溫度的測量和控制在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應用，尤其在石油、化工、電力、冶金等工業(yè)領域中，對溫度的測量和監(jiān)控是非常重要的一個環(huán)節(jié)，溫度參數(shù)是工業(yè)控制中的一項重要的指標。 本文主要研究了基于ARM9架構的嵌入式Linux系統(tǒng)在工業(yè)領域中各種爐溫控制場合中的應用。目前控制方案主要是采用傳統(tǒng)的PLC和單片機進行控制。PLC主要是針對單項工程或者重復數(shù)極少的項目，靈活性相對不足，并且體積大，成本相對較高；而單片機主要用于小型設備的控制，具有成本低，功耗低，效率高的特點，但可移植性較差。為了適應信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新技術革新以及產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化現(xiàn)代化的發(fā)展，本文針對PLC和單片機控制的優(yōu)缺點和應用場合提出了采用ARM9嵌入式微控制器AT91RM9200和Linux操作系統(tǒng)相結合的嵌入式溫度控制系統(tǒng)，具有系統(tǒng)擴展性強、可靠性高、響應速度快、體積小等特點，為用戶提供了一種新型的控制方案。 本文首先論述了嵌入式操作系統(tǒng)的組成，接著設計了溫度控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，主要包括CPU模塊、模擬電路模塊、存儲模塊和通信模塊四個部分：在對溫度控制系統(tǒng)的軟件部分的設計中，主要是針對Boot-Loader的移植、Linux內核移植、根文件系統(tǒng)的定制、驅動程序的編寫和應用程序的編寫五部分進行設計。 系統(tǒng)功能主要是循環(huán)采集AD通道數(shù)據(jù)，上傳AD數(shù)據(jù)到服務器，接收服務器下發(fā)的控制數(shù)據(jù)包，記錄日志等。通過在線運行測試，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，采集和控制效果良好，可有效降低了生產(chǎn)成本和工人的勞動強度，為安全生產(chǎn)提供保證。
標簽： ARM 嵌入式 溫度控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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礦井加暖系統(tǒng)在礦產(chǎn)、冶金、化工等工業(yè)中具有廣泛的應用。課題組根據(jù)熱效率、壽命、自動化程度等方面存在的問題，經(jīng)過調查、分析和研究開發(fā)了一套新型礦用環(huán)保熱風爐系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、火焰監(jiān)測系統(tǒng)和主機控制系統(tǒng)三部分組成。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要對復雜的現(xiàn)場環(huán)境進行監(jiān)測控制，是整個新型熱風爐自動控制系統(tǒng)的關鍵。本文設計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由MSP430單片機、模擬量采集(A/D)、模擬量輸出(D/A)、開關量采集、開關量輸出、存儲、通信接口及其他輔助電路組成，結構簡單、機構可靠性高，使用壽命長，能夠對系統(tǒng)的各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和控制，對于礦井的安全可靠生產(chǎn)具有重要的意義。
標簽： ARM 熱風爐 接口設計 自動控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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進入20世紀90年代后，隨著全球信息化、智能化、網(wǎng)絡化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術獲得了前所未有的發(fā)展空間。 嵌入式系統(tǒng)的最大特點之_是其所具有的目的性或針對性，即每一套嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設計都有其特殊的應用場合與特定功能，這也是嵌入式系統(tǒng)與通剛的計算機系統(tǒng)最主要的區(qū)別。由于嵌入式系統(tǒng)是為特定的目的而設計的，且常常受到體積、成本、功能、處理能力等各種條件的限制。因此，如果可以最大限度地提高應用系統(tǒng)硬件上和軟件上的靈活性，就可以用最低的成本，最少的時間，快速的完成功能的轉換。 本課題的目的在于提出并設計一種基于ARM(Advanced RISC Machines)和CPLD(Complex Programmable Logic Device)的可擴展功能嵌入式系統(tǒng)平臺，并完成了系統(tǒng)的硬件設計和PCI(Peripheral Component Interconnect)橋的固件設計。設計過程中采用美國ALTIUM公司的ALTIUM DESIGNER 6.0 EDA軟件開發(fā)了系統(tǒng)的硬件部分。在整個硬件開發(fā)環(huán)節(jié)中，充分采用高速PCB(Printed Circuit Board)的設計原則，并進行全面的電路仿真試驗，保證了硬件系統(tǒng)的高度可靠性。本系統(tǒng)承襲了ARM7系列處理器高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點，并充分考慮到用戶的需要，擴展了多種常用的外部設備接口以及藍牙無線接口等，為將米各種可能的應用提供了完善的硬件基礎。概括總結起來本文具體工作如下： 1．完全自主設計了具有高擴展性的基于LPC2292嵌入式處理器的嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)平臺。基于該硬件平臺，可以實現(xiàn)許多基于ARM架構處理器的嵌入式應剛而無需對硬什系統(tǒng)作出大的改變，如多協(xié)議轉換器、CAN(Control Area Network)總線網(wǎng)關、以太網(wǎng)關、各種工業(yè)控制應用等。并在具體的設計實踐中，總結出了嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的設計原則及設計方法。 2．完成了基于CPLD的PCI橋接芯片的同什設計，在ARM硬件平臺上成功擴展了PCI設備，成功解決了ARM處理器和PCI從設備之間通訊的問題。 3．完成了對所開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的測試工作，完成了基于AT89C51的PCI測試卡軟硬件設計。基于此測試卡，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)中的PCI通訊功能進行有效測試，以保證整個硬件系統(tǒng)正常、高效、穩(wěn)定地運行。本系統(tǒng)的設計完成，使其可以作為嵌入式應用的二次開發(fā)或實驗平臺，用于工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及高校相關專業(yè)的實踐教學。
標簽： CPLD ARM 擴展 嵌入式系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-05-22
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軟開關技術是電力電子裝置向高頻化、高功率密度化發(fā)展的關鍵技術，已成為現(xiàn)代電力電子技術研究的熱點之一。微處理器的出現(xiàn)促進了電力電子變換器的控制技術從傳統(tǒng)的模擬控制轉向數(shù)字控制，數(shù)字控制技術可使控制電路大為簡化，并能提高系統(tǒng)的抗干擾能力、控制靈活性、通用性以及智能化程度。本文提出了一種利用耦合輸出電感的新型次級箝位ZVZCS PWM DC/DC變換器，其反饋控制采用數(shù)字化方式。 論文分析了該新型變換器的工作原理，推導了變換器各種狀態(tài)時的參數(shù)計算方程；設計了以ARW芯片LPC2210為核心的數(shù)字化反饋控制系統(tǒng)，通過軟件設計實現(xiàn)了PWM移相控制信號的輸出；運用Pspice9.2軟件成功地對變換器進行了仿真，分析了各參數(shù)對變換器性能的影響，并得出了變換器的優(yōu)化設計參數(shù)；最后研制出基于該新型拓撲和數(shù)字化控制策略的1千瓦移相控制零電壓零電流軟開關電源，給出了其主電路、控制電路、驅動電路、保護電路及高頻變壓器等的設計過程，并在實驗樣機上測量出了實際運行時的波形。 理論分析與實驗結果表明：該變換器拓撲能實現(xiàn)超前橋臂的零電壓開關，滯后橋臂的零電流開關；采用ARM微控制器進行數(shù)字控制，較傳統(tǒng)的純模擬控制實時反應速度更快、電源穩(wěn)壓性能更好、外圍電路更簡單、設計更靈活等，為實現(xiàn)智能化數(shù)字電源創(chuàng)造了基礎，具有廣泛的應用前景和巨大的經(jīng)濟價值。
上傳時間： 2013-08-03
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大圓機是一種涉及到計算機、機械、電子、控制等諸多領域，比較復雜的典型機電一體化產(chǎn)品。近幾年來，伴隨著我國針織行業(yè)的快速發(fā)展，大圓機的需求日益加大，傳統(tǒng)的基于MCU面板控制和采用薄膜按鍵方式的大圓機控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足需求。隨著微處理器技術的發(fā)展，嵌入式技術以其高集成度和高穩(wěn)定性、高性價比在工控領域有著廣闊的應用前景。 近幾年，隨著嵌入式技術的發(fā)展，對人機界面的要求越來越高，友好的圖形人機界面為嵌入式系統(tǒng)的人機交互提供了豐富的圖形圖像信息。uC/GUI是一款不僅可以實現(xiàn)快速開發(fā)，而且能夠提供低功耗型GUI支持的嵌入式GUI軟件。用戶可以使用它方便地定制出自己的圖形用戶界面，完成各種應用程序的開發(fā)。因此已經(jīng)被越來越多的領域所采用。 本文在對大圓機系統(tǒng)的功能和控制要求進行分析的基礎上，提出了一個以ARM微處理器和CPLD器件為中心構建硬件平臺、基于uC/OS-Ⅱ和uC/GUI的嵌入式大圓機控制系統(tǒng)解決方案。 此方案中的硬件平臺由主CPU核心應用系統(tǒng)電路、人機交互接口電路、協(xié)處理器CPLD模塊電路等部分組成。主CPU采用Samsung公司的基于ARM7內核的S3C44BOX處理器，人機交互接口電路采用觸摸屏和LCD液晶顯示器，為了解決閉環(huán)控制的問題，采用了CPLD作為協(xié)處理器，進行外圍擴展構成控制電路，軟件部分包括uC/OS-Ⅱ、Boot Loader、設備驅動程序、人機界面和主控制應用程序等。其中Boot Loader支持系統(tǒng)啟動,程序下載到RAM執(zhí)行和燒寫到Flash存儲器等功能,而人機界面和主控制應用程序則基于設備驅動程序實現(xiàn)了對于大圓機系統(tǒng)的控制。 與傳統(tǒng)的基于MCU或工控機的大圓機控制系統(tǒng)相比，基于此設計方案實現(xiàn)的控制系統(tǒng)具有低成本、高集成度和高性能等特點，具有較大的實用價值和廣闊的應用前景。
標簽： CPLD ARM 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-13
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該課題通過對開放式數(shù)控技術的全面調研和對運動控制技術的深入研究,并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現(xiàn)狀,結合激光雕刻領域的具體需要,緊跟當前運動控制技術研究的發(fā)展趨勢,吸收了世界開放式數(shù)控技術和相關運動控制技術的最新成果,采納了基于DSP和FPGA的方案,研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡.該論文主要內容如下:首先,通過對制造業(yè)、開放式數(shù)控系統(tǒng)、運動控制卡等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調研,基于對運動系統(tǒng)控制技術的深入學習,在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上,確定了基于DSP和FPGA的運動控制設計方案,并規(guī)劃了板卡的總體結構.其次,針對運動控制中的一些具體問題,如高速、高精度、運動平穩(wěn)性、實時控制以及多軸聯(lián)動等,在FPGA上設計了功能相互獨立的四軸運動控制電路,仔細規(guī)劃并定義了各個寄存器的具體功能,設計了功能完善的加/減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數(shù)器電路等,完全實現(xiàn)了S-曲線升降速運動、自動降速點運動、A/B相編碼器倍頻計數(shù)電路等特殊功能.再次,介紹了DSP在運動控制中的作用,合理規(guī)劃了DSP指令的形成過程,并對DSP軟件的具體實現(xiàn)進行了框架性的設計.然后,根據(jù)光電隔離原理設計了數(shù)字輸入/輸出電路;結合DAC原理設計了四路模擬輸出電路;實現(xiàn)了PCI接口電路的設計;并針對常見的干擾現(xiàn)象,提出了有效的抗干擾措施.最后,利用運動控制卡強大的運動控制功能,并針對激光雕刻行業(yè)進行大幅圖形掃描時需要實時處理大量的圖形數(shù)據(jù)的特別需要,在板卡第四軸完全實現(xiàn)了激光控制功能,并基于FPGA內部的16KBit塊RAM,開辟了大量數(shù)據(jù)區(qū)以便進行大幅圖形的實時處理.
上傳時間： 2013-06-09
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數(shù)字圖像的壓縮是解決圖像數(shù)據(jù)量大、存儲和傳輸困難的基本措施。圖像壓縮的方法很多，一般可分為有損壓縮和無損壓縮兩大類。有損壓縮允許一定程度的信息丟失，在滿足實際應用的條件下能夠取得較高的壓縮比；無損壓縮不允許信息丟失，但是壓縮比難以提高。在醫(yī)學圖像、遙感圖像等應用領域，對于圖像的壓縮比和失真度都有著較高要求，因此需要采用近無損壓縮的方法。近無損壓縮是有損壓縮和無損壓縮的一個折衷，允許一定的失真，能夠獲得高保真還原圖像的同時，得到比無損壓縮更高的壓縮比。 JPEG-LS是連續(xù)色調靜止圖像無損和近無損壓縮的國際標準，算法復雜度低，壓縮性能優(yōu)越，但是JPEG-LS對不同圖像壓縮時壓縮比不可控制。本文在研究JPEG-LS近無損圖像壓縮算法的基礎上，針對具體應用背景，提出了一種基于塊的近無損壓縮方法。進一步利用圖像局部紋理特性分析，對不同特性的區(qū)域容忍不同的信息丟失程度，實現(xiàn)了對圖像壓縮的碼率控制。針對某工程應用中的具體要求，我們以FPGA為平臺，采用Verilog HDL語言對改進算法進行了硬件實現(xiàn)。 實驗結果證明，這種基于塊的具有碼率控制的近無損圖像壓縮算法，在實現(xiàn)較為精確的碼率控制的同時，能夠獲得較高的還原圖像質量，而且硬件實現(xiàn)復雜度低，能夠滿足對圖像的實時壓縮要求。
上傳時間： 2013-06-18
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隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發(fā)展,數(shù)字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數(shù)字化、網(wǎng)絡視頻、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號轉換的任務,在多媒體時代占據(jù)著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數(shù)據(jù)采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區(qū)別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術之間的關系. 圖像采集系統(tǒng)的基本構成,是以數(shù)字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數(shù)字處理核心的優(yōu)缺點,并根據(jù)系統(tǒng)實際需要,選用FPGA作為數(shù)字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統(tǒng)的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數(shù)字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內部程序構成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數(shù)據(jù)采集模塊,即與A/D接口模塊,數(shù)據(jù)暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續(xù)讀寫控制和各個模塊間的協(xié)調工作.說明了.A/D采集數(shù)據(jù)從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態(tài)機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調試和FPGA程序驗證結果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結果表明整個圖像采集系統(tǒng)基本達到了系統(tǒng)設計中所給出的性能指標,證明了整個系統(tǒng)設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科學技術水平的不斷提高，在科研和生產(chǎn)過程中為了更加真實的反映被測對象的性質，對測試系統(tǒng)的性能要求越來越高。傳統(tǒng)的測試裝置，由于傳輸速度低或安裝不便等問題已不能滿足科研和生產(chǎn)的實際需要。USB技術的出現(xiàn)很好的解決了上述問題。USB總線具有支持即插即用、易于擴展、傳輸速率高(USB2.0協(xié)議下為480Mbps)等優(yōu)點，已逐漸得到廣泛的應用。 本課題研究并設計了一套基于USB2.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。論文首先詳細介紹了USB總線協(xié)議，然后從系統(tǒng)的總體結構、硬件電路、軟件程序以及系統(tǒng)性能檢測等幾個方面，詳細闡述了系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)方案。系統(tǒng)采用雙12位A/D轉換器，提供兩條模擬信號通道，可以同時采集雙路信號，最高的采樣率為200KHz。USB接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013。論文詳細介紹了其在SlaveFIFO接口模式下的電路設計和程序設計。系統(tǒng)應用FPGA芯片作系統(tǒng)的核心控制，控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和與USB接口芯片的數(shù)據(jù)交換，并產(chǎn)生其中的邏輯控制信號和時序信號。同時應用FPGA芯片作系統(tǒng)的核心控制可提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、減小設備的體積。系統(tǒng)的軟件設計，主要包括FPGA芯片中的邏輯、時序控制程序、8051固件程序、客戶應用程序及其驅動程序。客戶端選擇了微軟的Visual Studio6.0 C++作開發(fā)平臺，雖然增加了復雜程度，但是軟件執(zhí)行效率及重用性均得到提高。 最后，應用基于USB2.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試標準信號及電木的導熱系數(shù)，以驗證測試系統(tǒng)的可靠信與準確性。
標簽： FPGA USB 接口 數(shù)據(jù)采集
上傳時間： 2013-04-24
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感應加熱電源以其環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，逆變控制電路是直接影響感應加熱電源能否安全、高效運行的關鍵因素。目前的感應加熱裝置很多采用模擬電路控制，而模擬控制電路觸點多，焊點多，系統(tǒng)可靠性低，對一些元件的工藝性要求高，電路中控制參數(shù)不容易進行修改，靈活性較差。近年來隨著微處理機的發(fā)展，數(shù)字式控制精確，軟件設計靈活，因而整個控制系統(tǒng)容易實現(xiàn)，在感應加熱領域中運用數(shù)字式控制已是一個發(fā)展方向。 本文在模擬逆變控制系統(tǒng)的基礎上，在可編程邏輯器件(FPGA)上進行了數(shù)字式并聯(lián)逆變控制系統(tǒng)的研究。 首先，本文針對感應加熱并聯(lián)逆變控制的數(shù)字化進行了詳細的研究。在參閱國內外相關文獻的基礎上，結合已有模擬并聯(lián)逆變控制電路的工作原理，設計了全數(shù)字鎖相環(huán)、它激轉自激掃頻啟動模塊等逆變控制功能模塊，并對各個模塊進行了相關的數(shù)學分析和功能仿真，結果證明可以達到預定的功能指標和設計要求。 然后，分析了感應加熱電源的整體工作流程，針對模擬控制電路中控制參數(shù)不易進行修改、靈活性較差等問題，設計了數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示等功能模塊，有利于系統(tǒng)的調試，參數(shù)修改等實際操作。 最后，以模擬逆變控制策略為基礎，分析了數(shù)字控制器的控制要求和策略。由硬件狀態(tài)機實現(xiàn)數(shù)字控制器的設計，完成對整個逆變控制系統(tǒng)的整體控制操作。通過自上而下的總體設計，將各個部分組合起來，構成一個SOC系統(tǒng)。在FPGA集成軟件中進行了各部分和整體的仿真驗證，結果證明該設計可以完成逆變控制的各項需求和預定的人機交互操作。
標簽： FPGA 感應加熱電源 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-09
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