在電力系統容量日益擴大和電網電壓運行等級不斷提高的潮流下，傳統電磁式互感器在運行中暴露出越來越多的弊端，難以滿足電力系統向自動化、標準化和數字化的發展需求，電子式互感器取代傳統電磁式互感器已經成為一種必然的趨勢，并成為人們研究的熱點。本文圍繞電子式電流互感器高壓側數據采集系統進行了研究與設計。 Rogowski線圈是電流傳感元件，本文總紿了Rogowski線圈的基本原理，其中包括線圈的等效電路和相量圖，線圈的電磁參數計算。在理論研究的基礎上，結合實際設計一款高精度PCBRogowski線圈。電容分壓器是電壓傳感元件，文章中介紹了傳感器的原理、傳感器的模型結構，針對其自身結構缺陷和工作環境的電磁干擾，提出具有針對性的電磁兼容設計方法。 積分器的性能一直是影響Rogowski線圈電流傳感器的精度和穩定性的重要因素之一。模擬積分器具有結構簡單、響應速度快、輸入動態范圍大等優點；數字積分器具有性能穩定，精度高等優點。后者的優勢使其成為近年來Rogowski線圈電流互感器實用化研究的一個熱點問題。本文設計了一套數字積分器設計的方法，其中包括了積分算法的選擇，積分輸入采樣率和分辨率的確定，數字積分器的通用結構，積分初值的選擇方法等。 為了保證系統的運行穩定，文章中的系統只采用激光供電模式，降低數據采集系統的功耗就成了系統設計的一個重要環節。文章中介紹了一些實用的低功耗處理方法，分析了激光器的特性，光電池的特性和光電轉換器件的特性，并根據這些器件的特性，改進了數據發送激光器的驅動電路，大幅度降低了系統的功耗，保證了系統在較低供電功率條件下的正常運行。 論文最后對全文工作進行總結，提出進一步需要解決的問題。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著當今科學技術的迅猛發展，數字圖像處理技術正在各個行業得到廣泛的應用，而FPGA技術的不斷成熟改變了通常采用并行計算機或數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)等作為嵌入式處理器的慣例。可編程邏輯器件(FPGA)憑借其較低的開發成本、較高的并行處理速度、較大的靈活性及其較短的開發周期等特點，在圖像處理系統中有獨特的優勢。 本文提出了一種基于FPGA的圖像采集處理系統解決方案，并選用低成本高性能的Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F324為核心，設計開發了圖像采集處理的軟硬件綜合系統。文章闡述了如何在FPGA中嵌入NiosII軟核處理器并完成圖像采集處理系統功能的設計方案。硬件電路上，系統設計了三塊電路板：FPGA核心處理板、圖像采集卡、圖像顯示卡，其中通過I2C總線對采集卡的工作模式進行配置，在采集模塊控制下，將采集到的圖像數據存儲到SDRAM；根據VGA顯示原理及其時序關系，設計了VGA顯示輸出控制模塊，合成了VGA工作的控制信號，又根據VGA顯示器的工業標準，合成VGA接口的水平和幀同步信號。邏輯硬件上，應用SOPCBuilder工具生成了FPGA內部的邏輯硬件功能模塊，定制了NiosII IP core、CMOS圖像采集模塊、VGA Controller及其I2C總線接口，系統各模塊間通過Avalon總線連接起來。軟件部分，在NiosII內核處理器上實現了彩色圖像顏色空間轉換、二值化、形態學腐蝕處理及其目標定位等算法。實驗結果證明了本文提出的方案及算法的正確性，可行性。
上傳時間： 2013-08-05
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電機是現代工業生產和日常生活最主要的原動力和驅動裝置。電機一旦發生故障，會造成不同程度的經濟損失和社會影響。因此研究不同場合、不同運行狀態下電機故障診斷理論和相關技術具有很高的實用價值。 電機出現故障時，故障信號中往往含有大量的時變、短時突發性質的成分。因此可以通過檢測、分析故障信號，獲得電機的故障信息。傳統的信號分析方法，如傅立葉變換，是一種純頻域分析，缺乏空間局部性，不能滿足故障信號分析的要求。而小波分析和小波包分析法具有良好的時頻局部性，能夠將信號在任意頻段進行劃分，從而使在不同頻段的各種故障特征信號更加容易被識別和提取。基于小波包分析處理非平穩信號的優越性，本文選用小波包分析對電機故障信號進行分析檢測。 本文在研究了異步電機常見故障類型和診斷方法的基礎上，詳細分析了電機滾動軸承異常、轉子斷條、氣隙偏心等故障原因，采用基于信號分析法中的振動診斷法和定子電流檢測法，對電機滾動軸承故障、轉子斷條故障進行診斷。對于存在已知軸承故障的電機，在故障狀態下采集到振動信號，利用峭度值計算和小波包分析相結合的方法，選用db3作為小波基，進行小波包分析，對包含有故障特征頻率信息的信號進行重構，獲得軸承故障特征頻率，根據故障特征頻率的數值和能量，確定出軸承故障的類型。應用小波包分析和FFT相結合的方法，選用Coif5為小波包基，檢測轉子斷條故障特征頻率。在此基礎上，采集故障電機的振動信號和電流信號，并分別應用上述方法進行了仿真模擬實驗，結果表明這些方法是準確可行的。 論文以DSP為核心，完成了電機故障診斷系統的硬件電路的設計，包括信號檢測電路、調理電路，A/D轉換電路等，并給出了主要的軟件流程圖。
上傳時間： 2013-04-24
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射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)是一種允許非接觸式數據采集的自動識別技術。其中工作在超高頻(Ultra High Frequency，UHF)頻段的無源RFID系統，由于在物流與供應鏈管理等領域的潛在應用，近年來得到了人們的廣泛關注。這種系統所使用的無源標簽具有識別距離長、體積小、成本低廉等突出特點。目前在市場上出現了各種品牌型號的UHF RFID無源標簽，由于不同品牌型號的標簽在設計與制造工藝上的差異，這些標簽在性能表現上各不相同，這就給終端用戶選擇合適自己應用的標簽帶來了困難。RFID基準測試就是在實際部署RFID系統前對RFID標簽的性能進行科學評估的有效手段。然而為了在常規實驗室條件下得到準確公正的測試結果，需要對基準測試的性能指標及測試方法學開展進一步的研究。本文正是研究符合EPC Class1 Gen2標準的RFID標簽基準測試。 本文首先分析了當前廣泛應用的超高頻無源RFID標簽基準測試性能指標與測試方法上的局限性與不足之處。例如，在真實的應用環境中，由于受到各種環境因素的影響，對同一品牌型號的標簽，很難得到一致的識讀距離測試結果。另外，在某些測試場景中，使用識讀速率作為測試指標，所得到的測試結果數值非常接近，以致分辨度不足以區分不同品牌型號標簽的性能差異。在這些分析基礎上，本文把路徑損耗引入了RFID基準測試，通過有限點的測量與數據擬合分別得到不同類型標簽的路徑損耗方程，結合讀寫器天線的輻射方向圖，進一步得到各種標簽受限于讀寫器接收靈敏度的覆蓋區域。無源標簽由于其被動式能量獲取方式，其實際工作區域仍然受限于前向鏈路。本文通過實驗測試出這些標簽的最小激活功率后，得出了各種標簽在一定讀寫器發射功率下的激活區域。完成這些步驟后，根據這兩種區域的交集可以確定標簽的工作區域，從而進行標簽間的比較并達到基準測試的目的，并能找出限制標簽工作范圍的瓶頸。 本文最后從功率損耗的角度研究了標簽之間的相互干擾，為用戶在密集部署RFID標簽的場景中設置標簽之間的最小間隔距離具有重要的參考意義。
上傳時間： 2013-04-24
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印刷電路板( PCB)是集成各種電子元器件的信息載體，在各個領域得到了廣泛的應用。近年來隨著印刷電路板生產復雜度和產量的提高，傳統PCB缺陷檢測方式因接觸受限、高成本、低效率等因素，已經逐漸不能滿足現代檢測需要，因此研究實現一種PCB缺陷的自動檢測系統具有很大的現實意義和實用價值。 @@ 本論文根據機器視覺檢測理論，運用數字圖像處理技術，構建了一套PCB缺陷自動檢測系統方案。該系統主要由光照、CCD攝像機、圖像采集卡、運動控制臺及計算機圖像處理軟件組成。其中圖像處理軟件部分作為本論文的核心，著重研究了其關鍵功能模塊包括圖像預處理、閾值分割、圖像識別幾個部分算法的選擇與設計，并在MATLAB 7.0的環境下進行仿真。 @@ 運用現代成熟的數字圖像處理技術，本文實現了PCB缺陷的軟件檢測方案。在預處理模塊中，結合PCB板的特點運用圖像預處理手段得到高質量的PCB圖像。在閾值分割模塊中，實現了四種當前成熟的閾值分割算法，以得到特征清晰、低噪聲的PCB二值圖像。在識別模塊中結合電路板的短路、斷路、毛刺、缺損、空洞五大缺陷的特征，設計相應算法并予以實現，并提示缺陷信息。 @@關鍵詞：缺陷檢測；圖像預處理；圖像分割；圖像識別
上傳時間： 2013-06-23
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現場總線技術是當前自動化技術中的一個熱點，但目前國際上常用的多種現場總線協議均由世界級廠商提出和壟斷。CAN總線是公認的最具發展前景的現場總線之一，其應用層協議有國外公司的CANopen和DeviceNet，由廣州致遠電子推出的現場總線iCAN協議以其簡潔方便的特點受到廣泛關注，尤其得到國內用戶的積極相應。為了在高校的現場總線教學中推廣具有我們國家自主知識產權的現場總線應用，需要為學生提供一套功能完善、綜合性強的基于iCAN協議現場總線技術的實驗室教學系統。本課題正是針對這一問題而構建基于現場總線iCAN協議的綜合測試系統，力求使學生通過該系統的學習掌握現場總線iCAN協議相關知識，為將來快速進入相關工作崗位打下基礎。 本文首先介紹基于現場總線iCAN協議綜合測試系統的研究背景、目的及其意義，詳細介紹了現場總線技術和CAN總線的相關知識，對iCAN協議進行了詳細的介紹和分析。所設計的基于現場總線iCAN協議的綜合測試系統由基本系統和擴展系統兩部分構成。基本測試系統設計面向基本的標準實驗設備，利用廣州致遠的iCAN系列功能模塊構成；擴展系統設計面向測試系統的綜合性設計，實現iCAN網絡與其它控制網絡如PLC網絡的互連，并通過CANET-100轉換器實現iCAN總線與上位PC機的通信。測試系統的上位監控界面設計采用工業組態軟件MCGS完成，MCGS與總線的數據交互采用OPC方式實現。通過OPC實現iCAN網絡與MCGS間的數據傳輸。在完成基于現場總線iCAN協議綜合測試系統的基礎上，本文還進一步討論了如何采用基于DSPTMS320LF2407A主控芯片設計iCAN綜合數據采集卡，敘述了其整體設計思想， 給出了具體的硬件和軟件設計以及如何實現對iCAN協議的解析。本文的最后通過設計三個實際的實驗例子，進一步展示了系統的構成和功能。 綜上所述，該測試系統由基本測試系統和綜合測試系統構成，并提供iCAN綜合數據采集卡的設計方法和三個實驗例程，可為學生提供分層學習、綜合學習以及設計開發平臺，實踐證明該系統具有良好的新穎性和實用性。本課題研究的測試系統模式同樣適用于其它工業現場總線測試系統。 關鍵詞：CAN總線，iCAN協議，DSP，PLC，組態軟件
上傳時間： 2013-04-24
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嵌入式圖像采集系統具有體積小、成本低、穩定性高等優點，在遠程監控、可視電話、計算機視覺、網絡會議等領域應用廣泛。為克服傳統基于單片機的圖像采集系統的種種不足，本文提出了一種新的解決方案，利用高速的ARM9嵌入式微處理器S3C2410A為硬件核心，搭配USB攝像頭，結合Linux構建了一套嵌入式的圖像采集系統。USB攝像頭有著容易購買、性價比高等優點，但長期以來將其直接應用于嵌入式系統卻很困難。隨著ARM微處理器的廣泛應用，嵌入式系統的性能得到了極大的提升。人們逐漸將操作系統引入其中，方便系統的管理和簡化應用程序的開發。Linux是一個免費開源的優秀操作系統，將其移植到嵌入式系統中能夠對系統進行高效地管理、極大地方便應用程序的開發。嵌入式的Linux操作系統繼承了Linux的優良特性，還有著節約資源，實時性強等優點。在本方案中以嵌入式Linux操作系統為基礎，借助其對USB、網絡等的強大支持能力來構建高度靈活的圖像采集系統。通過利用Linux操作系統內建的video4Linux對攝像頭進行編程，實現了將USB攝像頭采集到的視頻數據進行顯示和存為圖片的功能。本文中具體講述了嵌入式的軟硬件平臺的構建，USB攝像頭的驅動開發，圖像采集應用程序的實現等。本文提出的嵌入式圖像采集方案適用于市面上絕大多數流行的USB攝像頭，還能把得到的圖像通過以太網傳輸以實現遠程的監控。這套方案利用應用程序編程接口video4linux所提供的數據結構、應用函數等，實現了在Linux環境下采集USB攝像頭圖像數據的功能，并運用嵌入式的GUI開發工具Qt/Embedded來編寫最終的應用程序實現了美觀的用戶界面。充分運用Linux操作系統和其工具的強大功能來實現圖像采集， 對基于Linux內核的后續圖像應用開發具有實用意義。本系統完全基于開放的平臺和模塊化的實現方法，具有良好的可移植性，可方便地進行各種擴展。這種方案所實現的圖像采集系統成本低，靈活性高，性能好，是一種優良的解決方案。本文詳細介紹了這種基于Linux系統和S3C2410A平臺的嵌入式圖像采集系統。關鍵詞：嵌入式，ARM，USB，圖像采集，Linux
上傳時間： 2013-06-05
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隨著我國工農業生產的發展和人民生活水平的提高，作為國民經濟基礎之一的電力行業取得了迅猛的發展，電力系統輸配電的安全性和可靠性也越來越受到電力系統運行、管理和科研人員的關注。輸電線路的各種事故是影響電力線路安全運行的重要因素之一。本文正是在這一前提下，在參考國內外大量文獻及研究成果的基礎上，設計實現了一套輸電線路綜合在線監測系統。 本文研制的輸電線路在線監測終端通過測量線路的泄漏電流、分布電壓、氣候參數以及圖像信息，并將數據進行采集、處理后，將數據發送到后臺監控中心，達到對輸電線路運行狀況進行實時監測的目的，并以此為依據給出線路的評估信息提供給電力部門作為其安排檢修的依據，可以大大減少電力部門的工作量并預防線路事故的發生。 針對本系統功能豐富、監測參數眾多的特點，作者設計了基于ARM的數據采集與傳輸系統。通過對ARM資源的合理分配，實現了監測終端的數據采集處理功能。終端的數據傳輸功能由ARM和無線傳輸模塊配合完成，實現了GPRS和GSM SMS兩種數據傳輸方式。 本文是對輸電線路綜合在線監測終端數據采集與傳輸系統設計和研究工作的總結，本文內容主要偏重于監測終端硬件和軟件的研究設計。論文在最后一部分對運行得到的數據也進行了分析、總結。 本文研制的輸電線路綜合監測終端已在在幾條高壓輸電線路上掛網運行，運行結果表明系統各方面性能良好，滿足設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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電力電子系統的集成化是現今電力電子技術發展的趨勢，系統的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統，對復雜電力電子裝置的系統級集成具有重要意義，是電力電子系統集成技術的基本組成部分。本文從變流系統的功率流和信息流雙重分布性的角度出發。對電力電子系統網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統是網絡化分布式控制系統的應用對象。首先，論文以復雜系統為研究對象，分析了應用系統的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統的網絡化分布式控制方案，并得出系統組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統的網絡，從結構、速率和協議等各個方面將兩類網絡進行了系統的對比。明確了電力電子系統網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統所需網絡必需具備的條件。根據現有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統的分析，歸納和總結了系統的控制功能和控制內容，對系統不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統內模塊控制信息延時對不同應用系統的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統歸為兩大類：1）零延時系統；2）定延時系統。針對上述兩類系統，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統級集成方案。根據主節點和從節點的控制任務需求，分別從功能和系統結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統的接口需求分析，對節點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數和變量的申明和配置，并研究參數的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執行速度上的優點。論文對電力電子系統控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統的延時影響與舊網絡系統的延時影響進行比較，總結新網絡系統在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統提出了實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統，為實現標準的應用系統組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統的即插即用和動態重構提供了研究基礎，從而為最終實現復雜變流器的應用系統級集成提供系統化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統集成和標準化研究的一個新方向。
上傳時間： 2013-06-15
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控制器局域網(CAN)最初是由德國BOSCH公司為汽車的監測、控制系統設計的。它是一種有效的支持分布式控制或者實時控制的串行通信網絡。由于其具有多主機、高性能以及高可靠性，CAN總線已經廣泛應用于汽車電子控制、過程控制、機械工業、紡織機械、機器人、數控機床、醫療器械以及傳感器等領域。CAN總線已經形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。 另一方面，隨著電動車的技術的不斷發展，電動車已經開始邁向了市場普及的道路。對于電動車電池的管理和維護越來越成為電動車發展的重點之一。由于CAN具有抗干擾性強、連接簡單、無主通信等特點，非常適合用來實現實時數據的采集和傳輸。因此，本文利用CAN總線為基礎設計了一個電池實時數據采集與管理系統，經分析、設計、編程和調試，在實際應用中得以實現。 該系統主要包括數據采集層，數據傳輸層和用戶管理層三個部分。數據采集層的主要任務是電池實時數據的采集和發送；數據傳輸層的主要功能是通過CAN總線接收數據采集層發送的實時數據，并將其轉換成RS232串口協議發送到上位機；用戶管理層的主要功能是通過串口接收數據，實時顯示，存儲和分析。 論文完成的主要工作有： (1) 通過對系統需求的分析，將整個系統分為三個獨立的層，分別進行了軟硬件設計，實現了系統的模塊化，增強了系統的應用性； (2) 詳細的研究了CAN2.0B協議和SAE J1939協議，并在此基礎上，編寫了適合本設計的通訊協議； (3) 深入研究了MC9S12DG128芯片的硬件結構和軟件設計方法； 本課題的創新點在于利用目前汽車工業廣泛采用的CAN總線協議，設計了一套簡單，高效，穩定的電池數據采集與管理系統，并在實際中得以應用。在系統設計過程中將整個系統分為3個層，大大提升了系統的模塊化水平，有利于系統的擴展和維護。
上傳時間： 2013-07-07
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