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測量

基于ARM的TimeToCount輻射測量儀的研究

隨著半導(dǎo)體工藝的飛速發(fā)展和芯片設(shè)計(jì)水平的不斷進(jìn)步，ARM微處理器的性能得到大幅度地提高，同時其芯片的價(jià)格也在不斷下降，嵌入式系統(tǒng)以其獨(dú)有的優(yōu)勢，己經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究和日常生活的各個方面。本文以ARM7 LPC2132處理器為核心，結(jié)合蓋革一彌勒計(jì)數(shù)管對Time-To-Count輻射測量方法進(jìn)行研究。ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)原理而設(shè)計(jì)的，其指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡單得多，使用一個小的、廉價(jià)的ARM微處理器就可實(shí)現(xiàn)很高的指令吞吐量和實(shí)時的中斷響應(yīng)。基于ARM7TDMI-S核的LPC2132微處理器，其工作頻率可達(dá)到60MHz，這對于Time-To-Count技術(shù)是非常有利的，而且利用LPC2132芯片的定時/計(jì)數(shù)器引腳捕獲功能，可以直接讀取TC中的計(jì)數(shù)值，也就是說不再需要調(diào)用中斷函數(shù)讀取TC值，從而大大降低了計(jì)數(shù)前雜質(zhì)時間。本文是在我?guī)熜謪诬姷摹禩ime-To-Count測量方法初步研究》基礎(chǔ)上，使用了高速的ARM芯片，對基于MCS-51的Time-To-Count輻射測量系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步論證了采用高速ARM處理器芯片可以極大的提高G-M計(jì)數(shù)器的測量范圍與測量精度。首先，討論了傳統(tǒng)的蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管探測射線強(qiáng)度的方法，并指出傳統(tǒng)的脈沖測量方法的不足。然后討論了什么是Time-To-Count測量方法，對Time-To-Count測量方法的理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析。指出Time-To-Count方法與傳統(tǒng)的脈沖計(jì)數(shù)方法的區(qū)別，以及采用Time-To-Count方法進(jìn)行輻射測量的可行性。接著，詳細(xì)論述基于ARM7 LPC2132處理器的Time-To-Count輻射測量儀的原理、功能、特點(diǎn)以及輻射測量儀的各部分接口電路設(shè)計(jì)及相關(guān)程序的編制。最后得出結(jié)論，通過高速32位ARM處理器的使用，Time-To-Count輻射測量儀的精度和量程均得到很大的提高，對于Y射線總量測量，使用了ARM處理器的Time-To-Count輻射測量儀的量程約為20 u R/h到1R/h，數(shù)據(jù)線性程度也比以前的Time-To-CotJnt輻射測量儀要好。所以在使用Time-To-Count方法進(jìn)行的輻射測量時，如何減少雜質(zhì)時間以及如何提高計(jì)數(shù)前時間的測量精度，是決定Time-To-Count輻射測量儀性能的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)用三只相同型號的J33G-M計(jì)數(shù)管分別作為探測元件，在100U R/h到lR/h的輻射場中進(jìn)行試驗(yàn).每個測量點(diǎn)測量5次取平均，得出隨著照射量率的增大，輻射強(qiáng)度R的測量值偏小且與輻射真實(shí)值之間的誤差也隨之增大。如果將測量誤差限定在10％的范圍內(nèi)，則此儀器的量程范圍為20 u R/h至1R/h，量程跨度近六個數(shù)量級。而用J33型G-M計(jì)數(shù)管作常規(guī)的脈沖測量，量程范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，充分體現(xiàn)了運(yùn)用Time-To-Count方法測量輻射強(qiáng)度的優(yōu)越性，也從另一個角度反應(yīng)了隨著計(jì)數(shù)前時間的逐漸減小，雜質(zhì)時間在其中的比重越來越大，對測量結(jié)果的影響也就越來越嚴(yán)重，盡可能的減小雜質(zhì)時間在Time-To-Count方法輻射測量特別是測量高強(qiáng)度輻射中是關(guān)鍵的。筆者用示波器測出此輻射儀器的雜質(zhì)時間約為6.5 u S，所以在計(jì)算定時器值的時候減去這個雜質(zhì)時間，可以增加計(jì)數(shù)前時間的精確度。通過實(shí)驗(yàn)得出，在標(biāo)定儀器的K值時，應(yīng)該在照射量率較低的條件下行，而測得的計(jì)數(shù)前時間是否精確則需要在照射量率較高的條件下通過儀器標(biāo)定來檢驗(yàn)。這是因?yàn)樵谡丈淞柯瘦^低時，計(jì)數(shù)前時間較大，雜質(zhì)時間對測量結(jié)果的影響不明顯，數(shù)據(jù)線斜率較穩(wěn)定，適宜于確定標(biāo)定系數(shù)K值，而在照射量率較高時，計(jì)數(shù)前時間很小，雜質(zhì)時間對測量結(jié)果的影響較大，可以明顯的在數(shù)據(jù)線上反映出來，從而可以很好的反應(yīng)出儀器的性能與量程。實(shí)驗(yàn)證明了Time-To-Count測量方法中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是如何對計(jì)數(shù)前時間進(jìn)行精確測量。經(jīng)過對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得到計(jì)數(shù)前時間中的雜質(zhì)時間可分為硬件雜質(zhì)時間和軟件雜質(zhì)時間，并以軟件雜質(zhì)時間為主，通過對程序進(jìn)行合理優(yōu)化，軟件雜質(zhì)時間可以通過程序的改進(jìn)而減少，甚至可以用數(shù)學(xué)補(bǔ)償?shù)姆椒▉淼窒瑥亩梢缘玫奖容^精確的計(jì)數(shù)前時間，以此得到較精確的輻射強(qiáng)度值。對于本輻射儀，用戶可以選擇不同的工作模式來進(jìn)行測量，當(dāng)輻射場較弱時，通常采用規(guī)定次數(shù)測量的方式，在輻射場較強(qiáng)時，應(yīng)該選用定時測量的方式。因?yàn)椋?dāng)輻射場較弱時，如果用規(guī)定次數(shù)測量的方式，會浪費(fèi)很多時間來采集足夠的脈沖信號。當(dāng)輻射場較強(qiáng)時，由于輻射粒子很多，產(chǎn)生脈沖的頻率就很高，規(guī)定次數(shù)的測量會加大測量誤差，當(dāng)選用定時測量的方式時，由于時間的相對加長，所以記錄的粒子數(shù)就相對的增加，從而提高儀器的測量精度。通過調(diào)研國內(nèi)外先進(jìn)核輻射測量儀器的發(fā)展現(xiàn)狀，了解到了目前最新的核輻射總量測量技術(shù)一Time-To-Count理論及其應(yīng)用情況。論證了該新技術(shù)的理論原理，根據(jù)此原理，結(jié)合高速處理器ARM7 LPC2132，對以G-計(jì)數(shù)管為探測元件的Time-To-Count輻射測量儀進(jìn)行設(shè)計(jì)。論文以實(shí)驗(yàn)的方法論證了Time-To-Count原理測量核輻射方法的科學(xué)性，該輻射儀的量程和精度均優(yōu)于以前以脈沖計(jì)數(shù)為基礎(chǔ)理論的MCS-51核輻射測量儀。該輻射儀具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等優(yōu)點(diǎn)。用戶可以定期的對儀器的標(biāo)定，來減小由于電子元件的老化對低儀器性能參數(shù)造成的影響，通過Time-To-Count測量方法的使用，可以極大拓寬G-M計(jì)數(shù)管的量程。就儀器中使用的J33型G-M計(jì)數(shù)管而言，G-M計(jì)數(shù)管廠家參考線性測量范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，而用了Time-To-Count測量方法后，結(jié)合高速微處理器ARM7 LPC2132，此核輻射測量儀的量程為20 u R/h至1R/h。在允許的誤差范圍內(nèi)，核輻射儀的量程比以前基于MCS-51的輻射儀提高了近200倍，而且精度也比傳統(tǒng)的脈沖計(jì)數(shù)方法要高，測量結(jié)果的線性程度也比傳統(tǒng)的方法要好。G-M計(jì)數(shù)管的使用壽命被大大延長。綜上所述，本文取得了如下成果：對國內(nèi)外Time-To-Count方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出了Time-To-Count測量方法的基本原理，并對Time-T0-Count方法理論進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出了計(jì)數(shù)前時間和兩個相鄰輻射粒子時間間隔之間的關(guān)系，從數(shù)學(xué)的角度論證了Time-To-Count方法的科學(xué)性。詳細(xì)說明了基于ARM 7 LPC2132的Time-To-Count輻射測量儀的硬件設(shè)計(jì)、軟件編程的過程，通過高速微處理芯片LPC2132的使用，成功完成了對基于MCS-51單片機(jī)的Time-To-Count測量儀的改進(jìn)。改進(jìn)后的輻射儀器具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等特點(diǎn)。本論文根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出了Time-To-Count技術(shù)中的幾點(diǎn)關(guān)鍵因素，如：處理器的頻率、計(jì)數(shù)前時間、雜質(zhì)時間、采樣次數(shù)和測量時間等，重點(diǎn)分析了雜質(zhì)時間的組成以及引入雜質(zhì)時間的主要因素等，對國內(nèi)核輻射測量儀的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

標(biāo)簽： TimeToCount ARM 輻射測量儀

上傳時間： 2013-06-24

上傳用戶：pinksun9
基于ARM的超聲波風(fēng)速測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

風(fēng)速是氣象測量的一個重要要素，利用超聲波進(jìn)行風(fēng)速測量現(xiàn)如今得到廣泛的應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)很成熟。當(dāng)超聲波在空氣中傳播時，受到風(fēng)速的影響，順風(fēng)和逆風(fēng)情況下存在一個時間差，基于這個原理制成的時差法超聲波風(fēng)速測量儀表，具有精度高、可靠性強(qiáng)、集成度高等優(yōu)勢，并可以與雨量、濕度等測量儀表構(gòu)成完整的移動氣象站，與傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表、電磁式儀表相比，具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，其關(guān)鍵參數(shù)是系統(tǒng)的測量精度。 ARM作為32位的微處理器，具有豐富的片上資源，高達(dá)60M的處理能力，而且功耗很小，適合作為智能儀表的核心處理器。本文給出了基于LPC2132的風(fēng)速測量系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測量、顯示、精度調(diào)節(jié)以及與上位機(jī)之間的通信等功能。系統(tǒng)硬件電路包括ARM7處理器以及外圍的模擬、數(shù)字電路，并采用模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種思想大大簡化了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。軟件部分根據(jù)超聲波信號的特點(diǎn)，選用新型的構(gòu)造包絡(luò)的方法，在準(zhǔn)確判斷超聲波到達(dá)時間的問題上有所改進(jìn)。文章共分六個部分。第一章緒論介紹了超聲波風(fēng)速測量儀表的發(fā)展現(xiàn)狀、本篇論文選題的目的和意義、所做的工作以及創(chuàng)新點(diǎn)。第二章介紹了超聲波風(fēng)速測量的基本原理。第三章是介紹基于ARM的超聲波風(fēng)速測量的系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。第四章是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。第五章是系統(tǒng)的誤差分析。第六章是全文的總結(jié)以及就下一步的工作提出一些設(shè)想。

標(biāo)簽： ARM 超聲波系統(tǒng)設(shè)計(jì) 風(fēng)速測量

上傳時間： 2013-06-04

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基于ARM的車輛姿態(tài)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車輛姿態(tài)是車輛控制所需的重要參數(shù)，其測量方法、測量精度與測量系統(tǒng)的性能和成本密切相關(guān)。隨著微處理器技術(shù)與新型傳感器技術(shù)的發(fā)展，利用加速度計(jì)、磁阻傳感器和ARM微處理器構(gòu)成基于地球磁場和重力場的捷聯(lián)式姿態(tài)測量系統(tǒng)，已成為許多載體姿態(tài)測量的首選。同時姿態(tài)測量系統(tǒng)住地理勘探、石油甲臺鉆井和機(jī)器人控制方血也有著廣泛的應(yīng)用。本文研究設(shè)計(jì)了一款基于ARM處理器的姿態(tài)測量系統(tǒng)，在保證體積、成本和實(shí)時性的前提下，完成載體姿態(tài)角的準(zhǔn)確測量。采用Honeywell公刊的3軸磁阻傳感器HMC1021/1022和ADI公司的2軸加速度計(jì)ADXL202以及S3C44BOX ARM7微處理器構(gòu)建捷聯(lián)式姿態(tài)測量系統(tǒng)。磁阻傳感器和加速度計(jì)分別感應(yīng)地球磁場和重力場信號，微處理器對檢測到的信號進(jìn)行處理和誤差補(bǔ)償后，解算出的姿念角，最后由LCD顯示或者通過串行通訊接口輸出到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)角的實(shí)時準(zhǔn)確測量。本文詳細(xì)介紹了基于地球磁場和重力場信號進(jìn)行姿態(tài)測量的原理，推導(dǎo)了方向角、俯仰角和橫滾角求解的數(shù)學(xué)模型。完成了姿態(tài)測量系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了包括：uC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的移植、加速度數(shù)據(jù)采集、地球磁場數(shù)據(jù)采集和姿態(tài)角解算等系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，最后對系統(tǒng)測量結(jié)果給出了誤差分析，添加了數(shù)字濾波、橢圓效應(yīng)校正等算法來補(bǔ)償誤差，從而有效提高了系統(tǒng)測量精度。

標(biāo)簽： ARM 姿態(tài)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上傳時間： 2013-07-20

上傳用戶：jkhjkh1982
光纖位移傳感器在微位移測量中的應(yīng)用研究

設(shè)計(jì)了一種測量微位移的光纖位移傳感器, 得到了傳感器的位移2相位變化關(guān)系, 通過相位檢出, 獲得了微位移量。分析表明, 光纖位移傳感器能夠滿足微位移測量的要求。關(guān)鍵詞: 光纖傳感器; 微位移;

標(biāo)簽： 光纖位移傳感器中的應(yīng)用微位移

上傳時間： 2013-07-25

上傳用戶：csgcd001
基于ARM的電參數(shù)測量裝置的研制

隨著我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)上非線性負(fù)載的日益增多，導(dǎo)致線路電壓、電流經(jīng)常出現(xiàn)非正弦狀態(tài)，從而造成電網(wǎng)諧波“污染”。電網(wǎng)諧波惡化了電能質(zhì)量指標(biāo)，降低了電網(wǎng)的可靠性，增加了電網(wǎng)的損失。所以，電器設(shè)備在出廠前需要對其進(jìn)行檢測，看其是否會影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。那么可靠的電力參數(shù)測量設(shè)備的研制就變得非常重要。通過充分調(diào)研并翻閱大量資料，針對課題要求，提出了以ARM作為處理器，結(jié)合外圍電路，借由μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)對硬件進(jìn)行控制，來完成電參數(shù)采集及其處理的思路。本論文完成了裝置的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)。硬件方面采用Philips公司的LPC2132作為處理器，結(jié)合外圍電路，建立起基本的采樣、通信和人機(jī)接口硬件平臺。軟件方面，首先分析了電參數(shù)測量的算法，并進(jìn)行了必要的仿真。在完成μC/OS-Ⅱ在LPC2132上移植的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多任務(wù)設(shè)計(jì)，完成數(shù)據(jù)采集、電量參數(shù)計(jì)算、USB串口通信和人機(jī)接口等功能。

標(biāo)簽： ARM 電參數(shù) 測量裝置

上傳時間： 2013-06-08

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高精度電網(wǎng)功率因數(shù)測量加權(quán)插值FFT優(yōu)化算法

高精度電網(wǎng)功率因數(shù)測量加權(quán)插值FFT優(yōu)化算法

標(biāo)簽： FFT 高精度電網(wǎng) 功率因數(shù)

上傳時間： 2013-05-22

上傳用戶：88mao
基于FPGA的實(shí)時脈沖參數(shù)測量技術(shù)研究

該論文首先對脈沖及其參數(shù)進(jìn)行了分析,然后介紹了雷達(dá)脈沖參數(shù)測量的原理,并針對現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境的特點(diǎn),對脈沖參數(shù)測量的方案進(jìn)行了設(shè)計(jì).最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20萬門FPGA芯片實(shí)現(xiàn)了對高密度視頻脈沖流的脈沖到達(dá)時間(TOA)、脈沖寬度(PW)和脈沖幅度(PA)等參數(shù)的實(shí)時高精度測量,并對測量誤差進(jìn)行了分析,同時給出了功能仿真的波形.該測量方法是基于FPGA的硬件實(shí)現(xiàn)方法,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,測量速度快、精度高,滿足對脈沖參數(shù)測量高精度、實(shí)時性的要求.

標(biāo)簽： FPGA 脈沖參數(shù)測量技術(shù)研究

上傳時間： 2013-07-05

上傳用戶：14786697487
基于51單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng)

單片機(jī)在檢測和控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用, 溫度則是系統(tǒng)常需要測量、控制和保持的一個量。本文從硬件和軟件兩方面介紹了AT89C2051單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對硬件原理圖和程序框圖作了簡潔的

標(biāo)簽： 51單片機(jī) 溫度測量系統(tǒng)

上傳時間： 2013-07-18

上傳用戶：我們的船長
線性光耦HCNR201在正負(fù)電壓測量上的應(yīng)用

介紹了線性模擬光耦器件HCNR201的基本原理；闡述了利用該芯片對電壓量進(jìn)行隔離測量的測試原理以及硬件電路；給出了試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理結(jié)果；證明了改種測試方法的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞:HCNR

標(biāo)簽： HCNR 201 線性光耦正

上傳時間： 2013-07-28

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基于FPGA的無人機(jī)氣壓高度測量系統(tǒng)

無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)的采集和處理在無人機(jī)中占有很重要的位置和作用，它是保障飛機(jī)安全飛行以及保證地面控制和操縱人員正確引導(dǎo)飛機(jī)、順利完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵所在。在目前廣泛應(yīng)用的無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)中，多數(shù)采用單片機(jī)作為大氣數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，但是單片機(jī)在高速數(shù)據(jù)采集和處理方面卻存在著抗干擾性差、速度慢等缺點(diǎn)，使測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時性受到了很大的影響。本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)芯片作為大氣數(shù)據(jù)處理器，以大氣數(shù)據(jù)中的氣壓高度為例，介紹了一種基于FPGA技術(shù)的無人機(jī)氣壓高度測量系統(tǒng)。由于該測量系統(tǒng)中的FPGA數(shù)據(jù)處理器具有可靠性高、速度快、邏輯功能強(qiáng)等特點(diǎn)，有效地解決了單片機(jī)在高速無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)中處理速度較慢、實(shí)時性較差的問題。論文首先介紹了FPGA的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、開發(fā)設(shè)計(jì)流程和FPGA編程所采用的VHDL硬件描述語言，還介紹了數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的基本組成和工作原理，并且詳細(xì)闡述了氣壓高度測量的原理和方法；然后提出了基于FPGA的無人機(jī)氣壓高度測量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并對該測量系統(tǒng)各組成部分的硬件電路進(jìn)行詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)；隨后論文又介紹了氣壓高度測量系統(tǒng)中FPGA的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，并就FPGA內(nèi)部所設(shè)計(jì)的各功能模塊的作用、模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作流程進(jìn)行詳細(xì)的論述；最后使用Modelsim和QuartusII仿真軟件對程序進(jìn)行功能和時序的仿真，以驗(yàn)證FPGA內(nèi)部各功能模塊和FPGA總體設(shè)計(jì)的正確性，并在所有仿真通過后將程序產(chǎn)生的配置文件下載到FPGA芯片中，在制作和安裝測量系統(tǒng)的電路板后對整個測量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的測試，將測試結(jié)果與理論值比較并分析測量系統(tǒng)的誤差來源。根據(jù)系統(tǒng)測試的結(jié)果，本文驗(yàn)證了以FPGA芯片為核心的無人機(jī)氣壓高度測量系統(tǒng)的可行性，并對該測量系統(tǒng)提出了今后的進(jìn)一步改進(jìn)和完善的思路。

標(biāo)簽： FPGA 無人機(jī) 氣壓測量系統(tǒng)

上傳時間： 2013-04-24

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