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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生物發酵作為現代生物技術工業的重要組成部分，已被廣泛用于食品、制藥等各個領域，并顯示出良好的發展前景和巨大的市場潛力。但由于生物發酵過程是一種復雜的生化反應過程，控制變量眾多且相互關聯度較大，采用傳統控制方法難以實現有效控制。 因此，本文根據生物發酵的流程特點和當今國內市場的切實需要，在總結國內外相關研究的基礎上，針對非線性、時變、大滯后的發酵過程，將智能控制技術融入到了生物發酵控制系統中，主要對發酵過程中的溫度、PH值的控制算法進行研究，分別設計了仿人智能模糊PID控制和仿人智能模糊控制，模擬仿真和實驗分析表明，控制效果優于傳統算法。 基于32位ARM架構的嵌入式微處理器以其高性能、低功耗、低成本的優勢，得到了很好的推廣，同時國內微電子與嵌入式技術得到了迅速發展。鑒于此背景，本系統現場控制的下位機的硬件平臺采用基于S3C2410的處理器，軟件設計中采用了嵌入式Linux系統。同時采用了集散控制技術，實現一臺上位機可以同時與多臺下位機的數據通訊和遠程監控，且下位機可以脫離上位計算機單獨對各種參數進行控制。 本文的工作重點主要包括：主要參數測量與控制、發酵過程系統的總體設計、嵌入式系統的設計。本發酵控制系統對發酵過程進行實時監測、優化操作，不僅能避免人工操作的不確定因素，提高自動化水平，而且能夠對發酵過程中主要參數進行有效控制，具有重要的現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，許多高校在機房管理上使用了IC 卡，其中少數機房是使用接觸式IC卡，眾所周知，接觸式IC 卡在可靠性、易用性、安全性、高抗干擾性和工作距離方面不及非接觸式IC 卡，因此很多接觸式IC 卡基本已被非接觸式IC 卡取代。 經過調研發現，使用IC 卡的機房管理系統的基本工作方式是每個機房中配置了1個IC 卡讀寫終端和1 臺監控機。IC 卡讀卡終端只是一個普通的讀卡器，只負責讀取卡內信息，并通過串口等通信方式將IC 卡信息傳輸給監控機，讀卡終端本身沒有信息存儲功能，實際的計費管理完全是通過監控計算機控制，監控計算機向中心服務器端定時或實時傳輸刷卡信息。由于整個系統要占用一臺微機，而且中間的信息傳遞、計費環節都要由它來完成，不僅浪費資源，而且也增加了安全隱患。在這種工作模式下，會出現一些問題和漏洞： 1) 可靠性不高由于讀卡設備與監控計算機之間的信息傳輸只是暫時保存在監控計算機中，如果監控計算機遭到病毒襲擊或者出現硬件故障，將出現無法挽回的后果。而且由于學生信息都保存在監控計算機中，因此存在著人為偽造、篡改和徇私舞弊行為的極大可能。 2) IC卡的特點未完全體現IC卡除了能標識身份外，還有電子錢包功能，能對其進行充值和扣款，但是上述方法基本上IC卡只用做標識身份，實際的每次扣款，都是由監控計算機和中心服務器來完成，基本與讀卡設備無關。 3) 不方便學生上機和收費管理學生每次上機刷卡，都要由監控計算機連接中心服務器端，由中心服務器端讀出學生信息，進行核對，而且對學生的扣款需要額外的計算機軟件來進行計時和計費處理，顯得比較繁瑣。 鑒于以上問題，為提高機房管理效率，降低工作強度，并及時處理機房發生的故障，采用機房計費管理系統勢在必行。如果能在讀卡終端設備中完成計費的大部分功能，并且增加存儲功能，這樣就可以減少監控計算機的負擔，甚至讀卡終端設備可以直接與中心服務器通信，不僅能增加系統的可靠性和安全性而且還充分利用了IC 卡的功能，還降低了財務統計和計算帶來的麻煩。 目前已經應用于機房管理的解決方案主要有3種方式，即:軟硬件結合控制方式、帳號方式和門禁方式。鑒于設計要求，并且考慮到安全、可靠、簡單等因素，如果在軟硬件結合控制方式中，把更多的任務交由讀卡終端，比如由讀卡終端來存儲數據、計費管理，同時如果讀卡終端能實現TCP/IP 通信，那么監控計算機的任務就大大降低，甚至可以由讀卡終端直接與中心服務器通信。就減少了一些不必要的麻煩和安全風險。本論文的設計就是基于這一點來進行的。 本系統要求數據傳輸穩定可靠，實時性要好，另外考慮到性價比等因素，綜合考慮選擇將μC/OS-II 操作系統移植到ARM7 上作為開發平臺。在此平臺基礎上，考慮到TCP/IP協議棧的實現與要采用的硬件的性能以及實現的成本有關。從解決這一技術問題出發，結合本論文研究的應用對象，決定使用嵌入式操作系統，此種方案可以描述為嵌入式TCP/IP協議棧＋嵌入式操作系統＋微控制器。 本文介紹了一種基于ARM7的IC 卡機房管理終端的設計方案。該系統在ARM7的基礎上實現了μC/OS-Ⅱ操作系統的移植和TCP/IP協議棧的嵌入，能夠正確讀寫IC 卡信息，增加了SD 卡存儲功能，完成計費操作，實現液晶顯示功能，能夠通過以太網或串口直接與服務器通信。 本文詳細介紹了整個機房管理系統終端的硬軟件設計，給出了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ在ARM7 處理器上的詳細移植過程，介紹了一種TCP/IP協議棧和基于套接字的編程方法，同時也提供了一種多卡操作的防沖突機制。 同目前大多數機房管理系統相比，該系統有如下特點： 1) 由于使用了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ，提高了系統的實時性和反應時間，任務管理和調度更加方便有效。 2) 由讀卡終端來進行計費操作，降低了服務器端的工作壓力，同時降低了安全風險。 3) 增加了數據存儲功能，提高了系統的可靠性，有利于數據的查詢和故障的恢復。 4) 增加了對無效卡、注銷卡和欠費卡的判斷與處理，對惡意操作或者有意或者無意的逃費操作采取了積極有效的措施。 5) 以太網通信克服了以往串口通信的傳輸距離短、傳輸速率慢等缺點，使得通信更加方便、高效，并且可以進行遠距離傳輸和控制。
上傳時間： 2013-07-09
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非接觸式IC卡是IC卡領域的一項新興的技術，它是射頻識別技術和IC卡技術相結合的產物。由于非接觸式IC卡具有操作快捷、抗干擾性強、工作距離遠、安全性高、便于一卡多用等優點，在自動收費、身份識別和電子錢包等領域具有接觸式所無法比擬的優越性，具有廣闊的市場前景。非接觸式IC卡讀卡器是非接觸式IC卡應用系統的關鍵設備之一。基于實際項目的需要，本課題開發了一種讀寫距離在10cm左右的非接觸式IC卡讀卡器，它可以應用于電子消費場合，如公交和地鐵電子售票，食堂售飯等場合。 本文首先研究了用于本系統的基本理論，包括射頻識別技術、ARM處理器體系結構和嵌入式系統，然后基于這些理論，給出了非接觸式IC卡讀卡器的設計方案。系統由三個部分組成：第一部分是讀卡器的收發模塊，選用Philips公司的高集成度非接觸式讀寫芯片MF RC500設計射頻收發模塊，對射頻芯片接口電路設計做了詳細的論述；第二部分是核心控制模塊，以Philips公司的ARM7芯片LPC2292為核心，對電源供應電路、存儲器電路、通信接口電路、LED顯示電路等設計做了一定的描述，并給出了電路。第三部分是系統的程序設計，采用移植嵌入式系統并添加任務的模式來實現讀卡器的各功能。通過對軟硬件的調試實現了非接觸式IC卡讀卡器的硬件與軟件平臺的構建。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機(PMSM)是一種性能優越、應用領域廣闊的電機，其傳統的理論分析與設計方法已比較成熟。它的進一步推廣應用，在很大程度上有賴于對控制策略的研究。實踐中，使用通用變壓變頻(VVVF)變頻器來驅動沒有阻尼繞組的永磁同步電動機開環運行時，有時電機的運行頻率超過某一頻率，系統就會變得不穩定，甚至導致系統失步。本文研究了無位置傳感器的永磁同步電機的速度控制問題。 論文提出了一種將推廣卡爾曼濾波(EKF)原理應用于永磁同步電機無位置傳感器調速系統的方法。對永磁同步電機的數學模型和卡爾曼濾波原理作了詳細的分析，在dq轉子同步坐標系中應用推廣卡爾曼濾波算法，對永磁同步電機的轉角和轉速進行實時在線估計。所選取的濾波算法只需測量電流和逆變器直流母線電壓，具有不改造電機、可靠性高和經濟耐用的優點。利用在線估計出的轉速和電流實現轉速電流雙閉環的永磁同步電機矢量控制。同時還提出了基于磁飽和原理的永磁轉子初始位置的檢測方法。針對轉子磁場定向方式及矢量控制方案，采用了空間矢量脈寬調制方法對系統進行控制，此方法可以輸出任意給定位置的電壓矢量，在不增加功率管開關頻率和不增加系統復雜性的前提下，明顯提高電機的調速性能。 在Matlab6.5環境下進行的系統仿真實驗表明，所提出的位置估計算法和控制方法具有優良的轉角跟蹤特性和速度控制性能，同時系統具有較強的抗負載擾動性能和較好的魯棒性。實驗結果表明本文的方法達到了預期的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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基于PC、圖像采集卡和存儲設備的傳統數字視頻監控系統，體積龐大、功耗高、價格昂貴，只局限于特定范圍的應用。而嵌入式網絡視頻監控系統以其價格低、便攜式等特點在安防、智能家居等場所得到了越來越廣泛的應用。 本文基于S3C2440＼Windows CE5.0平臺設計了一款具有網絡傳輸查看功能的嵌入式網絡視頻監控系統。重點研究了OV9650 CMOS攝像頭芯片流接口驅動的實現過程和開發方法，設計了基于TCP/IP網絡傳輸協議的網絡視頻通信系統。并應用H.263壓縮編解碼算法對采集到的視頻數據進行壓縮，提高了視頻傳輸效率。同時，針對H.263視頻解碼算法設計了一款簡易視頻回放軟件，對H.263視頻進行回放。為進一步滿足小型化、便攜式、低成本需求，開發定制了一款基于S3C2440＼Windows CE5.0平臺的手持式接收終端。 本系統整合了圖像采集、網絡通信、H.263編解碼、視頻回放等多項技術，實現了嵌入式技術、以太網絡、視頻監控三大前沿領域的有機結合。由于采用了ARM9單芯片控制方案，系統具有集成度高、可靠性高、功耗低、成本低、體積小、穩定性好等特點，可應用在遠程監控、工業控制、視頻會議、智能家居等諸多領域。該系統架構也為視頻監控系統的發展提供了一種新思路。關鍵詞：ARM；WinCE；S3C2440；嵌入式；網絡視頻監控
上傳時間： 2013-04-24
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儀器儀表產品的總體發展趨勢是傳統的儀器儀表將仍然朝著高性能、高精度、高靈敏、高穩定、高可靠、高環保和長壽命的“六高一長”的方向發展；新型的儀器儀表與元器件將朝著微型化、集成化、電子化、數字化、多功能化、智能化、網絡化、計算機化的方向發展；其中占主導地位、起核心或關鍵的作用是微型化、智能化和網絡化。而我國儀器儀表在工業自動化儀表方面重點發展基本上是基于現場總線技術的主控系統裝置及智能化儀表和專用自動化儀表；閘門測控儀表一般的功能都是控制閘門開度、荷重，以及超限報警等基本功能。處理器核心也一般都是8/16位的單片機，8/16位單片機功能簡單難以滿足嵌入式設備的網絡、圖像傳輸等要求，而且對人際交互功能的支持也相對較弱。 本文正是針對現有閘門測控儀存在的功能單一、網絡功能差、接口標準不統一、不具備監控功能等問題，開發設計高性能新型智能儀表。以設計出一種智能型閘門測控儀表為研究出發點，在分析國內主流儀表廠家的儀表操作方式和儀表功能的基礎上，合理地進行軟硬件設計，為在同一硬件平臺下實現多種儀表的功能進行創新性和探索性研究。提出基于ARM的嵌入式閘門智能測控儀表的設計，構建基于ARM系統的硬件平臺和基于嵌入式Linux操作系統的軟件平臺。應用嵌入式系統技術設計開發全新的智能閘門測控儀主要功能包括：閘門開度和荷重自動檢測、實時性控制；過閘流量實時自動監測；閘門運行狀態診斷與故障報警；實時工況圖像處理；工業以太網現場總線接口與網絡傳輸等。
上傳時間： 2013-04-24
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我國是世界上設施農業面積最大的國家，設施面積占世界總面積的70-80％。目前國內設施溫室應用的主要環境參數采控系統大多為進口產品，這些產品技術含量高，采控效果好，但相對價格較高，通常適用于現代化的大型或高檔連棟溫室。少數國產品牌無論技術水平還是采控效果均不甚理想，尤其缺少能夠適用于我國常見的中小型日光溫室的低成本智能采集控制裝置。本文基于國家高技術研究發展計劃(863計劃)課題“設施農業精準生產技術系統構建與應用”，對設施溫室環境和生物信息數據采集、傳輸、備份、調控問題進行了研究。 論文分析了目前國內中小型日光溫室環境監控需求，提出并實現了一套網絡型設施農業日光溫室智能控制系統從硬件到軟件的完整方案。主要研究工作如下： (1) 開發了面向常用環境信息傳感器和生物信息傳感器的數據采集模塊，該數據采集模塊具有可定制、可擴展的特點。 (2) 開發了基于CF卡的數據備份及存儲模塊，為實現現場數據的大容量存儲和本地化自主控制提供了基礎。 (3) 構建了傳感器數據的局域傳輸網絡和以太網絡接口，滿足了節點環境參數及視頻信息寬帶傳輸與溫室集中監控的需要。 (4) 開發了面向中小型日光溫室的可擴展核心設備管理模塊，實現了在決策服務器支持下的環境參數本地自主調控。 (5) 移植了嵌入式操作系統、開發了設備驅動程序，使用戶可以靈活方便地調用板載設備進行系統的二次定制開發。 (6) 對系統軟件、硬件進行了模擬調試和現場實驗，驗證了系統在設施溫室環境采控中的各項功能。 論文結構如下：首先分析了課題的研究背景、意義、研究現狀和相應關鍵技術；然后在溫室控制的需求分析上提出了智能控制系統的方案；接著給出了智能PAC系統子/主節點的硬件設計及實現，給出了基于U-BOOT與uClinux的智能PAC系統軟件設計和驅動開發；其次設計了實驗平臺對智能PAC系統進行仿真調試和現場實驗。論文最后展望了我國設施農業溫室環境監控的發展。 現場實驗表明，該智能PAC系統解決了日光溫室環境和生物信息數據采集、傳輸、備份問題，并且具有可定制化、可編程、運行穩定可靠的特點，達到了預期的設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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比例-積分-微分（PID）是過程控制中最常用的一種控制算法。算法簡單而且容易理解，應用十分廣泛。但由于應用領域的不同，功能上差別很大，系統的控制要求及關心的控制對象也不相同。數字PID控制比連續PID控制更為優越，因為計算機程序的靈活性，很容易克服連續PID控制中存在的問題，經修正而得到更完善的數字PID算法。本文以三相全控整流橋阻性負載為實際電路，控制主電路電壓，旨在提出一種智能數字PID控制系統的設計思路，并給出了詳細的硬件設計及初步軟件設計思路。 PID控制系統采用高性能、低功耗的ARM微處理器S3C44BO作為核心處理單元，內部的10位ADC作為信號采集模塊，采用了矩陣鍵盤和640*480的液晶作為人機接口；串口作為通信模塊實現了上位機的監控。采用芯片內部自帶的PWM模塊，輸出16M Hz PWM信號并經過一階低通濾波器得到0～5V的控制信號用于觸發主電路控制器，實現PID整定。 軟件方面，分析和研究了uC/OSⅡ的內核源碼，實現了其在32位微處理器上的移植，作為管理各個子程序執行的系統軟件。選用了圖形處理軟件uC/GUI用于完成LCD顯示及控制。PID算法采用了增量式數字PID算法，采用規一化算法進行參數選取。上位機部分采用了C＃語言進行編寫。另外，采用了RTC（Real Time Clock）作為系統時鐘，可以實現系統的定時運行、定時模式切換等。在上位機上也可以方便的控制程序的執行，實現遠程監控。 在論文的最后詳細的介紹了智能PID控制系統在三相全控橋主電路中的具體應用。總結了調試中遇到的問題，對今后工作中需要進一步改善和探索的地方進行了展望。
上傳時間： 2013-08-01
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智能公交系統是城市交通系統的一個重要組成部分，在城市交通公交優先的背景下，欲緩解城市交通擁堵的現象，就必須大力發展公交事業。智能公交系統的建設可以改善公交公司的企業管理方法，提高公交系統的運營效率與服務水平，是城市公交事業發展的重要一步。 本文在研讀大量文獻、參考相關設計的基礎上，結合先進的GPS、GPRS技術，提出了基于ARM的智能公交車載管理終端的設計與實現方法。 GPS是由美國建立的新一代衛星導航與定位系統，具有全球性、全天候、陸海空全能等特點，特別適用于交通運輸行業，配合中國移動穩定可靠、覆蓋面廣、數據傳輸速度極快的GPRS網絡作為信息傳輸的媒介，以GPS、GPRS為主要技術的智能公交系統較以往利用射頻、數傳電臺技術方式建造的公交系統具有更加穩定、實時性更高等特點，是當前智能公交系統設計的理想方案。 基于ARM的智能公交車載終端是智能公交系統的重要組成部分，是整個系統的信息終端，負責信息的接收和發布，在系統中起著至關重要的作用。本文詳細介紹了一款以ARM處理器為主控的智能車載終端的設計方法，包括終端總體方案設計、硬件電路設計、軟件代碼編寫、整機調試等內容。文章在總體設計中提出了終端的功能要求，并針對功能要求提出了相應的設計方案；在硬件設計中給出了具體的硬件設計原理圖，并就硬件選型、原理圖設計中的關鍵問題進行了探討；在軟件設計中給出了終端主要軟件設計的程序流程圖，并對程序設計思路進行了細致的講解；最后對終端硬件、軟件的聯合調試過程進行了介紹，并對最終通過調試的終端進行了展示。 經過多次的測試和修改，該智能公交系統已經實現了正點考核、實時監控、短信報警、自動報站等多項功能，并在長沙市公交線路上投入試運行，社會反應良好。
上傳時間： 2013-07-02
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