變電站是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的運(yùn)行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。一個(gè)變電站運(yùn)行情況的優(yōu)劣，在很大程度上取決于其二次設(shè)備的工作性能。現(xiàn)在的變電站有三種運(yùn)行模式：一種是常規(guī)變電站，一種是部分實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理、具有一定自動(dòng)化水平的變電站，再有一種是實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班、全面微機(jī)化的綜合自動(dòng)化變電站。在常規(guī)變電站中，其繼電保護(hù)、中央信號(hào)系統(tǒng)、變送器、遠(yuǎn)動(dòng)及故障錄波裝置等所有二次設(shè)備都是采用傳統(tǒng)的分立式設(shè)備，而且站內(nèi)配備大量控制、保護(hù)、記錄用屏盤。使裝備設(shè)置復(fù)雜，占地面積大，日常維護(hù)管理工作繁重。這種常規(guī)變電站的一個(gè)致命弱點(diǎn)是不具備自診斷能力，對(duì)二次系統(tǒng)本身的故障無(wú)法監(jiān)測(cè)。因此，這種常規(guī)變電站已逐漸被淘汰。 要提高變電站運(yùn)行的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，一個(gè)最有效的方法就是提高變電站運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)變電站的綜合自動(dòng)化，以微機(jī)化的新型二次設(shè)備取代傳統(tǒng)使用的分立式設(shè)備。開(kāi)發(fā)集保護(hù)、控制、監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)動(dòng)等功能為一體的新型設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享、信息資源共享，使變電站設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷、布局緊湊，運(yùn)行更加可靠安全。 隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，原來(lái)越多的新技術(shù)和新產(chǎn)品應(yīng)用到變電站的二次設(shè)備中去，使變電站的二次設(shè)備得到不斷的更新?lián)Q代。該項(xiàng)研究把一種新型的低壓電能量測(cè)量芯片與高性能的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)結(jié)合起來(lái)，利用DSP體積小、功能強(qiáng)、功耗低、速度快、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出新型的變電站線路測(cè)控單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓線路的測(cè)量、監(jiān)視和控制，這種新型的二次設(shè)備比傳統(tǒng)的二次設(shè)備具有更高的精度和更快的相應(yīng)速度。 與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)理論和技術(shù)的發(fā)展，也使變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，由原來(lái)的集中控制型逐步過(guò)渡到功能分散、模塊化的分散網(wǎng)絡(luò)型，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，使主控室和現(xiàn)場(chǎng)之間的聯(lián)系變成了串行通信聯(lián)系，從而提高的系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。CAN總線應(yīng)用于變電站的監(jiān)控系統(tǒng)中，組成變電站的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力和容錯(cuò)能力。 該文就以上的兩個(gè)方面進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括：一是在簡(jiǎn)單介紹新型電能測(cè)量芯片和DSP的基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)變電站測(cè)控單元的設(shè)計(jì)方案，并從從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，主要部分是對(duì)測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)；二是系統(tǒng)的通信接口模塊設(shè)計(jì)，從硬件和軟件方面詳細(xì)的介紹了通信模塊的三種不同的通信接口的設(shè)計(jì)，分別是RS-232串行通信、RS-485總線通信、CAN總線通信；三是在分析現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)發(fā)展歷史，指出了現(xiàn)場(chǎng)總線測(cè)控系統(tǒng)的優(yōu)越性；四是設(shè)計(jì)出的測(cè)控系統(tǒng)單元的基礎(chǔ)上，利用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)建變電站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。 該文提出的方案、技術(shù)以及結(jié)論對(duì)于變電站監(jiān)控系統(tǒng)和自綜合動(dòng)化系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)都具有實(shí)際的參考意義。
標(biāo)簽： CAN 總線 變電站
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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永磁同步發(fā)電機(jī)由于一系列高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天、國(guó)防和日常生活中得到廣泛應(yīng)用，并且受到許多學(xué)者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《無(wú)刷無(wú)勵(lì)磁機(jī)諧波勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)的研究》的課題，主要研究永磁電機(jī)的電磁場(chǎng)空載和負(fù)載計(jì)算，求出永磁電機(jī)的電壓波形和電壓調(diào)整率，為分段式轉(zhuǎn)子的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)的研究奠定基礎(chǔ)，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發(fā)電機(jī)的基本原理，包括永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和永磁同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能，采用傳統(tǒng)解析理論給出了電壓調(diào)整率的計(jì)算方法及外特性的計(jì)算模型；然后用有限元ANSYS對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模，經(jīng)過(guò)定義分配材料、劃分網(wǎng)格、加邊界條件和載荷、求解計(jì)算等，得到矢量磁位Az、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁感應(yīng)強(qiáng)度B等結(jié)果，直觀地看出電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布情況。 其次根據(jù)電磁場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)用齒磁通法對(duì)其進(jìn)行后處理。該方法求解轉(zhuǎn)子在一個(gè)齒距內(nèi)不同位置處的磁場(chǎng)，以定子齒的磁通為計(jì)算單位，根據(jù)繞組與齒的匝鏈關(guān)系，計(jì)算出磁鏈隨時(shí)間的變化，進(jìn)而得到永磁同步發(fā)電機(jī)空、負(fù)載時(shí)電壓大小及波形。通過(guò)計(jì)算結(jié)果寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了齒磁通法的正確性，為計(jì)算永磁同步發(fā)電機(jī)各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)的外特性進(jìn)行了深入研究，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)外特性的影響規(guī)律，提出了有效降低電壓調(diào)整率的方法的是：增加氣隙長(zhǎng)度g的同時(shí)，適當(dāng)增加永磁體的磁化方向的長(zhǎng)度hm；此外，要盡量的減少每相串聯(lián)匝數(shù)N和增大導(dǎo)線面積以減小阻抗參數(shù)。通過(guò)改變電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)其電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，找到永磁電機(jī)電壓調(diào)整率的變化規(guī)律，為加電勵(lì)磁的混合勵(lì)磁永磁電機(jī)做準(zhǔn)備，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
標(biāo)簽： 永磁同步 發(fā)電機(jī) 磁場(chǎng)分析
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電機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活最主要的原動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)裝置。電機(jī)一旦發(fā)生故障，會(huì)造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此研究不同場(chǎng)合、不同運(yùn)行狀態(tài)下電機(jī)故障診斷理論和相關(guān)技術(shù)具有很高的實(shí)用價(jià)值。 電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，故障信號(hào)中往往含有大量的時(shí)變、短時(shí)突發(fā)性質(zhì)的成分。因此可以通過(guò)檢測(cè)、分析故障信號(hào)，獲得電機(jī)的故障信息。傳統(tǒng)的信號(hào)分析方法，如傅立葉變換，是一種純頻域分析，缺乏空間局部性，不能滿足故障信號(hào)分析的要求。而小波分析和小波包分析法具有良好的時(shí)頻局部性，能夠?qū)⑿盘?hào)在任意頻段進(jìn)行劃分，從而使在不同頻段的各種故障特征信號(hào)更加容易被識(shí)別和提取。基于小波包分析處理非平穩(wěn)信號(hào)的優(yōu)越性，本文選用小波包分析對(duì)電機(jī)故障信號(hào)進(jìn)行分析檢測(cè)。 本文在研究了異步電機(jī)常見(jiàn)故障類型和診斷方法的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了電機(jī)滾動(dòng)軸承異常、轉(zhuǎn)子斷條、氣隙偏心等故障原因，采用基于信號(hào)分析法中的振動(dòng)診斷法和定子電流檢測(cè)法，對(duì)電機(jī)滾動(dòng)軸承故障、轉(zhuǎn)子斷條故障進(jìn)行診斷。對(duì)于存在已知軸承故障的電機(jī)，在故障狀態(tài)下采集到振動(dòng)信號(hào)，利用峭度值計(jì)算和小波包分析相結(jié)合的方法，選用db3作為小波基，進(jìn)行小波包分析，對(duì)包含有故障特征頻率信息的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，獲得軸承故障特征頻率，根據(jù)故障特征頻率的數(shù)值和能量，確定出軸承故障的類型。應(yīng)用小波包分析和FFT相結(jié)合的方法，選用Coif5為小波包基，檢測(cè)轉(zhuǎn)子斷條故障特征頻率。在此基礎(chǔ)上，采集故障電機(jī)的振動(dòng)信號(hào)和電流信號(hào)，并分別應(yīng)用上述方法進(jìn)行了仿真模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明這些方法是準(zhǔn)確可行的。 論文以DSP為核心，完成了電機(jī)故障診斷系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)，包括信號(hào)檢測(cè)電路、調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路等，并給出了主要的軟件流程圖。
標(biāo)簽： 異步電機(jī) 故障診斷 系統(tǒng)研究
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近幾十年來(lái)，移動(dòng)通信進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期，它與人們的日常生活息息相關(guān)，已經(jīng)成為了人們生活中的必需品，目前移動(dòng)通信正處在由第二代向第三代過(guò)渡的階段。調(diào)制技術(shù)是移動(dòng)通信中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)不同的無(wú)線信道的特點(diǎn)選擇合適的、高效的調(diào)制方式對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能非常重要。軟件無(wú)線電技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于移動(dòng)通信的發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用，構(gòu)建一個(gè)通用的、標(biāo)準(zhǔn)的、模塊化的硬件平臺(tái)，把以前用硬件實(shí)現(xiàn)的無(wú)線電功能用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，大大地提高了通信系統(tǒng)的靈活性。用軟件無(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字調(diào)制靈活性好，可以通過(guò)空中下載實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)制方式，從而適應(yīng)不同的通信體制。 在閱讀了大量數(shù)字調(diào)制和軟件無(wú)線電的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文深入研究了各種數(shù)字調(diào)制方式的原理以及優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)軟件無(wú)線電平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)字調(diào)制。該平臺(tái)以TI公司的DSP芯片TMS320VC5416為核心部分進(jìn)行信號(hào)的處理用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制算法，在外圍電路上擴(kuò)展了ADC、DAC芯片分別構(gòu)成前向數(shù)據(jù)采集模塊和后向調(diào)制信號(hào)處理模塊，同時(shí)用CPLD來(lái)構(gòu)成邏輯控制模塊，主要實(shí)現(xiàn)地址分配、提供接口控制信號(hào)、輸入信息檢索功能、譯碼功能和分頻功能。在軟件設(shè)計(jì)方面，本設(shè)計(jì)分為整體邏輯控制和數(shù)字調(diào)制算法實(shí)現(xiàn)兩部分。在整體邏輯控制部分主要是針對(duì)CPID模塊進(jìn)行整體邏輯控制的設(shè)計(jì)，在數(shù)字調(diào)制算法部分主要是在DSP模塊實(shí)現(xiàn)ASK、FSK、QPSK等數(shù)字調(diào)制算法的設(shè)計(jì)。 本軟件無(wú)線電平臺(tái)具有處理速度快、實(shí)時(shí)操作性強(qiáng)、存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵字：軟件無(wú)線電；數(shù)字調(diào)制；DSP；CPLD
標(biāo)簽： DSP 軟件無(wú)線電 數(shù)字調(diào)制
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三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜以及維修方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等領(lǐng)域。隨著各行各業(yè)中生產(chǎn)機(jī)械的不斷更新和發(fā)展，其中對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的電機(jī)起動(dòng)方式其局限性，不能有效減少起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的大電流沖擊，已越來(lái)越不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)發(fā)展的要求。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種以TMS320LF2407 DSP為核心的高性能數(shù)字式電機(jī)軟起動(dòng)器。相比于傳統(tǒng)的起動(dòng)器，它能顯著的改善電機(jī)的起動(dòng)性能。 由于軟起動(dòng)器所具有的優(yōu)點(diǎn)及其它控制設(shè)備無(wú)法比擬的性價(jià)比，使得軟起動(dòng)器的應(yīng)用前景十分廣闊。加上現(xiàn)在國(guó)內(nèi)電力供應(yīng)緊張，軟起動(dòng)器在節(jié)能方面有突出的表現(xiàn)。因此軟起動(dòng)器擁有十分廣闊的市場(chǎng)。但是在國(guó)內(nèi)軟起動(dòng)器市場(chǎng)，以國(guó)外產(chǎn)品居多。國(guó)外產(chǎn)品質(zhì)量高，但是價(jià)格昂貴，性價(jià)比不高，在國(guó)內(nèi)徹底普及有困難。針對(duì)該現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)出一種以DSP-TMS320LF2407為核心低價(jià)格，高性能的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器。 本軟起動(dòng)器采用品閘管調(diào)壓方式，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，通過(guò)改變晶閘管的觸發(fā)角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)定子兩端的電壓的調(diào)節(jié)。從而實(shí)現(xiàn)了異步電動(dòng)機(jī)電壓斜坡起動(dòng)、限流起動(dòng)、軟停車等功能。 本文利用MATLAB搭建了軟起動(dòng)器系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)軟起動(dòng)的控制方式進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明該軟起動(dòng)器系統(tǒng)可以有效地減小異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。本文同時(shí)也闡述了晶閘管調(diào)壓電路及軟起動(dòng)器主電路的工作原理、軟起動(dòng)器的硬件結(jié)構(gòu)和功能以及軟件設(shè)計(jì)。該軟起動(dòng)器操作方便簡(jiǎn)單，智能化程度高，能夠及時(shí)跟隨電機(jī)負(fù)載的變化，使電機(jī)順利起動(dòng)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，基本上達(dá)到了改善鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的要求，在保障降低異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的前提下，使電機(jī)能夠平穩(wěn)可靠起動(dòng)。
標(biāo)簽： DSP 三相異步電動(dòng)機(jī) 軟起動(dòng)器
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對(duì)一些信號(hào)的監(jiān)測(cè)尤其是對(duì)電壓、電流、溫度等模擬量的監(jiān)測(cè)有著很廣泛的應(yīng)用，通過(guò)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，可以對(duì)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)置進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，為人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)便利與保證。 系統(tǒng)采用Actel公司先進(jìn)的模數(shù)混合FPGA以及Actel公司的SOPC設(shè)計(jì)解決方案，單芯片實(shí)現(xiàn)以CortexMI處理器為核心的片上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它可以完成對(duì)電壓、電流、溫度等模擬量的監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)模擬模塊將采集到的數(shù)據(jù)ADC后送給處理器Cortex-MI進(jìn)行處理，通過(guò)串行口，以太網(wǎng)口和OLED，實(shí)現(xiàn)與PC主機(jī)交互，板上實(shí)時(shí)顯示以及遠(yuǎn)程主機(jī)檢測(cè)功能。借助于Actel的先進(jìn)的新型fusion模數(shù)混合FPGA器件，單芯片實(shí)現(xiàn)可直接對(duì)外部模擬信號(hào)進(jìn)行處理的數(shù)模混合系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)；對(duì)電壓，電流，溫度等模擬量的測(cè)控在日常生活中有很重要的意義，該系統(tǒng)在智能家電，電源監(jiān)控以及微控制器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。 本文研究的主要內(nèi)容包括： 1.對(duì)現(xiàn)有嵌入式設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)并選擇SOPC方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)； 2.系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)； 3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。
標(biāo)簽： FPGA 電壓電流 溫度監(jiān)測(cè)
上傳時(shí)間： 2013-06-14
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隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，圖像處理系統(tǒng)在日常生活、工業(yè)、軍事和醫(yī)療方面等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本論文圍繞視頻圖像處理器的設(shè)計(jì)以及圖像增強(qiáng)算法的研究，開(kāi)展了以下方面的研究： 1.對(duì)基于拉普拉斯算子的灰度圖像增強(qiáng)算法、基于飽和度分量反饋的自適應(yīng)亮度增強(qiáng)算法及其改進(jìn)算法進(jìn)行了仿真，并分別對(duì)增強(qiáng)前后的灰度圖像和彩色圖像進(jìn)行了比較。 2.提出了一個(gè)視頻圖像處理器的硬件實(shí)現(xiàn)方案。該方案以FPGA為核心，具有較強(qiáng)的圖像實(shí)時(shí)處理能力，具有1路視頻輸入端口和1路視頻輸出端口，以及PCI接口和2個(gè)UART串行接口。 3.完成了視頻圖像處理器的原理圖設(shè)計(jì)、印制板圖設(shè)計(jì)。在印制板圖設(shè)計(jì)中，應(yīng)用信號(hào)完整新分析的理論，對(duì)高速電路的布局和布線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了硬件電路的性能。
標(biāo)簽： FPGA 視頻圖像 處理器
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)以及移動(dòng)通訊技術(shù)在日常生活中的不斷深入，數(shù)據(jù)采集不斷地向多路、高速、智能化的方向發(fā)展。本文針對(duì)此需求，實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用FPGA的多路、高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而為測(cè)量?jī)x器提供良好的采集數(shù)據(jù)。 本文設(shè)計(jì)了一種基于AD+FPGA+DSP的多路數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，針對(duì)此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于AD9446的模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板，再將模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板的數(shù)據(jù)傳送至基于FPGA的采集控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的壓縮以及緩沖存儲(chǔ)，最后由DSP調(diào)入數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。本文的設(shè)計(jì)主要分為兩部分，一部分為模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板的設(shè)計(jì)與調(diào)試，另一部分為采集控制模塊的設(shè)計(jì)與仿真。 經(jīng)設(shè)計(jì)與調(diào)試，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)，能穩(wěn)定工作在百兆的頻率下；采集控制模塊能實(shí)時(shí)地完成數(shù)據(jù)壓縮與數(shù)據(jù)緩沖，并能通過(guò)時(shí)鐘管理模塊來(lái)控制前端AD的采樣，該模塊也能穩(wěn)定工作在百兆的頻率下。該系統(tǒng)為多路、高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并能穩(wěn)定工作，從而能滿足電子測(cè)量?jī)x器的要求。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；FPGA；AD9446
標(biāo)簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時(shí)間： 2013-06-04
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隨著Internet的不斷發(fā)展，人們希望日常生活中所用到的嵌入式設(shè)備都能夠很方便地實(shí)現(xiàn)Intemet接入，這對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，要求低成本、多功能、高性能。這些是目前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。 可編程邏輯器件FPGA在過(guò)去的幾十年中取得了飛速發(fā)展，從最初的幾千門到現(xiàn)在的幾百萬(wàn)門，可靠性與集成度不斷提高，而功耗和成本卻在不斷降低，具有很高的性價(jià)比。再加上開(kāi)發(fā)周期短、對(duì)開(kāi)發(fā)人員的要求相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，因此被大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。 本文是基于FPGA高性價(jià)比、可靈活配置的特點(diǎn)，也是當(dāng)前流行的“微控制器+FPGA”的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，所以我們提出了基于FPGA的實(shí)現(xiàn)方案。本文通過(guò)在FPGA中硬件實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議(包括UDP、IP、ARP、TCP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)以及以太網(wǎng)MAC協(xié)議，并提供標(biāo)準(zhǔn)MII接口，通過(guò)外接PHY實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。最終成功地通過(guò)了驗(yàn)證。 基于FPGA的實(shí)現(xiàn)可以有效地降低成本，同時(shí)可以在其中集成其他功能模塊，提高整個(gè)系統(tǒng)的集成度，減小PCB版圖面積和布線復(fù)雜度，有利于提高系統(tǒng)可靠性。因此，本研究課題對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大的實(shí)用價(jià)值。
標(biāo)簽： TCPIP FPGA 嵌入式
上傳用戶：xlcky
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與公共安全保障需求的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、警備與軍事方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術(shù)、H．264壓縮編碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在穩(wěn)定性、功能、成本與擴(kuò)展性等方面都有著突出的優(yōu)勢(shì)，具有重要的學(xué)術(shù)意義與實(shí)用意義， 本課題所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以Nios Ⅱ?yàn)楹诵牡那度胧綀D像服務(wù)器、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與若干PC機(jī)客戶端組成。嵌入式圖像服務(wù)器實(shí)時(shí)采集圖像，采用H．264 編碼算法進(jìn)行壓縮，并持續(xù)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)。PC機(jī)客戶端可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)，接收編碼數(shù)據(jù)，使用H．264解碼算法重建圖像并實(shí)時(shí)顯示，使監(jiān)控人員有效地掌握現(xiàn)場(chǎng)情況， 在嵌入式圖像服務(wù)器設(shè)計(jì)階段，本文首先進(jìn)行了芯片選型與開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇。然后構(gòu)建圖像采集子系統(tǒng)，采用雙緩存乒乓交換的方法設(shè)計(jì)圖像采集用戶自定義模塊。接著設(shè)計(jì)雙Nios Ⅱ架構(gòu)的SOPC系統(tǒng)，闡述了雙軟核設(shè)計(jì)中定制連接、內(nèi)存芯片共享、數(shù)據(jù)搬移、通信與互斥的解決方法。同時(shí)完成了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的設(shè)計(jì)，采用μC/OS-Ⅱ進(jìn)行多任務(wù)的管理與調(diào)度， H．264視頻壓縮編解碼算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是本文的重點(diǎn)。文中首先分析H．264．標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃編解碼器結(jié)構(gòu)。接著設(shè)計(jì)了16×16幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法，并設(shè)計(jì)宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進(jìn)行預(yù)測(cè)模式選擇。然后設(shè)計(jì)4×4子塊掃描方式，編寫整數(shù)變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結(jié)合的方案，針對(duì)除拖尾系數(shù)之外的非零系數(shù)值編碼子算法，實(shí)現(xiàn)了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a流組成格式，并針對(duì)編碼算法設(shè)計(jì)相應(yīng)解碼算法。使用VC++完成算法驗(yàn)證，并進(jìn)行測(cè)試，觀察不同參數(shù)下壓縮率與失真度的變化。 算法驗(yàn)證完成后，本文進(jìn)行了PC機(jī)客戶端設(shè)計(jì)，使其具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)、H．264解碼與實(shí)時(shí)顯示的功能。同時(shí)將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務(wù)器與若干客戶端接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)視頻壓縮率高，監(jiān)控圖像質(zhì)量良好，充分證明了系統(tǒng)軟硬件與圖像編解碼算法設(shè)計(jì)成功。本系統(tǒng)具有成本低、擴(kuò)展性好及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景十分廣闊。
標(biāo)簽： H264 FPGA 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控
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