心音信號是人體最重要的生理信號之一，包含心臟各個部分如心房、心室、大血管、心血管及各個瓣膜功能狀態的大量生理病理信息。心音信號分析與識別是了解心臟和血管狀態的一種不可缺少的手段。本文針對目前該研究領域中存在的分析方法問題和分類識別技術難點展開了深入的研究，內容涉及心音構成的分析、心音信號特征向量的提取、正常心音信號（NM）和房顫（AF）、主動脈回流（AR）、主動脈狹窄（AS）、二尖瓣回流（MR）4種心臟雜音信號的分類識別。本文的工作內容包括以下5個方面： a）心音信號采集與預處理。本文采用自行研制的帶有錄音機功能的聽診器實現對心音信號的采集。通過對心音信號噪聲分析，選用小波降噪作為心音信號的濾波方法。根據實驗分析，選擇Donoho閾值函數結合多級閾值的方法作為心音信號預處理方案。 b）心音信號時頻分析方法。文中采用5種時頻分析方法分別對心音信號進行了時頻譜特性分析，結果表明：不同的時頻分析方法與待分析心音信號的特性有密切關系，即需要在小的交叉項干擾與高的時頻分辨率之間作綜合的考慮。鑒于此，本文提出了一種自適應錐形核時頻（ATF）分析方法，通過實驗驗證該分布能較好地反映心音信號的時頻結構，其性能優于一般錐形核分布（CKD）以及Choi-Williams分布（CWD）、譜圖（SPEC）等固定核時頻分析方法，從而選擇自應錐形核時頻分析方法進行心音信號分析。 c）心音信號特征向量提取。根據對3M Littmann（） Stethoscopes[31]數據庫中標準心音信號的時頻分析結果，提取8組特征數據，通過Fihser降維處理方法提取出了實現分類可視化，且最易于分類的心音信號的2維特征向量，作為心音信號分類的特征向量。 d）心音信號分類方法。根據心音信號特征向量組成的散點圖，研究了支持向量機核函數、多分類支持向量機的選取方法，同時，基于分類的目的 性和可信性，本文提出以分類精度最大為判斷準則的核函數參數與松弛變量的優化方法，建立了心音信號分類的支持向量機模型，選取標準數據庫中NM、AF、AR、AS、MR每類心音信號的80組2維特征向量中每類60組數據作為支持向量機的學習樣本，對余下的每類20組數據進行測試，得到每類的分類精度（Ar）均為100％，同時對臨床上采集的與上述4種同類心臟雜音信號和正常心音信號中每類24個心動周期進行分類實測，分類精度分別為：NM、AF、MR的分類精度均為100％，而AR、AS均為95．83％，驗證了該方法的分類有效性。 e）心音信號分析與識別的軟件系統。本文以MATLAB語言的可視化功能實現了心音信號分析與識別的軟件運行平臺構建，可完成對心音信號的讀取、預處理，繪制時-頻、能量特性的三維圖及兩維等高線圖；同時，利用MATLAB與EXCEL的動態鏈接，實現對心音信號分析數據的存儲以及統計功能；最后，通過對心音信號2維特征向量的分析，實現心音信號的自動識別功能。 本文的研究特色主要體現在心音信號特征向量提取的方法以及多分類支持向量機模型的建立兩方面。 綜上所述，本文從理論與實踐兩方面對心音信號進行了深入的研究，主要是采用自適應錐形核時頻分析方法提取心音信號特征向量，根據心音信號特征向量組成的散點圖，建立心音信號分類的支持向量機模型，并對正常心音信號和4種心臟雜音信號進行了分類研究，取得了較為滿意的分類結果，但由于用于分類的心臟雜音信號種類及數據量尚不足，因此，今后的工作重點是采集更多種類的心臟雜音信號，進一步提高心音信號分類精度，使本文研究成果能最終應用于臨床心臟量化聽診。 關鍵詞：心音信號，小波降噪，非平穩信號，心臟雜音，信號處理，時頻分析，自適應，支持向量機
上傳時間： 2013-04-24
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隨著用戶對供電質量要求的進一步提高，模塊化UPS 并聯系統獲得了越來越廣泛的應用。本文以模塊化UPS為研究對象，根據電路結構，將其分為直流部分模塊化和交流部分模塊化分別進行討論。整流環節對Boost-PFC 電路進行并聯控制，實現直流部分的模塊化；逆變環節在瞬時電壓PID 控制的基礎上，引入了瞬時均流的并聯控制策略，實現交流部分的模塊化。 介紹了有源功率因數校正技術的基本原理和控制思路，分析了單管雙Boost-PFC電路的工作過程，并將其簡化等效成常規的Boost 電路進行分析和控制。根據控制系統的結構，分別對電流控制環和電壓控制環進行了分析，得出了電感電流主要受電流指令的影響，而輸入輸出電壓差的影響則相對比較小；輸出電壓主要受參考給定指令電壓、緩啟給定指令電壓以及輸出電流等因素的影響。根據電流環和電壓環的解析表達式，給出了并聯控制的方法及原理。 對單相電路、三相電路以及多模塊并聯電路分別進行了仿真驗證，對多模塊的并聯系統進行了實驗驗證。建立了單相逆變器的數學模型，并加入PID 控制器，得到了輸出電壓的解析表達式，得出逆變器輸出電壓與參考給定電壓和輸出電流有關。利用極點配置的方法得到了模擬域PID 控制器參數的計算公式，并采用后向差分法，將其轉換到數字域，得到了數字PID 控制器參數與模擬域參數的換算關系。通過實驗測試和曲線擬合的辦法，得到了實際逆變器的電路參數。通過對所設計的數字PID 控制器進行仿真和實驗，驗證了理論分析和計算。建立了PID 電壓閉環的多逆變器并聯系統數學模型，分析得出并聯系統的輸出電壓主要由系統中各模塊的平均給定電壓決定，同時也受較高次的輸出諧波電流影響，受輸出基波電流影響相對較小；環流主要受模塊的給定電壓與系統平均給定電壓的偏差影響。針對環流產生的原因，提出了一種瞬時均流控制策略來減小系統環流對給定電壓偏差的增益，從而達到瞬時均流的目的。 對兩逆變模塊并聯的系統在各種工況下進行了仿真和實驗，驗證了理論分析的正確性和這種瞬時均流控制策略的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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工業生產過程中，時滯對象普遍存在，同時也是較難控制的，尤其是大時滯對象的控制一直都是一個難題。而很多溫度控制系統都是屬于大時滯系統，常見的智能溫度控制器雖然在溫度控制的實際應用中表現了比較理想的控制效果，但它仍然屬于將參數整定與系統控制分開處理的離線整定方法，如果工況發生變化就必須重新調整參數。針對這一問題，為了實現時滯系統參數自整定的控制，本文將神經網路控制、模糊控制和PID控制結合起來，設計了基于神經網路的模糊自適應PID控制器。 首先，本論文分析了時滯系統的特點，討論了幾種時滯系統較為成熟的常規控制算法：微分先行控制算法、史密斯預估控制算法、大林控制算法，并深入研究了它們的控制性能；并且通過仿真對這三種控制方法在溫控系統中的控制性能進行了比較。 其次，在分析PID參數自整定傳統方法的基礎上，設計了一種改進方法，并設計了相應的控制器。該控制器綜合了模糊控制、神經網絡控制和PID控制各自的長處，既具備了模糊控制簡單有效的控制作用以及較強的邏輯推理功能，也具備了神經網絡的自適應、自學習的能力，同時也具備了傳統PID控制的廣泛適應性。該方法不需要離線整定參數，實現了在線自整定參數。仿真實驗表明了該控制器對模型和環境都具有較好的適應能力和較強的魯棒性。 最后將基于神經網路的模糊自適應PID控制器應用于貝加萊PID溫控裝置，能夠出色地實現參數的在線自整定。理論分析、系統仿真、實驗結果都證實了這種控制策略能有效地減少系統超調量，并減少了調節時間，提高了系統的實時性和控制精度。
上傳時間： 2013-07-05
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伴隨高速DSP技術的廣泛應用，實時快速可靠地進行數字信號處理成為用戶追求的目標。同時，由于可編程器件在速度和集成度方面的飛速提高，使得利用硬件實現數字信號實時快速可靠處理有了新的途徑。 FIR濾波器是數字信號處理中常用部件，它的最大優點在于：設計任何幅頻特性時，可以具有嚴格的線性相位，這一點對數字信號的實時處理非常關鍵。 FPGA是常用的可編程器件，它所具有的查找表結構非常適用于實現實時快速可靠的FIR濾波器，在加上VHDL語言靈活的描述方法以及與硬件無關的特點，使得使用VHDL語言基于FPGA芯片實現FIR濾波器成為研究的方向。 本文對基于FPGA的FIR數字濾波器實現進行了研究，并設計了一個16階的FIR低通濾波器。所做的主要工作為： 1.以FIR數字濾波器的基本理論為依據，使用分布式算法作為濾波器的硬件實現算法，并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規模過大的缺點，采用多塊查找表的方式減小硬件規模。 2.在設計中采用了自頂向下的層次化、模塊化的設計思想，將整個濾波器劃分為多個模塊，利用VHDL語言的描述方法進行了各個功能模塊的設計，最終完成了FIR數字濾波器的系統設計。 3.采用FLEX10K系列器件實現一個16階的FIR低通濾波器的設計實例，用MAX+PLUSII軟件進行了仿真，并用MATLAB對仿真結果進行了分析，證明所設計的FIR數字濾波器功能正確。 仿真結果表明，本論文所設計的FIR濾波器硬件規模較小，采樣率達到了17.73MHz。同時只要將查找表進行相應的改動，就能分別實現低通、高通、帶通FIR濾波器，體現了設計的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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激光測距技術被廣泛應用于現代工業測量、航空與大地的測量、國防及通信等諸多領域。本文從已獲得廣泛應用的脈沖激光測距技術入手，重點分析了近年提出的自觸發脈沖激光測距技術(STPLR)特別是其中的雙自觸發脈沖激光測距技術(BSTPLR)，通過分析發現其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時間(周期)的高精度高速計數器，而目前一般的方式是采用昂貴的進口高速計數器或專用集成電路(ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發、系統的改造升級和自主知識產權保護等諸多方面受到制約，同時在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現場可編程門陣列(FPGA)來實現脈沖激光測距中的高精度高速計數及其他相關功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對雙自觸發脈沖激光測距的主要技術要求和技術指標進行分析，對其中的信號處理單元采用了FPGA+單片機的設計形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測量模塊，在整個測距系統中是信號處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內部時鐘頻率，設計了專用于BSTPLR的高速高精度計數芯片，負責對測距信號產生電路中的時刻鑒別電路輸出信號進行計數。數據處理模塊則主要由單片機(AT89C51)來實現。系統可以通過鍵盤預置門控信號的寬度以均衡測量的精度和速度，測量結果采用7位LED數碼管顯示。本設計在近距離(大尺寸)范圍內實驗測試時基本滿足設計要求。
上傳時間： 2013-06-02
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Internet的快速發展以及網絡規模的迅速增長，使得對網絡管理的需求變得越來越重要。這就要求對網絡中所有設備及協議進行管理。而當今網絡管理方式的發展趨勢是更加智能化、自動化。這就需要由網絡管理軟件來更大限度的減少網絡管理員工作量，使網絡管理員的工作從繁雜的管理網絡操作轉變到管理網絡工具。 SNMP（簡單網絡管理協議）協議由于其易于實現和廣泛的TCP/IP應用基礎而獲得廠商的支持。而開源的NetSNMP軟件的跨平臺特性，使其在網絡設備中得到了廣泛應用。但以前基于SNMP的網絡管理通常都是通過命令行或簡單的網絡管理工具，管理操作起來比較繁瑣，而且收集到的結果比較抽象。AdventNet公司出品的Opmanager軟件不僅擁有對SNMP監控數據強大的圖形圖表生成能力，而且簡單易用。與NetSNMP結合，可以很好的實現企業級的網絡管理功能。因此本文選用Opmanager網絡管理軟件實現了基于嵌入式Linux平臺的SNMP圖形化監控。 首先介紹了SNMP協議，包括SNMP協議的概述和SNMP協議的規范。其次構建了基于ARM7和ARM9兩套嵌入式Linux開發平臺，并在Linux PC上建立了它們的交叉編譯環境。再次把NetSNMP代理程序分別移植到了這兩套ARM平臺，并對移植的程序進行裁減和優化使其適合在嵌入式設備上運行。最后通過Opmanager網絡管理軟件實現了對嵌入式設備的圖形化監控，并在此基礎上拓展了自定義的監控項使Opmanager管理軟件能輪詢到它們并生成實時的圖形。最后Opmanager在快照主頁面將它們定義為主視圖，在主窗口顯示出來。
上傳時間： 2013-08-02
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現場總線技術以其先進性、實用性、可靠性、開放性等優點，已經成為自動化技術發展的熱點。現場總線控制系統作為一種開放的、具可互操作性的、徹底分散的分布式控制系統，已經對傳統的PLC、集散控制系統形成了巨大的沖擊，具有廣闊的發展前景。 作為現場總線之一的CAN總線以其可靠性高、實時性好、價格低廉、容易實現等優點，被廣泛應用于工業控制領域。與傳統的控制系統相比，基于CAN總線設計的工業控制系統可以減少系統控制的復雜性，降低成本，并能提高系統的穩定性和擴展性。 本論文針對某石材加工廠的具體應用需求，在分析了CAN總線協議的基礎上，給出了工業控制網絡的總體解決方案，主控節點硬件設計、軟件設計，人機界面設計，以及網絡通訊結構模型及具體實現流程，完成的主要工作如下： 軟硬件平臺設計，基于ARM處理器LPC2378開發了工控網絡主控節點。設計了該節點的硬件電路，包括CAN總線接口電路、串行接口電路、AD、DA轉換隔離電路等。在硬件平臺上進行μC/OS-II操作系統移植，基于該操作系統編寫了各硬件模塊驅動程序，主要包括串行接口和CAN模塊的初始化、數據接收以及發送。 通訊設計，根據工業控制應用的具體需求，設計了網絡整體解決方案，包括網絡拓撲方案，通訊結構等，基于CAN總線技術規范CAN2.0B自定義了CAN總線網絡應用層通信協議CAN08。 人機界面設計，基于威綸MT505設計了工控網絡的人機界面，編程實現人機界面與主控節點的Modbus通訊。
上傳時間： 2013-07-09
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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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激光測距技術被廣泛應用于現代工業測量、航空與大地的測量、國防及通信等諸多領域。本文從已獲得廣泛應用的脈沖激光測距技術入手，重點分析了近年提出的自觸發脈沖激光測距技術(STPLR)特別是其中的雙自觸發脈沖激光測距技術(BSTPLR)，通過分析發現其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時間(周期)的高精度高速計數器，而目前一般的方式是采用昂貴的進口高速計數器或專用集成電路(ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發、系統的改造升級和自主知識產權保護等諸多方面受到制約，同時在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現場可編程門陣列(FPGA)來實現脈沖激光測距中的高精度高速計數及其他相關功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對雙自觸發脈沖激光測距的主要技術要求和技術指標進行分析，對其中的信號處理單元采用了FPGA+單片機的設計形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測量模塊，在整個測距系統中是信號處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內部時鐘頻率，設計了專用于BSTPLR的高速高精度計數芯片，負責對測距信號產生電路中的時刻鑒別電路輸出信號進行計數。數據處理模塊則主要由單片機(AT89C51)來實現。系統可以通過鍵盤預置門控信號的寬度以均衡測量的精度和速度，測量結果采用7位LED數碼管顯示。本設計在近距離(大尺寸)范圍內實驗測試時基本滿足設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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生物醫學信號是源于一個生物系統的一類信號，像心音、腦電、生物序列和基因以及神經活動等，這些信號通常含有與生物系統生理和結構狀態相關的信息，它們對這些系統狀態的研究和診斷具有很大的價值。信號拾取、采集和處理的正確與否直接影響到生物醫學研究的準確性，如何有效地從強噪聲背景中提取有用的生物醫學信號是信號處理技術的重要問題。 設計自適應濾波器對帶有工頻干擾的生物醫學信號進行濾波，從而消除工頻干擾，獲得最佳的濾波效果是本研究要解決的問題。生物醫學信號具有信號弱、噪聲強、頻率范圍較低、隨機性強等特點。由于心電(electrocardiogram，ECG)信號的確定性、穩定性、規則性都比其他生物信號高，便于準確評估和檢測濾波效果，本研究采用ECG信號作為原始的模板信號。 本研究將新的電子芯片技術與現代信號處理技術相結合，從過去單一的軟件算法研究，轉向軟件與硬件結合，從而提高自適應速度和精度，而且可以使系統的開發周期縮短、成本降低、容易升級和變更。 采用現場可編程邏輯器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)作為新的ECG快速提取算法的硬件載體，加快信號處理的速度。為了將ECG快速提取算法轉換為常用的適合于FPGA芯片的定點數算法，研究中詳細分析了定點數的量化效應對自適應噪聲消除器的影響，以及對浮點數算法和定點數算法的復合自適應濾波器的各種參數的選擇，如步長因子和字長選擇。研究中以定點數算法中的步長因子和字長選擇，作為FPGA設計的基礎，利用串并結合的硬件結構實現自適應濾波器，并得到了預期的效果，準確提取改善后的ECG信號。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)軟件的環境下模擬，選取帶有50Hz工頻干擾的不同信噪比的ECG原始信號，在浮點數情況下，原始信號通過采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮點數自適應濾波器后，根據信噪比的改善和收斂速度，確定不同的最佳μ值，并在定點數情況下，在最佳μ值的情況下，原始信號通過采用LMs算法的定點數自適應濾波器后，根據信噪比的改善效果和采用硬件的經濟性，確定最佳的定點數。并了解LMS算法中步長因子、定點數字長值對信號信噪比、收斂速度和硬件經濟性的影響。從而得出針對含有工頻干擾的不同信噪比的原始ECG，應該采用什么樣的μ值和什么樣的定點數才能對原始ECG的改善和以后的硬件實現取得最佳的效果，并根據所得到的數據和結果，在FPGA上實現自適應濾波器，使自適應濾波器能對帶有工頻干擾的ECG原始信號有最佳的濾波效果。
上傳時間： 2013-04-24
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