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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目前國內的大多數通用直流電參數測量設備，精度等級一般為0.5級或0，2級，精度更高的測量儀表(校表)一般為0.1～0.05級。而數字儀表使用的CPU大多數仍采用8位或16位單片機，由于其處理速度慢，不易實現更多的功能。軟件上還是采用匯編語言編程，流程上沿用傳統的線性程序，不便于軟件的升級和維護。而國外高精度的測量設備往往價格很高。為了更好地滿足計算過程中準確性、精確性、快速性以及日后客戶對儀表功能上的升級要求，克服目前國內現行的直流電參數測量儀器存在的局限，同時獲得更高的性價比，本文在充分分析和吸收當前國內外數字儀表的先進技術和經驗后，研制了一種基于32位ARM和嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ的智能直流校驗表，精度已達到了0.05級，該儀器是目前國內直流電參數測量的最高性能儀器之一，可廣泛用于實驗室、計量院所、電力系統等部門作為0.1級、0.05級直流電壓、電流測量標準或現場檢測。 本文首先對直流表的各種測量功能和精度要求進行了分析，提出了儀器的總體框架和滿足測量精度要求的措施。本裝置硬件上采用ARM結構，以恩智浦公司的ARM微控制器(LPC2134)為控制核心，實現測量、校準、通信和顯示功能。軟件上則基于嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ進行了儀表的總體程序設計。 在介紹了對直流表硬件電路的設計及驅動程序的編寫后，再簡單闡述了μC/OS-Ⅱ的一些基本概念和在ARM微控制器(LPC2134)上的移植，并詳細介紹了基于μC/OS-Ⅱ平臺應用程序的任務劃分，在設計了全部程序后，探討了誤差的分類和產生原因，并對實驗結果進行了分析。
上傳時間： 2013-06-25
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隨著微處理器技術與信息技術的不斷發展，嵌入式系統的應用也進入到國防、工業、能源、交通以及日常生活中的各個領域。嵌入式系統的軟件核心是嵌入式操作系統。然而，國內在嵌入式系統軟件開發上有很多困難，主要有：國外成熟的RTOS大都價格昂貴并且不公開源代碼，用好這些操作系統需對計算機體系結構有深刻理解。針對以上問題，免費公開源代碼的嵌入式操作系統就倍受矚目了，μC/OS-II就是其中之一。μC/OS-II是面向中小型應用的、基于優先級的可剝奪嵌入式實時內核，其特點是小巧、性能穩定、可免費獲得源代碼。 本文在深入研究μC/OS-II內核基礎上，將其運用于實際課題，完成了基于ARM架構的μC/OS-II移植及實時同步交流采樣的誤差補償研究。本文主要工作內容和研究成果如下： 1.剖析了μC/OS-II操作系統內核，重點研究了μC/OS-II內核的任務管理與調度算法機理，得出了μC/OS-II內核優點：任務調度算法簡潔、高效、實時性較好(與Linux相比)。 2.介紹了ARM9體系架構，重點講敘了MMU(存儲管理單元)功能。為了提高交流采樣系統的取指令和讀數據速度，成功將MMU功能應用于本嵌入式系統中。 3.完成了μC/OS-II操作系統在目標板上的移植，主要用匯編語言編寫了啟動代碼、開關中斷、任務切換和首次任務切換等函數。 4.針對國內外提出的同步交流采樣誤差補償算法的局限性，本文從理論上對同步交流采樣的準確誤差進行了研究，并嘗試根據被測信號周期的首尾過零點的三角形相似法，求出誤差參數并對誤差進行補償。此外，考慮到采樣周期△T不均勻，經多次采樣后會產生累積誤差，本文也給出了采樣周期△T的優化算法。 5.完成了系統硬件設計，并根據補償算法和△T優化法則，編寫了相應采樣驅動和串口驅動。最后對實驗數據進行了分析和比較，得出重要結論：該補償算法實現簡單，計算機工作量小，精度較高。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力系統的迅速發展和電力電子技術的廣泛應用，電能污染日益嚴重，電能質量問題已經成為電力部門及電力用戶越來越關注的問題。電能質量的各項指標若偏離正常水平過大，會給發電、輸變電和用電設備帶來不同程度的危害。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，因此對電能質量進行檢測和分析從而提高和改善電能質量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質量的基本概念，對各種電能質量問題的分類、特征及產生原因和危害作了詳細的闡述。通過對電能質量各項指標（供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變）的分析，以傳統的傅立葉變換理論為基礎，針對目前電能質量分析的難點即對突變的、暫態的、非平穩的信號的檢測與分類，提出了基于快速傅立葉變換的暫態電能質量分析方法。 在系統的研究了電能質量分析的相關理論和檢測技術的基礎上，針對電能質量分析系統中需要支持復雜算法和保持實時性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構架的嵌入式電能質量分析系統的硬件平臺和軟件系統。重點分析了DSP與ARM的選型依據、結構特點、具體應用等。并且詳細的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設計思想，其中重點介紹了DSP部分的FFT算法設計、ARM部分的UC/OS-II操作系統移植和MiniGUI圖形界面開發。最后對論文的主要工作進行了總結，對以后可深入研究的方向進行了展望。
上傳時間： 2013-05-22
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隨著電力系統的迅速發展和電力電子技術的廣泛應用，電能污染日益嚴重，電能質量問題已經成為電力部門及電力用戶越來越關注的問題。電能質量的各項指標若偏離正常水平過大，會給發電、輸變電和用電設備帶來不同程度的危害。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，因此對電能質量進行檢測和分析從而提高和改善電能質量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質量的基本概念，對各種電能質量問題的分類、特征及產生原因和危害作了詳細的闡述。通過對電能質量各項指標(供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變)的分析，以傳統的傅立葉變換理論為基礎，針對目前電能質量分析的難點即對突變的、暫態的、非平穩的信號的檢測與分類，提出了基于小波變換的暫態電能質量分析方法。利用小波變換模極大值原理檢測信號奇異點作為是否發生暫態擾動的判據，克服了傳統方法中無時域局部性的缺點。 在系統的研究了電能質量分析的相關理論和檢測技術的基礎上，針對電能質量分析系統中需要支持復雜算法和保持實時性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構架的嵌入式電能質量分析系統的硬件平臺和軟件系統。重點分析了DSP與ARM的選型依據、結構特點、具體應用等。并且詳細的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設計思想，其中重點介紹了DSP部分的FFT算法設計、ARM部分的uC/OS-II操作系統移植和MiniGUI圖形界面開發。最后對論文的主要工作進行了總結，對以后可深入研究的方向進行了展望。
上傳時間： 2013-07-10
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設計出一個用計算機中的普通聲卡，而不是專業的環保設備對環境噪聲進行采集和分析的系統。它利用噪聲的時間特性、數據庫技術以及labVIEW平臺編寫程序，實現信號的采集和分析。能用離散傅立葉變換數據
上傳時間： 2013-05-20
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隨著半導體工藝的飛速發展和芯片設計水平的不斷進步，ARM微處理器的性能得到大幅度地提高，同時其芯片的價格也在不斷下降，嵌入式系統以其獨有的優勢，己經廣泛地滲透到科學研究和日常生活的各個方面。 本文以ARM7 LPC2132處理器為核心，結合蓋革一彌勒計數管對Time-To-Count輻射測量方法進行研究。ARM結構是基于精簡指令集計算機(RISC)原理而設計的，其指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多，使用一個小的、廉價的ARM微處理器就可實現很高的指令吞吐量和實時的中斷響應。基于ARM7TDMI-S核的LPC2132微處理器，其工作頻率可達到60MHz，這對于Time-To-Count技術是非常有利的，而且利用LPC2132芯片的定時/計數器引腳捕獲功能，可以直接讀取TC中的計數值，也就是說不再需要調用中斷函數讀取TC值，從而大大降低了計數前雜質時間。本文是在我師兄呂軍的《Time-To-Count測量方法初步研究》基礎上，使用了高速的ARM芯片，對基于MCS-51的Time-To-Count輻射測量系統進行了改進，進一步論證了采用高速ARM處理器芯片可以極大的提高G-M計數器的測量范圍與測量精度。 首先，討論了傳統的蓋革-彌勒計數管探測射線強度的方法，并指出傳統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進行分析。指出Time-To-Count方法與傳統的脈沖計數方法的區別，以及采用Time-To-Count方法進行輻射測量的可行性。 接著，詳細論述基于ARM7 LPC2132處理器的Time-To-Count輻射測量儀的原理、功能、特點以及輻射測量儀的各部分接口電路設計及相關程序的編制。 最后得出結論，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，數據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方法進行的輻射測量時，如何減少雜質時間以及如何提高計數前時間的測量精度，是決定Time-To-Count輻射測量儀性能的關鍵因素。實驗用三只相同型號的J33G-M計數管分別作為探測元件，在100U R/h到lR/h的輻射場中進行試驗.每個測量點測量5次取平均，得出隨著照射量率的增大，輻射強度R的測量值偏小且與輻射真實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，則此儀器的量程范圍為20 u R/h至1R/h，量程跨度近六個數量級。而用J33型G-M計數管作常規的脈沖測量，量程范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，充分體現了運用Time-To-Count方法測量輻射強度的優越性，也從另一個角度反應了隨著計數前時間的逐漸減小，雜質時間在其中的比重越來越大，對測量結果的影響也就越來越嚴重，盡可能的減小雜質時間在Time-To-Count方法輻射測量特別是測量高強度輻射中是關鍵的。筆者用示波器測出此輻射儀器的雜質時間約為6.5 u S，所以在計算定時器值的時候減去這個雜質時間，可以增加計數前時間的精確度。通過實驗得出，在標定儀器的K值時，應該在照射量率較低的條件下行，而測得的計數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定來檢驗。這是因為在照射量率較低時，計數前時間較大，雜質時間對測量結果的影響不明顯，數據線斜率較穩定，適宜于確定標定系數K值，而在照射量率較高時，計數前時間很小，雜質時間對測量結果的影響較大，可以明顯的在數據線上反映出來，從而可以很好的反應出儀器的性能與量程。實驗證明了Time-To-Count測量方法中最為關鍵的環節就是如何對計數前時間進行精確測量。經過對大量實驗數據的分析，得到計數前時間中的雜質時間可分為硬件雜質時間和軟件雜質時間，并以軟件雜質時間為主，通過對程序進行合理優化，軟件雜質時間可以通過程序的改進而減少，甚至可以用數學補償的方法來抵消，從而可以得到比較精確的計數前時間，以此得到較精確的輻射強度值。對于本輻射儀，用戶可以選擇不同的工作模式來進行測量，當輻射場較弱時，通常采用規定次數測量的方式，在輻射場較強時，應該選用定時測量的方式。因為，當輻射場較弱時，如果用規定次數測量的方式，會浪費很多時間來采集足夠的脈沖信號。當輻射場較強時，由于輻射粒子很多，產生脈沖的頻率就很高，規定次數的測量會加大測量誤差，當選用定時測量的方式時，由于時間的相對加長，所以記錄的粒子數就相對的增加，從而提高儀器的測量精度。通過調研國內外先進核輻射測量儀器的發展現狀，了解到了目前最新的核輻射總量測量技術一Time-To-Count理論及其應用情況。論證了該新技術的理論原理，根據此原理，結合高速處理器ARM7 LPC2132，對以G-計數管為探測元件的Time-To-Count輻射測量儀進行設計。論文以實驗的方法論證了Time-To-Count原理測量核輻射方法的科學性，該輻射儀的量程和精度均優于以前以脈沖計數為基礎理論的MCS-51核輻射測量儀。該輻射儀具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等優點。用戶可以定期的對儀器的標定，來減小由于電子元件的老化對低儀器性能參數造成的影響，通過Time-To-Count測量方法的使用，可以極大拓寬G-M計數管的量程。就儀器中使用的J33型G-M計數管而言，G-M計數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，核輻射儀的量程比以前基于MCS-51的輻射儀提高了近200倍，而且精度也比傳統的脈沖計數方法要高，測量結果的線性程度也比傳統的方法要好。G-M計數管的使用壽命被大大延長。 綜上所述，本文取得了如下成果：對國內外Time-To-Count方法的研究現狀進行分析，指出了Time-To-Count測量方法的基本原理，并對Time-T0-Count方法理論進行了分析，推導出了計數前時間和兩個相鄰輻射粒子時間間隔之間的關系，從數學的角度論證了Time-To-Count方法的科學性。詳細說明了基于ARM 7 LPC2132的Time-To-Count輻射測量儀的硬件設計、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單片機的Time-To-Count測量儀的改進。改進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。本論文根據實驗結果總結出了Time-To-Count技術中的幾點關鍵因素，如：處理器的頻率、計數前時間、雜質時間、采樣次數和測量時間等，重點分析了雜質時間的組成以及引入雜質時間的主要因素等，對國內核輻射測量儀的研究具有一定的指導意義。
標簽： TimeToCount ARM 輻射測量儀
上傳時間： 2013-06-24
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隨著海洋勘測技術的發展，研制高性能的海洋測流儀器越來越重要。多普勒聲學海流剖面儀就是一種非常重要的用來測量海流速度的儀器。在調試多普勒聲學海流剖面儀的過程中，多普勒聲學海流剖面儀信號模擬器是很重要的設備，它是數字模擬技術與多普勒聲學技術相結合的產物，它通過模擬的方法產生聲學海流剖面儀回波信號，以便在不具備實際海洋情況的條件下，可以在實驗室環境中對聲學海流剖面儀的樣機進行系統調試。在此情況下，本文研制了一種聲學海流剖面儀信號模擬器，并對聲學海流剖面儀回波信號接收過程中使用的算法進行了研究。 本文首先比較了多普勒聲學海流剖面儀的發射信號與接收信號之間的關系，分析了產生多普勒頻移的原因。選用直接數字頻率合成技術(DDS)生成多普勒聲學海流剖面儀調試所需要的回波信號o DDS技術克服了傳統信號源的頻率精度不高和頻率不穩等問題。本文選用專用DDS芯片AD9833來實現回波信號的產生，利用ARM嵌入式技術對輸出信號進行控制。 信號模擬器以S3C2410處理器為核心構建了硬件平臺，采用核心板與擴展板相結合的硬件結構。核心板主要包括了存儲系統、網絡接口和各種通訊接口。其主要功能是存儲大量數據信號和通訊功能；擴展電路包括了16路DDS信號輸出及信號調理電路，可以通過軟件來配置16路信號相應的工作狀態及選擇信號輸出形式。硬件設計預留了一定數量的I/O接口以備將來擴展之用。 建立嵌入式Linux開發環境；并分析BootLoader啟動機制，移植VIVI；通過配置內核相關文件，移植Linux2.4.18內核到模擬器系統；編寫16路DDS的驅動程序；設計了模擬器的上位機通訊程序及用應程序；對系統進行了軟硬件調試，調試結果表明模擬器完全能夠模擬聲學海流剖面儀的回波信號。 最后，結合回波信號形式，采用基帶解調、復相關等技術對接收回波信號所使用的算法進行了研究，估算出多普勒頻移，配合了調試海流剖面儀樣機工作的進行。該模擬器不但可以模擬回波信號，還可以作為發射信號來用，大大提高了模擬器的實用性。關鍵詞：聲學海流剖面儀；S3C2410； AD9833；嵌入式Linux；回波信號
上傳時間： 2013-04-24
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無線電子點菜系統是餐館實行信息化管理的一個重要組成部分，該系統的應用不僅會給餐飲企業帶來良好的經濟效益，而且有利于先進的科學技術在國民經濟中的推廣應用，產生良好的社會效益。目前國內點菜系統高、低檔產品繁多，但推廣速度十分緩慢，究其原因是缺少適合中國國情的中檔適用產品。本文通過分析國內市場現有的各種點菜系統的優缺點，指出點菜系統的區別關鍵在于點菜終端和通訊方式的選擇上，在此基礎上提出了一種適合具體應用場合的中檔無線點菜終端解決方案：運用嵌入式系統開發無線點菜終端，運用短距離無線通信技術進行數據傳輸。 文章首先分析了無線點菜機的系統組成及功能分配，并在此基礎上對系統各個組成模塊的硬件進行設計。接著分析了觸摸屏數據采集的全過程，探討了影響觸摸屏數據精度的各種因素，提出了一種“三步法”進行數據的校正的方法。然后文章對幾種常用的小范圍無線通訊方式進行比較，確定采用無線射頻單芯片實現短距離無線通訊，并詳細闡述了數據幀格式和分層次通訊協議的設計，通訊系統的模型采、用主站論詢，從站監聽的方式。最后是軟件的具體開發，首先研究了μC/OS-Ⅱ操作系統的移植和Boot Loader啟動代碼的設計，并成功移植下載到S3C44BOX中，然后在此操作系統的基礎上進行點菜界面、通訊協議及關鍵驅動的設計。 本設計對基于嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系統進行終端開發，具有一定的借鑒指導意義，對自助式餐飲業具有商業實用價值。同時，作為一款手持式產品，可以隨身攜帶，可以使用于多種支持無線上網的場合，具有一定的市場應用前景和商業實用價值。
上傳時間： 2013-07-30
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該文利用FPGA技術,設計了全概率寬帶數字接收機的實驗平臺,并在其上提出了數字接收機實現的可行性方法,以及對這些方法的驗證.該文的主要貢獻和創新有以下幾個方面.提出了并行結構算法的工程實現,討論了解決前端采樣的高速數據流遠遠超過后端DSP處理能力問題的可行性方法.利用多相濾波下變頻的并行結構特點,使濾波器能夠以高效的形式實現,也使得后端的混頻能夠工作在一個較低的速率上.經過多相濾波下變頻處理后的數據,在速率和數量上都有大幅減少,達到了現有通用DSP器件的處理能力的要求.針對多相濾波下變頻與短數據快速測頻算法的特點,用FPGA搭建了其實驗模型,并利用微機EPP接口,對實驗目標板進行控制并與其進行數據交換.利用FPGA的在線編程特性,可以方便靈活對各種實現方法加以驗證、比較.同時也給調試帶來了方便,可以每個模塊單獨調試而不用改變硬件結構,使調試效率大大提高.該平臺也可用來對其他數字處理算法進行實現性分析與實驗.參考軟件無線電設計的概念和國內外相關文獻,提出了多項濾波下變頻結構的FPGA實現.傳統的DDC通過數字混頻、濾波、抽取實現數字下變頻,在高速A/D和電子偵察環境條件下商用DDC不能使用.該文采用濾波器多相分解方法,按數字混頻序列劃分調諧信道,使用先抽取,后低通濾波,再混頻的數字下變頻結構,高效實現了變載頻帶通信號數字下變頻.結合多相濾波下變頻結構、算法對測頻精度及速度的要求,提出了短數據快速測頻算法的具體實現,使用流水線的設計方法,提高了系統的數據吞吐率,在盡可能短的時間內提供多相濾波下變頻所需的載頻位置信息.以上兩部分的FPGA實現除了純粹的算法模塊外,還包括測試用的外圍模塊,以及運行于實驗平臺上的控制模塊、緩存、數據控制等.這些模塊也用FPGA來實現.
上傳時間： 2013-06-22
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