點，但還存在著效率較低，錯誤處理能力不強等缺點。而且設備的兼容性不好，系統(tǒng)實時性、可靠性也不高。采用CAN現場總線可很好的克服上述一些缺點，具有很強的抗干擾能力。CAN總線把所有掛接在總線上的智能設備聯(lián)接成網絡，構成自動化系統(tǒng)，實現對現場設備的實時監(jiān)控。 基于這些考慮，本文選擇了以IPC2290芯片(內部集成了CAN模塊)為微控制器的MagicARM2200教學實驗開發(fā)板作為學習和研究的開發(fā)平臺，把μC/OS-Ⅱ這個實時微內核操作系統(tǒng)嵌入到該芯片中。在深入研究CAN通信模塊特點和驅動的基礎上，把其驅動移植到μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)中。并在實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ上通過設計—個帶A/D轉換的CAN智能模塊來闡述智能模塊軟硬件設計方法，這些工作為搭建基于CAN總線的實際測控系統(tǒng)方案提供了理論基礎。 本文使用的CAN通信方案具有極大的靈活性，能方便和簡潔的運用到各種測控系統(tǒng)中。實驗結果證明了該方案的有效性和正確性，并且具有實際的應用價值。最后，本文作者在CAN智能模塊的基礎上搭建了基于CAN總線的多相流動實驗臺的測控系統(tǒng)方案。
上傳時間： 2013-07-16
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自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數的Mobius反演公式解決了一系列重要的應用物理中的逆問題，例如費米體系逆問題、信號處理等，開創(chuàng)了應用、推廣數論中的Mobius變換解決物理學中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》雜志的整版專評與高度評價。華僑大學蘇武潯、張渭濱教授等則把Mobius變換的方法應用于幾種常用波形（包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等）的傅立葉級數的逆變換運算，得到正、余弦函數及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數族相正交的函數族，以用于各展開系數的計算與信息的解調；而后把它們應用到通信系統(tǒng)中，提出了一種新的通信系統(tǒng)，即新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)。 在新型通信系統(tǒng)中，把這種正交函數族應用于系統(tǒng)的相干調制解調中，取代傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中調制解調所采用的三角正交函數族。正是這種正交函數族使得通信系統(tǒng)的傳輸性能大大提高，保密性加強，而且正交函數族產生很方便。 本文從軟件仿真和硬件實現兩個方面對Chen-Mobius通信系統(tǒng)進行了驗證。首先，利用MATLAB軟件構建Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)，通過計算機編程，對Chen-Mobius單路、四路和八路的數字通信系統(tǒng)進行仿真分析，對該系統(tǒng)在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，在QuartusⅡ軟件平臺上，利用VHDL語言文本輸入和原理圖輸入的方法構建Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)，對該系統(tǒng)進行了仿真，包括設計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；再次，在QuartusⅡ軟件仿真的基礎上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，實現了硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)的FPGA實現；最后，從MATLAB軟件仿真和硬件實現的結果出發(fā)，通過分析系統(tǒng)的性能，簡單展望了Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)的應用前景。 本文通過軟件仿真得到了Chen-Mobius數字通信系統(tǒng)的信噪比-錯誤概率曲線，從理論上驗證了該系統(tǒng)的強的抗干擾能力；利用FPGA完成了系統(tǒng)的硬件實現，從實際上驗證了該系統(tǒng)的可實現性。從兩方面都可以說明，Chen-Mobius通信系統(tǒng)雖然只是一個新的起點，但它卻預示著光明的應用前景。
標簽： ChenMobius MATLAB FPGA 數字通信系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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現場可編程門陣列(FPGA)是一種新型器件,它將門陣列的通用結構與現場可編程的特性結合于一體.如今,FPGA系列器件已成為最受歡迎的器件之一.隨著FPGA器件的廣泛應用,它在數字系統(tǒng)中的作用日益變得重要,它所要求的準確性也變得更高.因此,對FPGA器件的故障測試和故障診斷方法進行更全面的研究具有重要意義.隨著集成電路規(guī)模的迅速膨脹,電路結構變得復雜,使大量的故障不可測.所以,人們把視線轉向了可測性設計(DFT)問題.可測性設計的提出為解決測試問題開辟了新的有效途徑,而邊界掃描測試方法(BST)是其中一個重要的技術.本文闡述了FPGA系列器件的結構特點,邊界掃描測試相關的基本概念與基本理論,給出利用布爾矩陣理論建立的邊界掃描測試過程的數學描述和數學模型.論文中主要討論了邊界掃描測試中的測試優(yōu)化問題,給出解決兩類優(yōu)化問題的現有算法,對它們的優(yōu)缺點進行了對比,并且提出對兩種現有算法的改進,比較了改進前后優(yōu)化算法的性能.最后總結了利用邊界掃描測試FPGA的具體過程.
上傳時間： 2013-08-06
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