基于ARM的嵌入式網絡電能計量系統的研究電力電子與電力傳動專業隨著市場經濟的不斷發展，人們生活水平的日益提高，用電量也持續上升。電能的計量是否公平、公正已成為人們十分關心的問題。作為電能量的計量工具電能表已成為各行各業用電不可缺少且非常重要的儀表。由于傳統的電能表有計量不精確、人工抄表費時費力、統計繁瑣等缺點，因此，研究開發高精度、低功耗、網絡化、智能化的電能表是明顯的趨勢。 嵌入式系統技術是近幾年電子產品設計領域最為熱門的技術之一，目前已廣泛應用于工業控制、智能交通、信息家電、公共服務等領域。嵌入式系統正對人類的后PC時代產生著深遠的影響。 本文針對傳統的機電式電能表的缺點和不足，結合當前的嵌入式系統技術和網絡技術，研究并設計了一套基于ARM處理器、CAN總線和以太網傳輸的嵌入式網絡電能表系統。此系統主要由網絡中繼模塊和電能量采集終端兩部分組成。網絡中繼模塊硬件采用了PHILIPS的LPC2290作為中央處理器。LPC2290是一款16/32位RISC微處理器，采用ARM公司的ARM7TDMI-S內核，提供了兩路CAN總線和其它一些片上通用外設接口。采用L2C2290處理器，不但降低了整個系統的設計成本，而且也大大減少了額外的接口電路。網絡中繼模塊軟件是通過μCLinux操作系統內嵌的BOA實現嵌入式WEB服務器，并應用CGI接口程序完成了動態網頁程序的編制。電能量采集終端采用專用電能芯片、單片機和CAN控制器實現。網絡中繼模塊和電能量采集終端之間通過CAN總線進行通信，保證了信息的可靠性。當客戶端通過網絡瀏覽器訪問WEB服務器時，CGI程序就將電能量采集終端所采集的電能量數據上傳給客戶端，實現網絡自動抄表。
上傳時間： 2013-06-23
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隨著科學技術的不斷發展，嵌入式系統得到了廣泛的應用。在當今的工業控制領域，控制邏輯和功能變得越來越復雜，簡單的嵌入式系統己經不能滿足工業生產需求，而帶有高性能處理器以及完整操作系統的嵌入式系統的引入將逐漸成為工業控制自動化發展的方向。 本文對用于工業供水設備測控的工業供水測控系統展開研究。首先，在ARM嵌入式最小系統的基礎上建立通用的硬件平臺，對平臺的硬件結構進行設計，特別是對于關鍵的接口電路進行了比較深入的研究，針對供水設備測控的不同要求，集成了多種接口電路。其次，在實現嵌入式實時多任務操作系統μC／OS-Ⅱ在ARM上可移植的基礎上，建立了測控系統的軟件平臺，對接口電路驅動程序進行模塊化設計。最后，在研制出的測控平臺上，加入了電力參數與傳感器數據監測電路以及開關量輸入/輸出電路，特別是對工頻交流信號有效值的測量進行了較深入的硬件設計以及軟件算法研究，并對測控系統的無線通訊部分進行了設計。 在上述工作的基礎上，開發出嵌入式無線工業供水測控系統樣機。工業現場近半年來試運行的結果表明：該基于ARM的嵌入式無線工業供水測控系統設計合理，性能穩定可靠，達到了設計的要求。
上傳時間： 2013-06-23
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在數字化推進速度加快的大背景下，全球農業也由傳統農業向現代農業方向轉變，而實現農業信息與數字化則是現代化農業的重要標志與核心技術。我國農業具有地域分散、對象多樣、生物自身變異大、環境因子不確定等特點，也是受環境影響最明顯的領域，因此對環境與生物信息的監測顯得十分重要。同時現代無線網絡信息技術和計算機應用等技術近幾年得到了長足的發展，廣泛的應用于工業的各個領域。因此，將這些最新的技術應用于相對發展較慢的農業各領域顯得迫在眉睫。 本文根據農業對象具有偏遠、分散、易變、多樣等特點，提出了一種針對農業環境信息遠程監測的系統設計方案，并從軟件和硬件二方面詳細介紹了系統方案的設計和實現方法。本研究通過采用μC/OS-Ⅱ系統的嵌入式技術，實現了數據采集系統底層網絡與信息發布上層網絡的無縫連接為建立基于WEB的農業環境遠程監測系統奠定了基礎，同時也為農業網絡通信“最后一公里”問題的解決提供了一種解決方案。 該系統的設計充分利用了網絡技術。通過INTERNET，用戶可以隨時了解農業環境的實時情況以采取措施。系統中嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ的應用提高了系統的實時性、可靠性和可擴展性：減少了對系統硬件的依賴，增加了系統安全性；降低了成本。特別是自主開發的核心板卡，經連續的調試運行穩定、數據可靠。 本文首先介紹了高速實時數據采集系統的發展和現狀。由于傳統的設計方式的欠缺而考慮到將嵌入式操作系統引入到該系統中，很好的解決了多傳感器的接入，使得本系統具有巨大的靈活性和可擴展性。 本文以源碼開放的嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ為核心，以LPC2210微控制器為載體，充分利用GPRS無線網絡傳輸技術，實現了高速實時信息監測系統的關鍵設計。 考慮到該系統以后的可擴展性，在設計的過程中硬件部分預留了一部分接口電路以備后續開發使用；軟件的設計過程中應該注意的問題和實際操作中出現的一系列問題以及解決辦法在文中都有詳細的說明，并且軟件的基本構架在文章中也有所體現，文章結尾給出了一些系統經實驗后在WEB上發布顯示的數據。
上傳時間： 2013-05-17
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基于ARM的嵌入式運動控制器是集計算機數字控制技術、ARM技術、運動控制技術以及嵌入式操作系統技術等技術為一體的技術含量高的運動控制器；是對低成本、高性能運動控制器研究的一個新的嘗試。本論文的研究重是點基于雙端口RAM上下位機通訊的數控系統總體軟件架構設計、嵌入式運動控制器軌跡規劃算法的研究、嵌入式系統軟件的構建以及運動控制器外設驅動程序的開發，其主要工作及成果如下： 1．針對數控系統上下位機信息交互頻繁，提出了一種基于雙端口RAM通訊結構的上下位機交互方式，實現了上下位機信息的高速、穩定通訊；且完成了基于雙端口RAM上下位機通訊結構的數控系統總體軟件架構設計。 2. 針對目前高速數控加工軌跡規劃中存在的一些關鍵問題進行深入的探討。提出一種軌跡拐角的速度平滑方法，當高速加工不在同一直線方向而形成拐角的加工段時，在拐角過渡時能獲得很好的速度響應和較小的輪廓誤差；還提出了一種高速數控加工小線段的前瞻平滑算法，當高速加工多段微小直線段時，能夠優化規劃多段微小線段的加工速度，有效避免了頻繁的加減速給系統帶來較大沖擊以及加工效率低的問題。 3. 構建了適合本運動控制器系統的系統軟件；研究了嵌入式運動控制器引導程序的移植、嵌入式Linux內核的優化配置以及根文件系統的構建。 4．探討了Linux驅動程序開發的原理以及流程；并以雙端口RAM為例介紹了運動控制外設驅動程序開發的方法。
上傳時間： 2013-07-02
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生物識別技術代表了未來身份驗證技術的發展方向，而指紋識別技術又是最可靠、最有效的生物識別技術之一。目前，指紋識別技術是優于其它生物識別技術的身份鑒別方法。這是因為人的指紋各不相同、終生基本不變的特點已經得到公認，特別是現有的指紋識別算法已達到識別迅速、準確可靠的水平，是完全可以商業化的生物識別技術。 傳統的指紋識別系統多是基于PC平臺，這種系統將指紋圖像處理和指紋匹配甚至指紋采集控制都放在PC平臺上，在獲得了較高速度和開發效率的同時，缺點也是顯而易見的，其體積龐大，成本較高。而已有的嵌入式指紋識別系統多是基于單片機和DSP的，不是在運算速度上受到硬件限制，就是在系統的擴展性、可維護性及用戶交互上有諸多不足。 近年來指紋識別應用的普及對自動指紋識別系統的便攜性和易用性提出了更高的要求，指紋識別技術正向著小型化和嵌入式的方向發展。在微電子領域，以ARM、DSP、FPGA為代表的嵌入式微處理器的性能飛速提高，為構建嵌入式系統提供了硬件保證。 ARM是當前最為流行的32位RISC處理器架構，目前ARM占RISC處理器市場的七成左右。三星公司的S3C2410是基于ARM920T內核的通用32位微處理器，它具有高性能和低功耗的特性，被設計用于手持設備和通用嵌入式系統。 嵌入式系統對操作系統和其上運行的軟件有特別的要求。針對本課題所采用的ARM硬件平臺，詳細介紹了嵌入式操作系統Arm-Linux的移植。分別說明了交叉編譯工具鏈的安裝、引導裝載器的移植和Linux內核的裁減和交叉編譯過程。為了運行應用程序，還介紹了文件系統的構建。 指紋識別系統需要指紋采集設備。FPS200是Veridicom公司推出的第三代半導體指紋傳感器，是一款專為嵌入式系統設計的高性能、低成本、低功耗的電容式固態指紋傳感器。本文詳細闡述了基于FPS200的USB接口指紋采集卡的設計與實現。 指紋圖像處理與匹配是整個系統的重要環節，論文介紹了圖像處理與匹配的一般概念，并提出了新的指紋匹配方法。指紋匹配是自動指紋識別中的一個難點。現有的指紋匹配方法大致可以歸結為圖形匹配和人工神經網絡匹配兩大類，本文提出的基于線段的特征點匹配算法屬于圖形匹配。 嵌入式系統需要完善的軟件支持。隨著嵌入式技術的飛速發展，用戶交互界面也由傳統的字符界面向圖形界面轉變，圖形用戶界面系統得到了長足的發展。MiniGUI 是一個非常適合于工業控制實時系統以及嵌入式系統的可定制的、小巧的圖形用戶界面支持系統。本文介紹了基于MiniGUI的可視化指紋識別軟件設計。 綜上所述，本文針對特定硬件條件，構建了定制的嵌入式操作系統；設計了支持USB數據傳輸的指紋采集卡；指紋圖像的濾波、提取特征和指紋特征匹配均針對嵌入式系統的實際情況進行了優化；利用MiniGUI圖形支持庫完成了界面美觀友好的可視化指紋識別程序。系統具有安全可靠、易于擴展、性價比高等優點。
上傳時間： 2013-08-02
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作為新能源與汽車工業相結合的產物，燃料電池汽車已經逐漸成為了汽車家族的后起之秀。隨著電子控制單元與車載設備的不斷增多，傳統內燃機汽車的儀表盤已經不能滿足以燃料電池為動力的汽車儀表復雜信息顯示的要求。本文以燃料電池汽車為研究背景，設計開發了基于嵌入式技術的儀表系統，實現了對燃料電池汽車整車運行狀態以及模塊數據的實時監測、存儲與圖形化顯示。 本文介紹了燃料電池汽車儀表系統的設計原理，對儀表系統進行了需求分析，確定了系統整體框架與模塊劃分，提出了基于ARM微處理器、實時操作系統以及圖形用戶界面的儀表系統解決方案。該方案采用高性能的S3C44BOX作為底層核心處理器，以RTOS和GUI為中間層構建軟件系統平臺，在此基礎上以實時多任務軟件設計方法進行儀表系統應用程序的開發。 在上述方案的基礎上，進行了儀表系統硬件平臺的設計，包括存儲器系統、通信總線、人機交互界面等接口電路的設計。根據高速數字電路的設計要求，在雙面板上實現了基于ARM的燃料電池汽車儀表系統的PCB布線。編寫了系統初始化代碼，完成了對硬件平臺的調試工作。 根據儀表系統的實際情況，選擇了實時多任務操作系統μC/OS-Ⅱ和嵌入式圖形用戶界面μC/GUI作為本系統的軟件平臺，完成了兩者在儀表系統硬件平臺上的移植。針對μC/GUI環境下簡體中文漢字的顯示問題，給出了一種比較完善的解決方案。μ按照實時多任務軟件的開發流程，設計了儀表系統應用程序，包括CAN總線監聽任務、數據處理任務、用戶界面任務以及歷史數據記錄任務等，劃分了各個任務的優先級，確定了任務之間的通信同步機制，描述了各個任務的主要功能和實現方法，重點論述了基于μC/GUI的用戶界面任務設計的思路與過程，最后介紹了在硬件平臺上進行系統集成、軟硬件聯合調試以及系統測試的流程。
上傳時間： 2013-06-20
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近年來，隨著計算機和通信技術的飛速發展，特別是網絡的迅速普及和3C(計算機、通信、消費電子)合一的加速，微型化和專業化成為發展的新趨勢，嵌入式產品已經成為了信息產業的主流，嵌入式系統技術也成為目前電子產品設計領域最為熱門的技術之一，目前已經廣泛地應用于軍事國防、消費電子、網絡通信、工業控制等各個領域。本文在研究視頻采集發展現狀和趨勢的基礎上，設計了一種基于32位處理器的嵌入式圖像采集和傳輸系統。此套硬件系統可應用于LCD顯示屏、桌面視頻、多媒體、數字電視機、圖像處理、可視電話和遠程戶外圖像采集等領域。 該圖像采集系統在硬件系統上以ARM芯片S3C44BOX為核心，利用CMOS圖像傳感器采集圖像；以FIFO幀存儲器暫存圖像數據，解決了ARM芯片與圖像傳感器之間速率的不同步問題；并充分利用了FPGA/CPLD高性能、低功耗、低成本的優點，用CPID器件控制整個圖像采集的時序邏輯。在軟件平臺移植了嵌入式操作系統’uClinux,并在此基礎上開發了底層的驅動程序和應用程序。體積小巧，具備圖像采集、顯示和遠程傳輸功能和良好的可擴展性。 全文共分為五個章節，第一章主要介紹了論文的課題背景和圖像采集技術的發展現狀，介紹了論文的研究目標和研究內容。第二章從硬件和軟件兩方面闡述了嵌入式圖像采集系統的總體設計方案，詳細介紹了硬件開發平臺嵌入式系統和軟件開發平臺嵌入式操作系統各自的定義和特點。第三章主要介紹基于ARM的圖像采集系統硬件設計方面的內容，包括各個模塊的具體實現方案、系統硬件性能分析和硬件電路的抗干擾設計等。第四章研究了基于uClinux平臺的幾個主要模塊的軟件設計，主要包括圖像傳感芯片的初始化和采集程序的實現、LCD控制器的初始化和圖像顯示程序的實現、以太網控制器的初始化和圖像數據傳輸程序的實現。第五章是對全文的一個總結，概括了作者所做的工作，提出所存在的不足并對后續的研究工作做了進一步的展望。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著變頻調速技術的快速發展，基于變頻調速的恒壓供水系統越來越多的應用到了小區供水中。與恒速供水系統相比，變頻調速恒壓供水系統取得了較好的節能效果，但是由于其壓力設定值一般是按系統最大能量需求時設定的，并且該設定值一旦設定后不能依據系統的能量需求自動做實時調整，使系統在大部分時間內供給的能量大于需求的能量。因此，該供水方式并沒有把變頻調速的節能潛力全部發揮出來。本文針對變頻調速恒壓供水系統這一不足，提出了變頻調速實時恒壓供水方式，它能依據系統的能量需求實時的調整壓力設定值，能更好的發揮變頻調速的節能潛力。 本文首先依據泵理論和水動力學對供水系統進行了深入的分析和研究，詳細探討了供水系統的節能原理，從而為后續章節中控制策略的選擇奠定了基礎。 然后針對供水系統的精確數學模型難以建立的問題，本文采用了專家系統。該專家系統能依據用戶能量需求的不同，實時給出泵出口的壓力設定值；在此基礎上通過模糊-PID控制使供水系統迅速進入穩定狀態，同時使系統具有快速性、穩定性和良好的魯棒性。通過MATLAB仿真工具對整個控制系統進行了仿真，仿真結果表明該控制系統與常規PID控制相比具有更好的控制品質。 最后以ARM7LPC-2129為硬件基礎，實現了以上各個部分的功能。另外還采用VB開發了上位機監控界面；開發了基于ARM的CAN接口，為供水系統的網絡化提供技術支持；使用ARM7LPC-2129的通用輸入輸出口，實現了供水系統中電機的組合運行或單機啟停控制；泵運行狀態和火災顯示等輔助功能的實現。
上傳時間： 2013-04-24
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波前處理機是自適應光學系統中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統得發展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數據處理能力以保證系統的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數據進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內外圖像處理技術的應用和發展狀況，接著介紹了傳統的專用和通用圖像處理系統的結構、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統。該系統不同于傳統基于PC機模式的圖像處理系統，發揮了DSP和FPGA兩者的優勢，能更好地提高圖像處理系統實時性能，同時也最大可能地降低成本。 論文根據圖像處理系統的設計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統架構、邏輯結構、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統硬件設計，并分析了包括各種參數指標選擇、連接方式在內的具體設計方法以及應該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設計中易出現的問題，詳細分析了高速PCB設計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設計方案和SDRAM控制器的設計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統中可編程器件內部模塊化SDRAM控制器的設計及仿真結果。 論文最后描述了硬件系統的測試及調試流程，并給出了部分的調試結果。 該系統主要優點有：實時性、高速性。硬件設計的執行速度，在高速DSP和FPGA中實現信號處理算法程序，保證了系統實時性的實現；性價比高。自行研究設計的電路及硬件系統比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題深入分析了GPS軟件接收機基于FFT并行捕獲算法并詳細闡述了其FPGA的實現。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號處理實時性的要求。 論文的主體部分首先簡單分析了擴頻通信系統的基本原理，介紹了GPS系統的組成，詳細闡述了GPS信號的特點，并根據GPS信號的組成特點介紹了接收機的體系結構。其次，通過對GPS接收機信號捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實現復雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對該方案提出了幾點改進的措施，根據前面的分析，提出了系統的實現方案，利用MATLAB對該系統進行仿真，仿真的結果充分的驗證了方案的可行性。接著，對于捕獲環節中的核心部分—FFT處理器，設計中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨立設計實現了基于FPGA的FFT處理器，并通過對一組數據在MATLAB中運算得到結果和FPGA輸出結果相對比，可以驗證該FFT處理器的正確性。再次重點分析了GPS接收機并行捕獲部分的FPGA具體實現，通過捕獲的FPGA時序仿真波形，證明了該系統已經能成功地捕獲到GPS信號。最后，對全文整個研究工作進行總結，并指出以后繼續研究的方向。 本課題雖然是對于GPS接收機的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導航系統的接收機相近，因此該課題的研究對我國衛星導航事業的發展起到了積極的推動作用。
上傳時間： 2013-05-29
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