隨著國民經濟的快速發展，我國對于電力的需求和依賴性也越來越大。同時，對變電站及電網的安全和穩定也提出了更高的要求。2008年的南方冰雪災害造成了電力設施及輸電線路的重大損失，嚴重危害了電網的正常工作，影響了人民的正常生活和工廠的正常運行。電力部門需要一種能夠實時監控變電站設備的監控系統，第一時間監測到電力設備的損壞和人為因素的破壞，迅速做出處理，將損失減小到最低值。隨著電力部門網路化的全面普及，各個變電站有了相應的通訊網絡，使得監控系統網絡傳輸成為可能。 課題探索了低功耗、高性能、低成本并具有豐富芯片資源的嵌入式處理器和內核精簡、性能強悍、源碼開放及開發成本低的操作系統，設計和實現了基于ARM9和嵌入式Linux操作系統的變電站監控系統，實現了對變電站設備的實時視頻監控、紅外線監測和煙霧火災探測等功能。系統硬件采用模塊化設計，主控制器模塊采用三星公司的S3C2410A高性能芯片作為嵌入式微處理器，設計了外圍接口電路和其它外圍設備電路；視頻監控模塊采用OV511系列USB攝像頭進行圖像采集；紅外線防盜監測模塊采用熱釋電紅外線傳感器配合菲涅爾透鏡設計了報警電路；煙霧火災探測模塊采用Motorola公司生產的離子型煙霧檢測芯片MC14468，設計了監測電路。系統軟件開發分兩層，下層軟件開發構建了交叉編譯環境，移植了嵌入式Linux操作系統并利用Video4Linux API庫函數接口完成了視頻圖像采集程序的設計，同時對攝像頭驅動程序進行了提取和編譯；上層軟件開發實現了對采集的視頻數據在網絡中傳輸，使用Visual C++設計了客戶端監控應用界面，實現人機交互，并對所采集視頻圖像進行了最優化處理。 課題針對現有監控系統存在的不足進行改進，集視頻監控、紅外線防盜監測和火災報警等功能于一體，充分發揮嵌入式系統和計算機網絡的優勢，設計出了功能豐富，性能優良的變電站監控系統。提高了變電站運行和維護的安全性及可靠性，并逐步實現了電網的可視化監控和調度，使電網調控運行更為安全、可靠。
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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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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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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近年來，嵌入式技術發展迅速，已經滲透到工業控制、智能設備以及電子消費品等人們日常生活的各個領域，而Internet技術也取得了巨大的發展，為人們所廣為接受，于是嵌入式技術和Internet技術相結合形成的嵌入式Internet技術適時地出現了，并且成為實現遠程控制、信息共享的關鍵技術。 本文首先闡述了課題研究的背景、目的和意義，以及嵌入式TCP/IP協議棧研究的現狀，然后分析了嵌入式操作系統μ C/OS-Ⅱ的工作原理并描述了把它移植到LPC2210上的過程，為嵌入式TCP/IP協議棧實現提供了操作系統支持。接著，針對嵌入式協議棧的特殊需求，詳細分析并采用了零拷貝技術、跨層技術等對LwIP協議棧進行了有效的裁剪和優化，結合μ C/PS-Ⅱ設計了一種緊湊的協議棧工作模型和內存管理機制。并且結合μ C/OS-Ⅱ設計了協議棧的工作模型和內存管理機制。在驅動程序的基礎上實現了對LwIP中的IP協議、ARP協議、ICMP協議、UDP協議和TCP協議等幾個協議棧的裁剪和優化。并分析了它們的安全漏洞及基于這些漏洞的攻擊方式，在這個基礎上提出了如攻擊檢測算法等填補漏洞和抵抗攻擊的一些技術和措施。最后在目標板上成功移植了優化后的LwIP。 本文同時還設計了一種能夠提供足夠多軟定時器資源的算法。在不需要操作系統支持的情況下，軟定時器可以給多任務的系統提供足夠的定時服務，而且不影響中斷處理時間。并且具有自動回調功能，啟動一次以后就可自動調用定時器。此軟定時器使用方便且易移植，大大方便了本課題多次使用定時器的需要。課題結合具體項目“蓄電池狀態記錄儀的設計”，分析了它的各個功能模塊，設計了其系統結構。對各個功能模塊的設計與實現進行了代碼編寫和測試，借助于TFTP服務器實現了基于協議的嵌入式目標板和PC機間的網絡通信。 本課題經過幾個月的軟硬件設計和現場測試，已實現了最初的設計目標。構建出了實驗硬件平臺和一個多任務多協議的基本實時系統框架。以后的開發者可以不必深入了解μ C/OS-Ⅱ實時操作系統和嵌入式TCP/IP協議棧的情況下就可以方便的創建一個嵌入式網絡控制系統，并能在平臺上開發其它的應用任務，為以后的研究提供了參考并奠定了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著煤礦高產高效技術的推廣和應用，井下長距離、大運量、大功率下運帶式輸送機的應用越來越普遍。其中，解決好傾角較大（大于6°）的下運帶式輸送機的運行制動和安全制動問題對保障全礦安全、高效生產具有重要意義。 本文在對國內外現有下運帶式輸送機制動系統的現狀分析基礎上，針對煤礦生產的特殊性，提出了基于ARM的嵌入式計算機控制液壓調速軟制動系統方案，所用元件可靠性和防爆性好，系統簡單，動態制動性能好；結合成熟的工業PID控制經驗和智能控制理論，并依據制動控制方案，設計了一種模糊自適應PID控制器用于控制電液比例調速閥的開口大小，其PID參數Kp、Ki和Kd可根據系統狀態進行在線調整，結構簡單、魯棒性強，在系統結構參數發生改變時也可獲得較好的控制效果；在基于S3C44BOX的最小ARM系統基礎上，設計了系統控制信號的輸入、輸出方式及其電路；分析了實時操作系統μC/OS-ⅡBootLoader的設計及其在S3C44BOX上的移植過程；制動系統應用軟件采用多任務機制，狀態檢測與控制任務并行運行，數據采集采用定時中斷的方式；系統可擴展性、可移植性好，控制算法容易實現多樣性且開發簡單、維護方便。 該液壓調速軟制動系統可用于大型下運帶式輸送機的正常工作制動、緊急停車和斷電防止飛車事故發生的安全制動，對輸送機的輔助啟動也起重要作用。制動力矩依據輸送機載荷大小和輸送機制動減速時速度的變化進行自動調整，制動曲線可調，輸送機減速時不產生較大沖擊、安全平穩，并按照規定的減速度大小減速停車。
上傳時間： 2013-07-09
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近年來，隨著電子技術的發展，消費電子產品(Consumer Electronics)已與計算機(Computer)、通信(Communication)兩項產品的技術結合在一起，成為目前所統稱的3C產品，并使家用電子電器產品步向智能家居的方向。但是目前大多數智能家居系統其控制器一般由8位或16位的單片機控制，其控制功能比較簡單，很難實現網絡化和無線傳輸，對于未來的智能家居系統的擴展性也比較有限。本文針對目前國內智能家居系統的局限性，提出一種基于嵌入式處理器ARM平臺以及以太網和GPRS網絡通信技術的智能家居系統，它不僅能對小區內住宅的安全狀況進行實時監控，還能實現家用電器的遠程控制、“三表”(即水表、電表、燃氣表)的遠程抄送。同時該系統還提供了規范的串行通信接口，對于未來的系統的擴展提供了廣闊的空間。 本文首先詳細的介紹了ARM處理器及嵌入式操作系統uClinux的發展概況，接著討論了GPRS網絡通信技術的工作原理，最后給出了智能家居控制系統的硬件設計和軟件設計。該智能家居系統的硬件主要包括ARM主控模塊的選型、報警I/O電路設計、以太網接口電路設計、圖像處理模塊電路和“三表”的串行口電路組成。軟件上主要包括uClinux在S3C4510上的移植、圖像采集與壓縮程序、以太網驅動及通訊程序、RS-485串行接口程序、GPRS網絡通信程序和報警I/O接口程序。 該系統主要部分包括小區內住宅的安防監控，GPRS無線智能家電的遠程控制和無線報警以及抄表的遠程傳送。利用當前較為成熟的GPRS技術和以太網實現對小區內用戶進行集中安防監控與管理，同時給出了系統的功能和結構以及硬件原理框圖和軟件設計思路及主要程序。
上傳時間： 2013-07-12
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隨著電網中非線性負載的迅速增加，電能質量日趨惡化，這不僅嚴重影響電網安全高效的運行，而且對經典的電力測量理論、方法和儀表的設計都提出了新的挑戰。電力檢測系統的發展和應用，對電力系統的安全運行有重要意義，并且具有明顯的經濟效益和社會效益。 本文講述了諧波測量的基本理論，著重對傅里葉變換進行說明，使用PSIM軟件對諧波信號進行仿真，并給出仿真結果。以電力監控領域現階段的技術為參考，提出并研制了一種基于ARM和DSP的嵌入式平臺的電力監控系統。該系統為了能滿足實時諧波分析算法運算量大的要求，它采用模塊化設計，核心CPU按數據處理和控制兩種功能分別采用美國TI公司生產的TMS320LF2407芯片和Samsung公司基于ARM920T內核的16/32位S3C2410A微處理器，兩個核心芯片各自在不同的電路板上獨立運行，充分發揮DSP芯片的數字信號處理優勢和ARM的控制功能，以實現系統中的復雜軟件算法，運算速度也能得以提高。 系統硬件設計包括DSP數據采集模塊、實時時鐘電路和ARM的時鐘電路、存儲器接口電路、SDRAM電路、串行接口電路、通信模塊接口電路、LCD顯示等電路的設計。 系統軟件設計主要包括操作系統的移植以及應用程序的設計，應用程序設計由ARM主控程序設計、網絡通訊程序、ARM與DSP通訊程序設計以及DSP數據處理程序設計組成。
上傳時間： 2013-04-24
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電能是一種最為廣泛使用的能源，其應用程度是一個國家發展水平的主要標志之 隨著科學技術和國民經濟的發展，對電能質量的要求也越來越高。研制一種新型的電能質量實時監測系統，有效的進行電能質量監測，對保證電網和廣大用戶的電氣設備和各種用電器具的安全經濟運行、保障國民經濟各行各業的正常生產和產品質量具有重要意義。 本文首先闡述了電能質量監測系統的國內外研究現狀和電能質量的標準，并給出相應的測量方法；然后依據電能質量監測系統總體設計原則，詳細分析了現有的各種設計方案，并比較各自的優缺點，最終提出了基于DSP和ARM的雙CPU電能質量監測系統的設計方案。硬件設計方面，詳細分析了主要元件的應用選型，重點研究了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。在前置采集模塊中，采用ADS8364芯片設計了多通道信號采樣保持和快速轉換電路實現高精度的采樣，利用鎖相環跟蹤電網頻率實現硬件同步；同時充分發揮DSP的信號處理能力和ARM處理器的協調管理能力，設計了以DSP和ARM為核心的電路板。軟件設計方面，ARM部分構建了嵌入式Linux開發環境；DSP部分給出了程序設計流程圖；應用程序中移植了嵌入式數據庫sqlite，且設計了基于Qt/Embedded的人機交互界面。
上傳時間： 2013-06-03
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在現代電網中，隨著超高壓、大容量、遠距離輸電線路的不斷增多，對電力系統的安全穩定運行提出了更高、更嚴格的要求。距離保護作為線路保護的基本組成部分，其工作特性對電力系統的安全穩定運行有著直接和重要的影響。為了適應現代超高壓電網穩定運行的要求，微機保護裝置在硬件和軟件上都提出了越來越高的要求。 高速數字信號處理芯片（DSP）技術的發展，為開發一種速度快、處理能力強的微機保護系統奠定了基礎。在這樣的背景下，我們采用DSP芯片和ARM處理器，設計了一個并列式雙處理器微機保護系統。該系統采用一個DSP芯片負責控制數據采集、采樣數據處理，實現保護功能。ARM微處理器承擔人機接口管理，通過串行通信方式實現與DSP端口之間的數據通信，豐富的通訊接口，使得與上位機的通訊、下載程序定值靈活方便。新的微機保護裝置不斷推出，投入運行的微機保護裝置不允許用來進行試驗、培訓，該裝置還可作為試驗教學系統，供學生學習認識微機保護裝置的內部結構，并可自行設計保護算法、編制程序，通過上位機下載到實驗裝置，完成相應保護功能的測試。 本文實現了微機保護方案的整體軟硬件設計，內容包括DSP2812微處理器芯片，ARM7微處理器LPC2220芯片，開關量輸入／輸出電路、數據采集電路、通訊和網絡接口電路、人機界面的顯示板電路，文中對各部分電路的功能、特點以及器件的選擇、引腳連接進行了詳細介紹。系統采用模塊化設計，采用雙CPU并行處理模式，針對基于LPC2220微處理器的監控管理系統，完成了最小系統設計，詳細完成了啟動電路的設計。 本文初步設計了人機操作界面，給出了軟件設計的流程圖，將實時操作系統μC/OS-Ⅱ與模塊化硬件設計相結合，共同構成一個可以重復利用的軟硬件數字系統平臺，除了可以最大限度地提高開發的效率、減少資源的浪費外，還可以通過長期對于該平臺的研究，逐步優化平臺軟硬件資源，提高其性能，并滿足日益復雜的應用需求。
上傳時間： 2013-04-24
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