在衛星遙感設備中，隨著遙感技術的發展和對傳輸式觀測衛星遙感圖像質量要求的不斷提高，航天遙感圖像的分辨率和采樣率也越來越高，由此引起高分辨率遙感圖像數據存儲量和傳輸數據量的急劇增長，然而衛星信道帶寬有限。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息，必須解決輸入數據碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨率遙感圖像數據的高保真、實時、大壓縮比壓縮技術就成了解決這一矛盾的關鍵技術。FPGA器件為實現數據壓縮提供了一種壓縮算法的硬件實現的一個理想的平臺。FPGA器件集成度高，體積小，通過用戶編程實現專門應用的功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發平臺，經過設計輸入，仿真，測試和校驗，直到達到預期的結果，減少了開發周期。小波變換能夠適應現代圖像壓縮所需要的如多分辨率、多層質量控制等要求，在較大壓縮比下，小波圖像壓縮質量明顯好于DCT變換，因此小波變換成為新一代壓縮標準JPEG2000的核心算法。同時，小波變換的提升算法結構簡單，能夠實現快速算法，有利于硬件實現，因此提升小波變換對于采用FPGA或ASIC來實現圖像變換來說是很好的選擇。本文針對衛星遙感圖像的數據流，主要研究可以對衛星圖像進行實時二維小波變換的方案。針對提升小波變換的VLSI結構和FPGA設計中的關鍵技術，從邊界延拓、濾波器結構、整數小波、定點運算、原位運算等方面進行了研究和討論，并且完成了針對衛星遙感圖像的分塊二維9/7提升小波變換的FPGA實現。采用VerIlog語言對設計進行了仿真驗證，并將仿真結果同matlab仿真結果進行了比較，比較結果表明該方案能實現對衛星遙感圖像數據流的二維提升小波變換的功能。同時QuartusII綜合結果也表明，系統時鐘能夠工作在很高的頻率，可以滿足高速實時對衛星圖像的小波變換處理。
上傳時間： 2013-06-15
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-06-18
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Turbo碼是一類并行級聯的系統卷積碼，它是在綜合級聯碼、最大后驗概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎上的一種創新。Turbo碼的基本原理是通過對編碼器結構的巧妙設計，多個子碼通過交織器隔離進行并行級聯編碼輸出，增大了碼距。譯碼器則以類似內燃機引擎廢氣反復利用的機理進行迭代譯碼以反復利用有效信息流，從而獲得卓越的糾錯能力。計算機仿真表明，Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力，當交織長度足夠長時，其糾錯性能接近香農極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即現場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。FPGA技術具有大規模、高集成度、高可靠性、設計周期短、投資小、靈活性強等優點，逐步成為復雜數字硬件電路設計的理想選擇。 本論文以東南大學移動通信實驗室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無線傳輸技術”(MIMO-GMC)為背景，分析了Turbo譯碼算法，并針對MIMO-GMC系統的迭代接收機中所采用的外信息保留和聯合檢測譯碼迭代的特點，完成了采用滑動窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設計。整個譯碼器模塊的設計采用Verilog語言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實現。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著世界能源危機的到來，太陽能光伏發電在能源結構中正在發揮著越來越大的作用。而太陽能光伏發電系統的核心部件并網逆變器的性能還需要進一步提高。為了迎合市場上對高品質、高性能、智能化并網逆變器的需求，我們將ARM+DSP架構作為并網逆變器的控制系統。本系統集成了ARM和DSP的各自的強大功能，使并網逆變器的性能和智能化水平得到了顯著提高。本論文是基于山東大學魯能實習基地“光伏并網逆變器項目”，目前已經試制出樣機。本人主要負責并網逆變器控制系統的軟硬件設計工作。本文主要研究內容有： 1.本并網逆變器采用了內高頻環逆變技術。文中詳細分析了這種逆變器的優缺點，進行了充分的系統分析和論證。 2.采用MATLAB/Simulink軟件對并網逆變器的控制算法進行仿真，包括前級DC-DC變換的控制算法以及后級DC-AC逆變的控制算法。通過仿真驗證了所設計算法的可行性，對DSP程序開發提供了很好的指導意義。 3.本文將ARM+DSP架構作為逆變器的控制系統，并設計了相應的硬件控制系統。DSP控制板硬件系統包括AD數據采集、硬件電流保護、電源、eCAN總線，SPI總線等硬件電路。ARM板硬件系統包括SPI總線、RS232總線、RS480總線、以太網總線、LCD顯示、實時時鐘、鍵盤等硬件電路。 4.本文設計和實現了兩種最大功率點跟蹤控制算法：功率擾動觀察法或增量電導法；孤島檢測方法采用被動式和主動式兩種檢測方式，被動式所采用的方法是將過/欠電壓和電壓相位突變檢測相結合的方式，主動式采用正反饋頻率偏移法；為了實現并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，使用了軟件鎖相環控制技術。本文分別給出了以上各種算法的控制程序流程圖。 5.本文也給出了AD數據采集、eCAN總線、RS232、RS485、以太網、PWM輸出等程序流程圖，以及DSP和ARM之間的SPI總線通信程序流程圖。并且分別給出了ARM管理機控制系統主程序流程圖和DSP控制機控制系統主程序流程圖。 6.最后對并網逆變器樣機進行實驗結果分析。結果顯示：該樣機基本上實現了本文提出的設計方案所應完成的各項功能，樣機的性能比較理想。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著電子技術的不斷發展，各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大，人機交互不友好，不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。 隨著電子技術的發展，以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大，相比較單片機而言，它的主頻高、運算速度快，可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小，適合于功耗要求比較苛刻的地方，這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時，由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源，這樣就簡化了外設電路及芯片的使用，降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系統，為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理，甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外，還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯，兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶；小型化除了要求采用微功耗的器件，還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少，但小型化的同時必須保持系統的智能化，即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中，幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現，如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集，在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效，可修改性強，支持多種體系結構的處理器等，使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛，從x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內，ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場，ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域，例如：工業控制，無線通訊，網絡，消費類電子，成像等。 本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines，先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統，以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路，中央處理器模塊，顯示模塊，用戶交互模塊，存儲模塊，網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410，并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。 電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構，這樣增加了系統可靠性，提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心，A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器)，在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒)，滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求，并且控制簡單，簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card，安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點，所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包，為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分，并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分，這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸，系統設計中采用XML(Extensible Markup Language，可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據，通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程，來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科學技術的發展，人們對生活質量的要求越來越高，在視聽享受方面，家庭影院越來越普遍，便攜式電子設備也日趨成熟。目前，人們對嵌入式媒體播放器的研究越來越廣泛了，國內外已經出現了像MP3、MP4和智能手機等眾多樣式的便攜式嵌入式媒體播放器。但由于種種環境及條件的限制，這些便攜式的媒體播放器都只能播放單一的或幾種固定的媒體格式，可擴展性都比較差；而現在隨著應用的不斷增多，越來越多的更先進的壓縮算法被提出，導致了媒體格式的多樣化，在這種情況下，必然要求嵌入式媒體播放器要適應多種格式。為此，通過對各種PC機上的播放器設計架構的研究與借鑒，在本文中主要在軟件方面為嵌入式媒體播放器設計了一種可擴展性架構，并設計了播放器界面，實現了一些播放器的功能。 另外，在本文還介紹了一種基于嵌入式技術的多媒體播放器的系統設計方案。該系統主要是通過在嵌入式芯片上加載操作系統，同時擴充必要的接口，在操作系統的支持下，開發多媒體播放器。 在本文的整個系統設計過程中，采用了Intel公司的PXA270處理器芯片，外擴展了USB接口，定制并加載了Linux操作系統，在操作系統的支持下，對各個外擴的接口進行了驅動程序的編寫，同時應用QT/Embedded開發了多媒體播放器的圖形界面并實現了相應的功能，最后，圖像既可顯示在LCD顯示屏上也可通過VGA接口顯示在電腦顯示屏上，聲音信號則是通過PXA270處理器的IIS總線傳給CODEC芯片，然后將其轉換為模擬信號，進而通過音箱或者耳機等設備放出。
上傳時間： 2013-06-19
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超聲波電機(Ultrasonic motors，簡稱USM)是一種全新原理的直接驅動電機，它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁電機相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作響應快、運行無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域比傳統的電磁電機性能優越得多。超聲波電機在工業控制系統、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動化設備、智能機器人等領域有廣闊的應用前景，近年來倍受科技界和工業界的重視，成為當前機電控制領域的一個研究熱點。 本文主要以行波型超聲波電機的驅動控制技術為研究對象，引入嵌入式系統理念，設計并制作了超聲波電機的驅動控制系統，并對超聲波電機的速度與定位控制做了深入的研究。本文主要研究內容及成果如下： 介紹了超聲波電機的工作原理、特點及其應用前景，總結了國內外超聲波電機驅動控制技術的發展歷史和研究現狀，以及今后我國超聲波電機驅動控制技術的發展方向，明確了本文的研究內容。 結合嵌入式系統特點及其開發方法，詳細介紹了超聲波電機嵌入式驅動控制系統的硬件和軟件設計過程，并總結了硬件、軟件的調試過程。最后，對所設計系統性能進行了實驗測試和數據分析。 采用DDS技術解決超聲波電機所需要的高頻驅動電源和數字控制的問題。本文設計的以ARM控制器為核心，頻率、相位、幅值均可調的雙通道信號發生器，具有頻率和相位差控制精度高的特點。 本文介紹了速度與位置的常用控制策略。設計并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系統。速度控制采用增量式PID調節，其控制策略簡單、易行，通過實驗選擇合適的參數能適應一般的控制精度要求。定位控制則采用模糊PID控制策略，該策略將模糊控制不需要精確的數學模型、收斂速度快的特點與PID簡單易行、能消除穩態誤差的優點相結合，改善了模糊控制器穩態性能，使電機定位控制精度達到0.0880。
上傳時間： 2013-07-16
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本文提出的煤礦安全系統由基站、基站控制器、控制中心和安全信息終端組成。本系統能夠實時動態監測瓦斯等有害氣體濃度，能夠人機聯防監測礦道中可能存在的安全隱患。井下采用CAN有線網絡和Zigbee無線網絡相結合的混合組網方式，通過礦工攜帶的安全信息終端使監測網延伸到每個采掘工作面，實現動態跟蹤。控制中心通過友好的人機界面可以查看瓦斯濃度、溫度、濕度的最新數據與歷史數據，還可以查看報警記錄，并把這些數據以曲線圖的形式直觀的顯示出來。 基站和基站控制器是以ARM系列LPC2119微處理器為核心設計的，完成安全信息終端和控制中心之間的通信任務。基站和安全信息終端采用了基于Zigbee技術的SZ05系列嵌入式無線收發模塊進行組網通信，采用MC14LC5480語音芯片實現系統的語音功能，基于LPC2119內置的CAN控制器輔以P82C250收發器實現多基站間的網絡連接。基站控制器通過CAN總線與基站組網通信，監測基站工作狀態，協調各基站與移動終端之間的信息傳輸，通過RS232與控制中心PC機進行信息交互。在此硬件平臺的基礎上，給出了基于LPC2119微處理器下的軟件設計過程，包括初始化、無線通信模塊的通信協議制定和通信程序設計、語音功能的軟件設計及編程、基站和基站控制器的通信協議制定和主程序設計、系統監控程序設計及控制中心PC機端人機界面設計等。 經多次調試，實現了控制中心PC機接收安全信息終端檢測的環境參數數據并判斷瓦斯濃度是否超限，還實現了通過人機界面查詢數據、查看曲線圖以及發送命令等。
上傳時間： 2013-07-14
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DC/DC變換器的并聯技術是提高DC/DC變換器功率等級的有效途徑，而如何實現并聯模塊間輸出電流的平均分配是實現并聯的核心技術.目前的并聯均流技術多是在并聯模塊參數差異不大的情況下實現的，對于并聯系統在并聯模塊參數差異較大的極限情況下的穩態和暫態性能則很少涉及.該文著重對并聯系統在參數差異很大的條件下的工作情況進行了研究.首先利用基于狀態空間平均法的小信號分析對最大均流法的均流原理進行了分析，并對并聯系統的穩定性進行了討論.之后針對已有的均流方案的局限性提出了一種新的具有限流功能的三環控制均流策略.為了驗證所提出的方案的可行性，建立了MATLAB仿真平臺，利用模塊化仿真的思想進行了系統仿真，初步驗證了方案的合理性.最后搭建了實際的DC/DC并聯系統試驗平臺，對采用該方案的并聯系統的穩態和暫態性能進行了全面的考察，得到了令人滿意的結果，證明了具有限流功能的三環控制均流策略是切實可行的.
上傳時間： 2013-04-24
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抽油機井工況監測是石油生產過程中非常重要的環節，可以為油井提高泵效、高效管理提供可靠依據。隨著石油工業的迅速發展，傳統的人工操作遠遠不能滿足現代化石油生產的要求。將遠程監測系統應用于油井工況監測，可以降低工人勞動強度，提高生產效率和油田管理水平。針對目前已有油井工況監測系統存在的不足，本文研制出一種集計算機技術、電子技術和通信技術于一身、功能完善、可靠性高、成本低廉的抽油機井工況遠程監測系統。 示功圖是常用的用于判斷抽油機井工作狀況的方法，它是抽油機光桿在作往復運動的一個周期中，光桿相對位移與載荷的對應關系曲線。傳統的利用拉線位移傳感器獲取位移的方式，不能實現長期連續的監測。本系統采用加速度傳感器作為沖次傳感器，獲取每個周期的起始點，再利用拉線位移傳感器對一個周期中按時間等分的點的位移進行標定，既解決了拉線位移不能長期連續監測的問題，又保證了位移的精度。 本系統由工況傳感器、數據中繼單元、數據中心和手持機四部分組成。安裝在抽油井上的工況傳感器定時獲取并存儲示功圖數據，定時將數據發送到數據中繼單元。由數據中繼單元將多個工況傳感器的示功圖數據集中后，通過遠程網絡傳送到數據中心。數據中心實現對所有示功圖數據的存儲、查詢、分析和打印，并可以通過網絡實現數據共享。手持機用于對工況傳感器進行設置和標定，并可以現場獲取示功圖。 硬件電路采用低功耗設計方法，使用低電壓、低功耗的基于ARM7內核的LPC2138/2148微處理器及微功率無線數傳模塊，將硬件電路功耗降到最低。采用SD卡作為存儲器，增加了數據存儲容量和數據可靠性。采用單軸加速度傳感器ADXL105作為沖次傳感器，具有高精度、低功耗、高可靠性的優點。CDMA模塊采用基于CDMA1X數據通信網絡的H7710，組成高速、永遠在線、透明數據傳輸的數據通信網絡。 軟件設計遵循模塊化設計思想，既考慮到各模塊功能的實現，又兼顧了系統總體的協調性。本系統軟件由工況傳感器軟件、手持機軟件、數據中繼單元軟件及數據中心軟件四部分組成。工況傳感器軟件、手持機軟件和數據中繼單元軟件由ADS集成開發環境編寫，并由AXD仿真調試器生成可執行代碼，最后通過EasyJTAG仿真器下載到微處理器芯片中。數據中心運行于服務器/客戶機工作模式，使用SQL Server數據庫。數據中心處理軟件由Visual Basic6．0編寫，運行于Windows操作系統中。 通訊網絡由無線數傳網絡和CDMA網絡組成，工況傳感器與數據中繼單元組成無線數傳網絡，采用ISM工作頻段，實現近距離無線通訊。數據中繼單元作為無線數傳網絡的中心節點，通過CDMA網絡與數據中心通信處理機相聯，實現數據的遠程傳輸。 本系統首次利用加速度傳感器與拉線位移傳感器相結合的方式，實現抽油井工況長期連續監測，提高了整個系統的可靠性；利用ARM單片機作為微處理器，低功耗電路設計，低功耗工作模式，延長了電池的壽命；無線數傳網絡與CDMA網絡相結合，兼具無線數傳網絡與CDMA網絡的優點，降低了整個系統的安裝和運行費用；數據中心采用服務器/客戶機工作模式，便于用戶共享數據。目前該系統的各部分均經過硬件、軟件及運行測試，已經在油田試運行。運行結果表明，該系統性能完善，運行可靠，安裝及維護簡便，取得了較好的效果。
上傳時間： 2013-07-12
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