TCP/IP協議作為Internet上的通信實現方式的一種，是近年來嵌入式應用領域的一個研究熱點。嵌入式設備要與Internet網絡直接交換信息，就需要支持TCP/IP協議。嵌入式系統具有內核小、專用性強、系統精簡、實時性高、功耗和環境要求嚴格等特點，所以傳統的TCP/IP協議不適合移植到嵌入式系統中。實現嵌入式系統網絡接入有兩種選擇，第一種是按照TCP/IP協議的原理編寫簡化版的通信協議；第二種是將已有小型的，適用于嵌入式系統的網絡協議移植到系統中。 首先本文簡要介紹了嵌入式網絡協議的研究現狀和研究內容，分析了LwIP協議棧中IP協議、TCP協議、UDP協議和ICMP協議的原理。由于LwIP沒有使用和操作系統相關的系統調用和數據結構，所以在LwIP和操作系統之間增加了一個操作系統封裝層為操作系統服務。LwIP不僅保持了TCP協議主要功能，而且減少了對RAM的占用。 其次，移植中實現了操作系統模擬層和LwIP底層接口。操作系統模擬層為協議和操作系統提供了一個接口，使協議對操作系統透明，可以不依賴操作系統運行，需要實現信號量、郵箱、線程和臨界保護。LwIP底層接口為不同的硬件提供不同的驅動程序，需要實現系統初始化、網卡初始化、線程接收、數據包的讀取和發送。 最后提出測試設計框架，在ARM開發板和μC/OS-Ⅱ操作系統上對移植的協議進行測試。測試結果表明，移植協議可以正常工作，實現了基本的網絡功能。
上傳時間： 2013-07-11
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在工業過程中，許多對象具有滯后特性，由于純滯后的存在，使得系統的超調量變大，調節時間變長。因此滯后過程被公認為較難控制的對象，而且純滯后占整個動態過程的時間越長，難控的程度越大。所以大純滯后對象的控制一直是困擾自動控制和計算機應用領域的一大難題。而這類對象又廣泛存在于石油、化工、釀造、制藥、冶金等工業生產過程中。因此對該問題的研究具有重大的實際意義。 傳統的PID配合Smith預估補償器的控制方法，對模型誤差反映比較靈敏，當存在建模誤差或干擾時，控制效果并不能取得令人滿意的效果。近年來隨著模糊控制、神經網絡控制等智能控制研究的不斷深入，有些學者將它們與Smith預估控制、PID控制及預測控制等相結合，提出了針對不確定大滯后系統的新的控制方法。雖然有些控制方案效果不錯，但系統的復雜程度和調試難度也隨之增加。因此設計簡單、快速、可靠的控制器，仍是一個重大課題。 本文首先介紹了大滯后過程的控制特點，概述了常用的大滯后過程的控制方法及其優缺點。接著概要地介紹了嵌入式系統的優點、發展歷史、現狀及前景。并針對性地介紹了ARM控制器的概況以及它的應用領域。然后本文針對大滯后對象提出了自抗擾控制器與Smith預估補償器相結合的設計方案。通過仿真對比了本方案、PID配合Smith預估補償器及單一的自抗擾控制器的控制效果，表明自抗擾控制器與Smith預估補償器的結合有效地改善了大滯后對象的控制效果，增強了系統的魯棒性和抗干擾能力。為驗證該控制方案的實際控制效果，我們以PCT-II型過程控制實驗裝置中的具有大滯后特性的盤管內部的溫度為被控對象，以JX44BO開發板作為主要的控制平臺設計并完成大滯后控制實驗。所以接下來本文介紹了實現這個嵌入式溫度大滯后控制系統所涉及到的硬件平臺、系統框圖以及實驗內容。然后本文介紹了嵌入式控制平臺的控制界面以及各個主要功能的程序的實現，以及遠程客戶端程序在以太網通訊方面的程序實現和遠程客戶端程序的操作界面。最后本文給出了本次實驗的參數設置以及最終的實驗結果。實驗結果表明在實際應用中本文所提出的方案對于大滯后對象具有較好的控制效果。
上傳時間： 2013-06-11
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針對現代中低壓電網電能質量的監測及諧波治理的需要，論文綜合運用嵌入式技術、現代信號處理技術、虛擬儀器技術設計了一種新型低功耗、集成化的電網參數監測儀。此系統實現了對三相電網相/線電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、電網頻率、功率因數以及三相電壓、電流的31次以內諧波的實時監測。 論文分析了基于微處理器的電力系統基本參數的測量原理；對被測信號的交流參量通過抽樣方法獲得，由多點的抽樣數據統計得到的結果可以減小隨機誤差的影響；基于DFT和FFT的諧波測量原理，將FFT應用于諧波分析獲得信號的頻域參數；針對諧波測量中的混疊誤差設計了二階抗混疊濾波器；分析了非同步采樣和對非時限信號的截斷造成的頻譜泄露和柵欄效應及其對諧波測量精度的影響。討論了常用的幾種窗函數對頻譜泄漏的抑制作用，在此基礎上選擇加海明窗對采樣信號進行處理；針對DDS具有高精度頻率合成的特點，將其應用到電網信號的采樣上，提高了采樣的同步性，使得測量精度滿足了系統的要求。上述方法需要大量快速的迭代運算，系統微處理器選用了32位ARM芯片LPC2132，提高了系統的數據處理能力和實時性。系統供電電源采用了開關電源、減小了體積，提高了效率；完成了下位機數據采集部分、二階抗混疊濾波器、測頻電路及通信模塊電路的設計；最后介紹了軟件設計部分，主要包含了數據采集的實現過程，FFT程序的設計，給出了各部分程序的流程圖；系統上位機軟件設計了電網數據處理程序，該軟件以LabWindows/CVI6.0為開發平臺，利用CVI豐富的庫函數，完成對數據的處理、顯示和記錄等工作，并采用雙線程運行模式，在數據采集和處理的同時完成了顯示、命令的發送和運行曲線等功能。 按上述方案設計的樣機經過三次電路制作與軟件調試，主要技術參數達到了設計要求，通過了實驗室測試，目前正在電力系統諧波治理系統中進行工業實驗。
上傳時間： 2013-04-24
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電力變壓器性能的好壞直接影響著電力系統的安全穩定運行。變壓器繞組溫度是變壓器安全、經濟運行以及使用壽命的決定性因素，已經成為變壓器狀態監測中健康隱患和故障發展的重要表現形式。通過對變壓器繞組溫度進行實時監測并判斷其健康狀況，以此來進行變壓器的負荷調整和預知性維修，避免因繞組過熱導致的變壓器故障，可以提高變壓器安全、經濟運行水平，為電網安全運行帶來重要保證。 傳統的檢測電力變壓器溫度的方法主要有紅外溫度檢測、熱電阻、熱電偶溫度檢測等。紅外測溫為非接觸測量，它只能測量變壓器的表面溫度，易受環境溫度及周圍磁場的干擾，且需人工操作，無法實現在線測量。對于熱電阻、熱電偶等測量法，在高頻交變場中，導線會拾取噪聲并由于渦流效應而發熱。電導線的熱導還會導致被測溫度的擾動，測量效果不很理想。光纖光柵傳感技術以其體積小、電絕緣、抗電磁干擾、易復用、傳感信號可遠距離傳輸、便于實現實時在線測量等優點，為電力變壓器溫度的測量提供了很好的技術手段。 本文在對國內外光纖光柵傳感技術及其解調方案進行深入分析的基礎上，設計了光纖布拉格光柵傳感信號解調所需的硬件和軟件，并進行了實驗研究。論文涉及的主要工作有： 介紹了光纖的基本結構、布拉格光柵的工作機理及其制作方法，分析了光纖布拉格光柵作為傳感元件時的基本參數，推導了光纖布拉格光柵的溫度傳感模型；詳細介紹了目前常用的布拉格光纖光柵解調技術。 重點分析了監測系統的硬件電路設計及其原理，主要有微控制器相關電路的設計、光電轉換電路、前置放大及濾波電路、AD轉換電路、以太網通訊電路及液晶顯示電路等。在硬件平臺的基礎上設計并測試了相關模塊的驅動，實現溫度的實時采集和發送。主要工作包括uC/OS—Ⅱ在LPC2148上的移植，利用LwIP實現以太網通訊等。 最后，搭建了系統光路，對監測系統進行了測試，得到了有益的數據，為下一步工作打下了良好的基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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減搖鰭是船舶與海洋工程中的一種重要系統，目前已在多種船舶中廣泛應用。減搖鰭對于提高船舶耐波性，增加船舶使用壽命，改善設備與人員的工作條件，提高艦艇的戰斗力具有重要作用。減小船舶橫搖是目前船舶運動控制領域的重要課題之一。本文以船舶減搖鰭系統作為研究對象，重點講述了基于ARM處理器的減搖鰭控制器的設計與實現方案。 減搖鰭系統目前大多采用基于力矩對抗原理的PID控制器。控制器的性能對船舶自然橫搖周期和無因次橫搖衰減系數有著很大的依賴關系。由于船舶橫搖運動的復雜性、非線性、時變性和海況的不確定性，經典PID控制難以獲得滿意的控制效果。采用先進的控制策略是解決這一問題的有效方法。本論文將模糊控制與PID控制相結合，實現了無須精確的對象模型，只須將操作人員和專家長期實踐積累的經驗知識用控制規則模型化，然后用模糊推理在線辨識對象特征參數，便可對PID參數實現自整定。另外，浪級調節器做為減搖鰭控制器的一個重要組成部分，本論文也對其設計進行了研究，提出了一種基于海浪譜估計的浪級調節器的設計方法，彌補了傳統浪級調節器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多數的減搖鰭控制器使用單片機作為主處理器或者以工控機為基礎開發而來的，前者集成度不高，穩定性也不好，而后者成本較高。因此，本課題設計了一款新型的基于ARM處理器的減搖鰭控制器，解決了上述問題。該系統主要由硬件平臺和軟件平臺兩部分組成。硬件平臺主要包括基于飛利浦公司的LPC2214的控制器核心電路和輔助實現控制的驅動電路；軟件平臺主要是基于ARM的軟件，包括啟動代碼和應用程序。 研究結果表明：開發的嵌入式減搖鰭控制系統不僅具有集成度高、性價比高、性能優越、抗干擾能力強、穩定性好、實時性高等優點。同時更能夠適應減搖鰭控制系統智能化的發展趨勢，所以該減搖鰭控制器具有很好的使用價值及意義。
上傳時間： 2013-07-10
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軟硬件資源的不斷成熟和完善，使得嵌入式系統應用得到了十分迅猛的發展。另一方面，互聯網技術的發展，使得Internet逐漸深入到人們的日常生活中。嵌入式控制網絡與信息網絡的互聯不僅拓寬了控制系統的控制范圍，而且豐富了信息系統的內容。因此，嵌入式系統與Internet相結合將成為嵌入式系統和互聯網絡發展的重要方向。 現階段，Internet規模的日益擴大與IPv4地址匱乏之間的矛盾越來越突出。為解決IPv4網絡存在的各種問題而出現的IPv6協議具有海量的地址空間、優化的路由算法、自動化的地址配置等；同時還增加了對安全性、QoS等的良好支持。因此，Internet從IPv4過渡到IPv6是一種必然的趨勢。綜上，對IPv6協議進行研究并將其引入嵌入式系統，實現嵌入式設備接入網絡的功能，具有較高的科研價值和現實意義。 本文在對嵌入式系統相關概念和嵌入式IPv6協議棧進行介紹的基礎上，闡述了IPv6協議簇中核心協議的原理、報頭結構和參數等。接著根據嵌入式TCP/IP協議棧的設計要點，提出嵌入式IPv6協議棧的總體設計，進一步對協議棧的進程模型、內存管理、平臺無關性和通訊機制進行了研究。然后對協議棧的裁剪和數據包的處理流程進行分析，給出各模塊的詳細設計與實現，主要有IPv6模塊、ICMPv6模塊、鄰居發現(ND)模塊和UDP模塊。最后將協議棧嵌入到uC/OS-II操作系統中并搭建測試環境對IPv6協議棧進行功能性測試，結果表明協議棧功能正常，可以完成基本的通訊功能。 協議棧根據嵌入式系統資源有限和應用相對單一的情況進行裁剪，采用分層結構實現；同時在實現基本功能的前提下，為功能的擴展提供了接口；另外，將協議棧與硬件、編譯器和操作系統相關的代碼獨立開來，實現了協議棧在不同平臺的良好移植。關鍵詞：嵌入式系統，因特網，ARM，IPv6，ICMPv6，鄰居發現協議
上傳時間： 2013-04-24
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本課題針對當前煤礦企業對水的依賴性和企業自身發展對水源的需求等實際問題，研制了基于ARM的煤礦水源井監控系統。 論文主要介紹了監控系統監控終端（RTU）的硬件設計、軟件算法設計以及通訊技術、電機的保護原理和監控系統上位機的軟件設計。 監控終端（RTU）的算法設計方面，針對系統數據信號的特點和系統分析的需要，對水位、流量、出水口壓力采用直流采樣，對相電流、相電壓采用交流信號采樣。對采樣后的數據進行數值分析和計算，獲得了高精度的煤礦水源井參數的測量和系統的控制。 通訊部分采用的是具有接收靈敏度高、頻率穩定、傳輸效率高等優點的無線數傳電臺與RS-232組成無線網絡，實現了數據的上下傳輸。 監控終端（RTU）的硬件設計方面主要采用ARM芯片作為監控分站的終端處理核心，實時檢測水源井的水位，出水口壓力、流量等參數。實時顯示水源井各參數的動態特性，并查看水位的歷史變化。同時，ARM處理器通過互感器對數據采集處理后，可計算出水泵電機的三相電流、電壓的實際值，根據電機的相序電流、電壓的大小，可對電機實時有效的微機保護。并根據監控中心命令進行相應的數據處理和數據傳送。 監控終端軟件方面主要考慮到時實采樣的準確性，uClinux系統在ARM系統上數據處理的快速性與實時性，以及與監控系統軟件的通信顯示方面的可行性與有效性。 系統監控的軟件利用VC++6．0中的編程進行實時數據的采集處理和控制、數據的實時顯示、報表打印和報警等功能。通過ADO對象和SQL Sever，與windows系統上的數據庫服務器進行實時數據的交互。
上傳時間： 2013-05-16
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目前，國內礦井的排水系統多采用傳統的人工監測、繼電器控制的方法。傳統方法設備運行的自動化程度低、可靠性較差、工人勞動強度大、應急能力不足，存在一定的安全隱患，不適應數字化礦井發展的需要。本課題設計的自動排水系統采用嵌入式微控制器作為就地控制系統與上位機遠程監控相結合的方式，提高了工作的可靠性和穩定性，具有運行成本低、調試方便等特點。 本文首先根據某礦井下排水的實際情況，對各種排水形式和相關設備進行了分析和比較，選擇其中一種典型的排水系統形式作為模型。根據井下排水系統的運行原理展開研究和論證，制定了井下水位監控和水泵啟動方案。在綜合自動控制的相關理論和傳感器應用技術的基礎上分析了排水系統中需要監控的、能夠反映排水系統工作特征的關鍵參數，并提出了這些參數的監測方法和這些方法的可行性。 全面分析了目前常用的微處理器和實時操作系統，詳細研究了ARM和μC/OS-Ⅱ的性能和特點，充分利用ARM微處理器高性能、低功耗、低成本的優勢，以及μC/OS-Ⅱ可移植性好、開發成本低的優點。選用以ARM7TDMI-S為CPU的LPC2220芯片作為就地控制系統，選用μc/OS-Ⅱ為實時操作系統。并根據排水系統工作方案和要求設計了系統和接口硬件電路，完成了系統運行程序代碼的編寫。 應煤礦信息化發展趨勢的要求，選用LabVIEW作為上位機監控軟件，以串行通訊協議與井下就地控制系統組成遠程監控系統。從而實現工作人員能夠在地面監控室輕松了解到井下水倉水位、各排水設備工作狀態等信息，實現了排水系統運行的“避峰就谷”和水泵房的無人化值守。此項研究對礦井的安全生產、節能降耗和數字化建設等工作具有一定參考價值。
上傳時間： 2013-06-04
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電動助力轉向系統(EPS)是集節能、環保、安全為一體的前沿技術，是未來車輛轉向系統的發展方向。本文研究了電動助力轉向系統的構成和工作原理，自主研發設計了一套電動助力轉向控制系統，并進行實車試驗。 控制系統中采用了基于ARM7TDMI—S內核的高性能芯片LPC2131芯片(EasyARM2131開發板)進行控制器設計，分析和選擇了系統的控制策略，完成了控制器的硬件和軟件設計。系統的控制策略中采用了折線改進型助力曲線助力方式和模糊與數字PID相結合的控制方法，并進行相關補償控制的分析；硬件設計過程中采用了抗干擾技術進行優化設計，完成了信號采集和處理電路、電機驅動電路、電源電路以及故障診斷等電路設計；軟件設計采用了結構化的沒計思想，完成了包括控制系統主程序、A/D采集子程序、車速和發動機信號的采集子程序、電機PWM控制驅動子程序以及故障診斷和信息顯示子程序的設計，并在扭矩信號處理程序中應用容錯技術進行了軟件冗余優化設計。 本文對自主開發設計的EPS控制系統進行了實車試驗和結果分析，試驗結果表明，本文所設計的基于ARM的汽車電動助力轉向控制系統在轉向輕便性、穩定性和可靠性等方面性能良好，完全滿足設計要求。
上傳時間： 2013-07-21
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隨著汽車技術的不斷發展，越來越多的的人擁有了自己的汽車，基于汽車安全的汽車輔助系統也日益受到了人們的重視。汽車輔助安全系統可以對汽車駕駛過程中出現的緊急情況進行報警和控制。可以預見，基于汽車安全的輔助駕駛系統有著良好的發展前景和廣闊的應用空間。 本文通過將圖像檢測技術和激光測距技術相結合，應用ARM+DSP的雙核架構，設計出一款高性能的汽車主動安全系統。系統通過圖像識別技術對行車路況進行監控，并通過激光測距技術對前方車距進行檢測。當自車與前方的車距小于系統計算出來的安全車距，并有可能發生碰撞時，系統將予以報警，提醒駕駛員注意減速或制動，從而達到有效預防追尾碰撞事故發生的目的。本文的主要內容包括以下幾個方面： 1)完成系統的整體硬件設計工作。針對汽車安全系統對準確性和實時性的要求，系統設計采用S3C2410作為系統的主控制器、TMS320DM6437作為系統的協處理器。雙核架構的應用將大幅度提升系統在圖像檢測方面的運算能力。 2)為提高系統與各子模塊的通信效率，系統采用CAN總線作為主控制器與其他子模塊的主要通信總線。并開發出相應的驅動軟件。 3)系統采用嵌入式Linux操作系統，應用Linux強大的事務管理能力，來提高系統的處理能力和響應速度。 4)通過對汽車碰撞過程的分析，研究開發出一套汽車防撞決策算法，對駕駛員預警和對車輛進行輔助制動，保障駕駛人員的安全。 最后，論文在總結全文工作的基礎上，指出了系統的不足之處和進一步研究的工作方向。 總之，在汽車安全技術在國內剛剛起步的今天，對該系統的研究對于中國自主的汽車主動安全系統無論是在理論研究還是實際應用上都具有一定的價值。
上傳時間： 2013-07-08
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