虛擬儀器技術是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。目前虛擬儀器大部分是基于PC機，利用PCI等總線技術傳輸數據，數據卡插拔不便，便攜性差。隨著嵌入式技術的飛速發展，嵌入式系統平臺已經應用到各個領域，而市場上的嵌入式虛擬儀器系統還相當少，各種研究工作才剛剛起步，各種高性能的虛擬儀器和處理系統在現代工業控制和科學研究中已成為必不可少的部分。因此在我國開發具有較高性能、接口靈活、功能多樣化、低成本的虛擬儀器裝置勢在必行。 針對目前虛擬儀器系統發展趨勢和特點，采用FPGA技術，進行一種支持多種平臺的高速虛擬儀器系統的設計與研究，并針對高速虛擬儀器系統中的一些技術難點提出解決方案。首先進行了系統的總體設計，確定了采用FPGA作為系統的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺應用程序開發工具，利用USB2.0接口來進行數據傳輸；同時選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統硬軟件平臺。隨后進行了各個具體模塊的設計，在硬件方面，分別設計了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進行了FPGA控制程序的設計工作，實現了對各個模塊和接口電路的控制功能。在上層應用程序的設計方面，設計了Labview應用程序，實現了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機界面良好。在嵌入式平臺上面，進行了WinCE下GPIO驅動程序設計，并在上層應用程序中調用驅動來進行數據的讀取。為了解決高速ADC與數據緩存器的速度不匹配的問題，提出利用多體交叉式存儲器結構的設計方案，并在FPGA內對控制程序進行了設計，對其時序進行了仿真。 最后對系統進行了聯合調試工作，利用上層軟件對輸入波形進行采集。根據調試結果看，該系統對輸入信號進行了較好的采樣和存儲，還原了波形，達到了預期效果。課題研究并且對設計出一種支持多平臺的新型虛擬儀器系統，具有性能好、使用靈活，節省成本等特點，具有較高的研究價值和現實意義。
標簽： FPGA 虛擬儀器
上傳時間： 2013-04-24
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本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU調試技術。論文研究了NiosⅡ嵌入式軟核處理器的特性；實現了以Nios Ⅱ嵌入式處理器為核心的FPGA-CPU調試系統的軟、硬件設計；對兩種不同類型的FPGA-CPU進行了實際調試，對實驗數據進行了分析。 在硬件方面，為了控制和檢測FPGA-CPU，設計并實現了FPGA-CPU的控制電路、FPGA-CPU的內部通用寄存器組掃描電路、存儲器電路等；完成了各種外圍設備接口的設計；實現了調試系統的整體設計。 在軟件方面，設計了調試監控軟件，完成了對FPGA-CPU運行的控制和信號狀態的監測。這些信號包括地址和數據總線以及各種寄存器的數據等；實現了多種模式下的FPGA-CPU調試支持單時鐘調試、單步調試和軟件斷點多種調試模式。此外，設計了專用的編譯軟件，實現了基于不同指令系統的偽匯編程序編譯，提高了調試效率。 本文作者在實現了FPGA-CPU調試系統基礎上，對兩種指令系統不同、結構迥異的FPGA-CPU進行實際調試。調試結果表明，這種基于IP核的可復用設計技術，能夠在一個FPGA芯片內實現調試系統和FPGA-CPU的無縫連接，能夠有效地調試FPGA-CPU。
標簽： FPGACPU Nios 調試
上傳時間： 2013-08-04
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論文提出了一種基于FPSLIC的下位機控制器系統設計，并且在嵌入式硬件和軟件的聯合調度之下予以實現，并將該系統應用于微小型無人直升機MUAV控制上。 微小型無人直升機體積小、重量輕、隱蔽性好、機動性強、易實現懸停和超低空飛行，因此在軍用和民用領域都有廣泛的應用前景。微小型無人直升機在空中執行任務時需要實時獲得在空間的姿態和高度位置信息，然后通過調制舵機狀態來調整飛行器的空中姿態，糾正飛行路線，而MUAV的飛控系統需要具有負荷輕，功能強大，實時性強以及低功耗的特點，對嵌入式處理器要求較高，所以針對MUAV的控制采用上下位機聯合控制的結構。并且由于目前現有的下位機控制器滿足不了MUAV控制發展的需求，所以本文中利用FPS[JC優越的性能，實現了一種新的下位機控制器的設計，具有體積小、重量輕、價格低、功耗低、實時性強、可靠性高、擴展性好等優點的同時，完成了基于PWM的舵機的控制和基于Kalman濾波的多傳感器的數據融合，以及上下位機之間的通訊等功能，具有較強的使用和應用價值。 論文首先介紹了MUAV飛行控制的結構，以及下位機實現功能的模塊劃分。然后是對MUAV控制系統相關理論的介紹，包括舵機控制的原理和方法以及多傳感器數據融合的理論。 其次論文介紹了基于FPSLIC的下位機控制器系統的軟硬件設計。在硬件設計上，給出了硬件總體設計方案，并對各個功能模塊進行了詳細論述，軟件部分在給出了主要的框架和功能劃分后，主要介紹了利用FPSLIC的FPGA部分實現PWM控制和測量的模塊以及AVR部分對多傳感器信息進行Kalman濾波融合的實現。 最后在實驗室的汽油無人直升機的測試平臺上進行了舵機控制和高度測試實驗，取得了滿意的實驗結果。
標簽： FPSLIC FPGA AVR SOC
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
標簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現
上傳時間： 2013-06-07
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在信息化發展的當前，音視頻等多媒體作為信息的載體，在社會生活的各個領域，起著越來越重要的作用。數字視頻的海量性成為阻礙其應用的的瓶頸之一。在這種情況下，H．264作為新一代的視頻壓縮標準，以其高性能的壓縮效率，成為備受關注的焦點和研究問題。H．264通過運動估計/運動補償（MP/MC）消除視頻時間冗余，對差值圖像進行離散余弦變換（DCT）消除空間冗余，對量化后的系數進行可變長編碼（VLC）消除統計冗余，獲得了極高的壓縮效率。隨著嵌入式處理器性能的逐漸提升和3G網絡即將商用的推動，H．264以其優秀的壓縮性能，無論是無線信道傳輸方面，還是存儲容量有限的嵌入式設備都具有廣闊的應用前景。 但H．264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復雜度的成倍增加，實際應用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格，已出現的對應算法代碼多基于PC通用處理器實現，而嵌入式設備的主頻和處理能力仍然相對有限，存儲容量相對較小，總線速率相對偏低，因此必須對標準對應算法進行優化移植，才能滿足實際應用的需求。 本文在對H．264標準及其新特性進行詳細介紹后，重點研究了在解碼端如何針對解碼耗時較多的模塊進行改進，然后將算法移植到ARM平臺，并針對平臺特點作出相應優化，最后完成解碼圖象顯示，并給出了測試結果。本文主要完成的工作如下： 詳細分析了H．264的參考軟件JM中解碼流程，并利用測試工具分析了各模塊耗時，針對耗時較多的模塊如插值運算及去塊濾波模塊，提出了對應的改進算法并在H．264的參考軟件JM86上進行了實現，PC測試實驗證明了算法改進的優越性和運算優化的可行性。最后針對ARM平臺，在對程序結構和對應代碼進行優化之后，將其移植到WINCE系統之下，同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法，并對最終測試結果與性能做出了評價。
標簽： 264 ARM 解碼 算法優化
上傳時間： 2013-06-04
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隨著當今生產力的發展和技術的進步，生產設備的自動化程度越來越高，傳統的監控手段已不能滿足生產自動化、智能化和網絡化的需求。智能巡檢終端作為生產安全的重要輔助設備，能在復雜環境下實現對多設備多信號量的實時采集和處理，可以作為解決生產設備安全運行的主要手段之一。近來年嵌入式技術以其強大的處理能力、高度的可靠性在微控制領域的應用越來越廣泛。無線通信技術，特別是GPRS無線網絡技術的快速發展。使互聯網等寬帶數據網絡與無線通信網絡實現互聯，能夠大大提高無線監控效率。在分析研究了當前國內、外設備巡檢系統研究現狀，并結合嵌入式技術和GPRS無線網絡通訊技術的基礎上，根據實際項目企業的具體生產要求，論文提出了一種基于GPRS無線通信技術與嵌入式技術的無線智能設備巡檢系統。 本系統采用三星公司的ARM920TS3C2410芯片作為系統處理器，處理器從外部傳感器采集到的相關數據，如：溫度、濕度、壓力等，通過SIM—300GRPS無線通訊模塊的AT命令將數據通過無線網絡傳送到移動運營商GPRS網絡中，然后將數據傳送到生產監控中心(指定IP地址或域名)監控中心，監控中心可以通過專門軟件對從各監控點傳遞的數據作出分析處理，并通過GPRS網絡將相關控制命令反饋給各個監控點。 本課題主要工作集中在兩個方面：一方面是GPRS無線收發設備硬件實現，在這一部分涉及到模塊硬件功能設計、無線模塊、嵌入式處理器的選型；另一方面是軟件設計，給出了系統軟件開發流程，完成了各模塊的開發工作。研究和試驗表明，該系統具有價格低廉、穩定可靠的特點，能滿足遠程無線數據傳輸的實際需求。
標簽： ARMGPRS 無線智能 巡檢 終端設計
上傳時間： 2013-06-01
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嵌入式技術與GPRS、GPS的結合實現了許多傳統的數據終端通過遠程聯網進行無線監控，如車載GPS監控系統、農業現場環境信息監控系統、航標定位監控系統等等。此類系統的終端具有以下特點：一是監控終端自身是智能設備：二是監控終端需要將GPS測量的位置報告給監控中心；三是監控終端本身無法通過網線接入互聯網而需要采用GPRS無線通信技術接入互聯網。 本論文主要研究GPS無線監控系統中的無線監控終端部分的理論與實現技術。利用現有成熟的無線網GPRS通信技術，采用嵌入式處理器ARM的無線監控終端，并給出軟硬件實現方案。系統主要完成GPS數據采集和GPRS無線數據收發，主要包括四個部分：第一，PPP撥號程序pppd和chat的移植；第二，撥號腳本的修改與配置；第三，多進程技術實現GPS數據的串口讀取；第四，通過socket套接字編程實現監控終端和監控中心無線收發數據。 本設計是基于RedHatLinux9.0操作系統和立宇泰公司的ARMSYS2410開發平臺下完成的，軟件部分全部用Linux C語言實現。本文以理論聯系實際，給出了一個監控終端的具體實現方案，并在實驗室內使用服務器監控程序進行完整的系統設計與初步仿真實現。
標簽： ARMLinux GPRS GPS 監控終端
上傳時間： 2013-07-06
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隨著國民經濟的快速發展，我國對于電力的需求和依賴性也越來越大。同時，對變電站及電網的安全和穩定也提出了更高的要求。2008年的南方冰雪災害造成了電力設施及輸電線路的重大損失，嚴重危害了電網的正常工作，影響了人民的正常生活和工廠的正常運行。電力部門需要一種能夠實時監控變電站設備的監控系統，第一時間監測到電力設備的損壞和人為因素的破壞，迅速做出處理，將損失減小到最低值。隨著電力部門網路化的全面普及，各個變電站有了相應的通訊網絡，使得監控系統網絡傳輸成為可能。 課題探索了低功耗、高性能、低成本并具有豐富芯片資源的嵌入式處理器和內核精簡、性能強悍、源碼開放及開發成本低的操作系統，設計和實現了基于ARM9和嵌入式Linux操作系統的變電站監控系統，實現了對變電站設備的實時視頻監控、紅外線監測和煙霧火災探測等功能。系統硬件采用模塊化設計，主控制器模塊采用三星公司的S3C2410A高性能芯片作為嵌入式微處理器，設計了外圍接口電路和其它外圍設備電路；視頻監控模塊采用OV511系列USB攝像頭進行圖像采集；紅外線防盜監測模塊采用熱釋電紅外線傳感器配合菲涅爾透鏡設計了報警電路；煙霧火災探測模塊采用Motorola公司生產的離子型煙霧檢測芯片MC14468，設計了監測電路。系統軟件開發分兩層，下層軟件開發構建了交叉編譯環境，移植了嵌入式Linux操作系統并利用Video4Linux API庫函數接口完成了視頻圖像采集程序的設計，同時對攝像頭驅動程序進行了提取和編譯；上層軟件開發實現了對采集的視頻數據在網絡中傳輸，使用Visual C++設計了客戶端監控應用界面，實現人機交互，并對所采集視頻圖像進行了最優化處理。 課題針對現有監控系統存在的不足進行改進，集視頻監控、紅外線防盜監測和火災報警等功能于一體，充分發揮嵌入式系統和計算機網絡的優勢，設計出了功能豐富，性能優良的變電站監控系統。提高了變電站運行和維護的安全性及可靠性，并逐步實現了電網的可視化監控和調度，使電網調控運行更為安全、可靠。
標簽： ARM 電站監控 系統研究
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本文討論工業廢水中和處理中pH值的控制方法。由于中和反應中pH值的變化是一個嚴重非線性的過程，pH值控制被公認為世界上的控制難題之一，在此運用了ARM技術和模糊控制來解決這一難題。 論文首先介紹了工業廢水處理中酸堿度控制的現狀、存在的問題，并提出了基于ARM的工業廢水控制系統的設計方案。其次詳細研究了當前嵌入式系統的發展，深入探討了ARM嵌入式處理器的特點、應用及體系結構，并著重介紹了本文所使用的LPC2131微處理器。然后針對pH的非線性特點做了分析并設計了以INA116為核心元件的pH測量電路。在廣泛閱讀和全面深入總結國內外相關文獻資料的基礎上，了解了模糊控制的一些關鍵技術和發展現狀，設計出了基于ARM的工業廢水模糊控制器。 硬件設計與軟件設計為本論文的重點內容。硬件設計包括：電源電路、復位電路、晶振電路、Flash存儲器、SDRAM存儲器、JTAG電路、串行通信電路、LCD模塊設計、A/D變換模塊、PWM電磁閥驅動電路；軟件設計除了為硬件提供相應的驅動程序外，最重要的是用C語言實現了基于ARM的工業廢水模糊控制器。基于ARM的工業廢水控制系統中上位機和下位機的數據通訊采用RS-232方式，下位機采用C語言編程、ADS1．2開發，上位機采用Delph17．0進行設計。 論文的最后對全文的主要研究內容進行了總結，指出了設計過程中遇到的問題及存在的不足之處，給出了主要研究結論和今后的研究方向。實驗結果表明系統基本上達到了系統設計中所給出的性能指標，證明了整個系統設計的正確性和合理性，很好地解決了pH值控制中的非線性問題。與傳統控制方法相比較，本系統結構簡單，控制效果良好。
標簽： ARM 工業 pH值 廢水
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在信息化社會中，LED顯示屏作為一種信息的傳播媒體，在交通、天氣預報、廣告、通知、工農業生產、商業信息等領域應用十分廣泛，已經成為城市信息現代化建設的標志。 本文介紹了LED顯示屏國內外的發展現狀，在分析LED顯示屏工作原理后，結合LED顯示屏控制系統及顯示驅動設備的具體要求，提出了使用嵌入式處理器LPC2124作為控制核心，使用挪威Nordic公司推出的單片射頻發射器nRF905傳送無線顯示信息的總體設計方案。由于LPC2124所具有的豐富的接口資源，使用其SPI口實現了和驅動芯片SD16726的串行傳輸，這在很大程度上簡化了系統結構，增加了系統的可靠性。單片收發芯片實現無線數據顯示信息傳遞與更新，避免了使用基于中國移動通訊運營商的GSM/GPRS通信網絡的數據傳輸，而帶來在信息更新時的額外開銷費用。在系統硬件設計中，給出了各功能模塊：包括電源、時鐘電路、存儲器的擴展、射頻模塊、LED掃描驅動模塊等的具體設計。最后，在系統軟件設計中，完成了對顯示屏數據的發送、接收數據和對顯示屏進行顯示控制驅動程序設計，最終實現整個系統的功能。在設計過程中，通過做各種測試和試驗，驗證了基于ARM的無線LED顯示屏系統的設計是完全可行的，具有非常廣闊的應用前景。
標簽： ARM LED 無線 顯示屏
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