近年來，瓦斯事故在煤礦生產事故中所占比例越來越高，給礦工的生產生活帶來了極大的災難，必須加強對瓦斯的監測監控，避免瓦斯爆炸事故。因此對瓦斯氣體進行快速、實時檢測對于煤礦安全生產及環境保護有特別重要的意義。便攜式甲烷檢測報警儀是各國應用最早最普遍的一種甲烷濃度檢測儀表，可隨時檢測作業場所的甲烷濃度，也可使用甲烷傳感器對甲烷濃度進行連續實時地監測。大體上當前應用的便攜式甲烷檢測儀器，按檢測原理分為光學甲烷檢測儀、熱導型甲烷檢測儀、熱催化型甲烷檢測報警儀、氣敏半導體式甲烷檢測儀等幾種。 光干涉甲烷檢測儀性能穩定、使用壽命長，測量準確，是我國煤礦主要的便攜式甲烷檢測儀器。但現有的光干涉甲烷檢測儀存在自動化程度低、測量方法繁瑣、讀數不直觀，人為誤差較大、不能存儲數據等缺點。為此本文在干涉型甲烷檢測儀實現的原理上提出利用線陣型電荷耦合器件(CCD)對干涉條紋進行非接觸式的自動測量，獲得條紋信息，通過CCD驅動、高速模數轉換、數據采集等關鍵技術，實現了干涉條紋位移的精確測量，由單片機對量化后的測量信號進行智能處理，數字化顯示甲烷含量的測量結果。 光干涉甲烷檢測的關鍵是對干涉條紋中白基線以及黑色條紋位置的檢測，本設計采用線陣CCD成像獲取條紋信息判別其位置。CCD是一種性能獨特的半導體光電器件，近年來在攝像、工業檢測等科技領域里得到了廣泛的應用。將CCD技術應用于位置測量可以實現高精度和非接觸測量的要求；運用FPGA實現CCD芯片的驅動具有速度快、穩定高等優點：模數轉換之后的數據沒有采用專用存儲芯片進行存儲，而采用FPGA硬件開發平臺和Verilog HDL硬件描述語言編寫代碼實現數據采集模塊系統，同時提高數據采集精準度，既降低成本又提高了存儲效率。 本文設計的新系統使用方便、精度高、數據可儲存，克服了傳統光干涉甲烷檢測儀的缺點，技術指標和功能都得到較大改善。
上傳時間： 2013-06-08
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大氣能見度(Visibility)是反映大氣透明度的一個指標，是氣象觀測的常規項目，它對航海、航空、陸上交通以及軍事活動等都有重要影響。目前國內能見度儀，特別是適用于海洋惡劣環境中的便攜式、高精度的能見度儀較少，需要研制適合海上測量的能見度儀。 在系統闡述大氣能見度檢測理論依據的基礎上，研究了能見度檢測系統的關鍵技術，主要包括光源的穩定性、微弱信號的相敏檢測技術及信號的抗干擾技術等。本系統由發射模塊、接收模塊、信號處理模塊及電源模塊等組成。設計了發射模塊和接收模塊的光學系統，并進行了發射光源的調制設計、接收模塊中的光電轉換電路、放大電路、帶通濾波電路的設計及信號的鎖相放大電路的設計等。大氣能見度測量屬于微弱信號檢測技術，在海上更容易受到外界自然光及其它環境因素的干擾，因此濾除各種干擾，提取有用的微弱信號是本設計的核心。本文重點研究了光敏檢測技術和適合于微弱信號檢測的鎖相放大技術，設計了以OPT101為核心的光敏檢測電路，有效提高了電路的靈敏度和抗干擾，簡化了設計；設計了以平衡調制解調芯片AD630為核心的鎖相放大電路和由雙D觸發器SN74HCT74及單穩態觸發器M74HC4538B1R組成的移相電路，實驗證明，在較大的噪聲背景下，該電路可以有效地提取出反映能見度變化的有用信號。鎖相放大后的直流信號，經AD處理后輸入到微處理器ARM中，經過理論運算最后得到能見度值。為了保證系統工作的穩定性，特別是海上惡劣環境，對系統進行了防鹽、霧、水的設計，如對鏡頭進行鍍膜、對PCB板進行了三防處理等。 最后進行了能見度儀樣機的研制。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字化和網絡化的發展，傳統的門禁系統由于鑒別方式、速度和性能等方面的限制，很難滿足安全可靠和網絡化的控制需求。由于識別技術的不斷成熟，基于人體生理特征的身份識別系統逐漸被人們開始采用，目前，從實用的角度看，指紋識別技術要比其它生物識別技術更安全和方便，這是因為人的指紋具有唯一性、不變性以及貼身性的特點。傳統的門禁控制器常采用單片機開發，利用串行通信接口向遠程上位機傳送數據，多個門禁控制器一般組成RS485網絡，通信線路專用且不易于實現網絡控制和遠程控制，而基于TCP/IP網絡通信的門禁系統通過局域網傳遞數據，很容易實現遠程控制和分布式管理。 文中設計了基于指紋識別和以太網的智能網絡型門禁控制器。在ARM9和Linux操作系統上采用FPS200指紋傳感器采集指紋圖像和USB攝像頭采集視頻圖像，以及采用以太網控制器芯片AX88796，實現了基于TCP/IP協議的網絡門禁系統。 論文首先分析了門禁系統的研究背景、意義及國內外的發展現狀，然后介紹了指紋識別網絡門禁系統的總體結構，闡述了系統各個重要功能模塊的硬件資源。根據系統的硬件資源搭建了嵌入式Linux的軟件平臺，移植了相關模塊的驅動程序。論文研究了指紋識別算法，包括指紋圖像預處理和指紋圖像的特征提取和匹配，重點分析了指紋圖像分割法，利用灰度梯度和灰度方差的結合設置一個合適的局部閾值對指紋進行分割。然后，闡述了門禁控制系統軟件的總體設計，并重點介紹Video4Linux采集圖像、指紋圖像采集、GoAhead Web Server的應用以及系統運用TCP/IP實現系統門禁控制器和上位機PC之間的網絡通信。 系統測試部分介紹了測試環境、測試方法以及測試內容。測試結果表明，本課題設計的指紋識別網絡型門禁系統在穩定性、可靠性以及實時性方面達到了較好的效果。文章最后提出了一些在工作中遇到的問題，并對近幾年來的一些新的研究趨勢做了簡單的總結與展望，指出了指紋識別網絡型門禁系統未來的研究方向。
上傳時間： 2013-07-23
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近年來，LED顯示系統在信息顯示領域得到了廣泛的應用，迅速發展成一種電子廣告媒體，而且已形成具有相當發展潛力的電子產業。隨著北京申辦年奧運會的成功，必將進一步推動LED顯示屏產業的發展。 就目前的發展趨勢來看，LED視頻顯示系統是一個發展趨勢。而目前的LED視頻系統必須以PC機為視頻源，一對一的聯機、同步顯示，屬于同步顯示系統，使用不是很靈活方便。一般用于大型購物廣場的戶外播放視頻廣告、電視和電影，還可用于大型體育比賽場所，實時直播賽況。盡管異步顯示系統可脫機使用，方便靈活，但不能夠播放視頻信息。 從商業角度來說，技術先進的不一定就是能在市場上完全能行的通的。隨著電子廣告市場發展，城市街道的視頻廣告也必將是一種發展趨勢，因為具有動感的彩色視頻廣告比普通的廣告壁紙更能吸引人們眼球，同時也為城市添加一道靚麗的風景。而具有壽命長、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠等特點的LED顯示系統比較適合此場所的顯示要求。針對這一特點，開發一套小型、可脫機播放視頻的LED顯示系統，具有重要的意義和市場價值，不僅有助于城市電子廣告產業的發展，也必將推進小型LED視頻系統的研究進程以及在其他領域的廣泛應用。 因此，本課題以此作為研究工作的起點。本文在分析LED顯示屏工作原理后，針對目前LED異步顯示系統存在的缺點，結合LED同步顯示系統的主要功能及技術指標，提出解決關鍵問題的總體技術方案。該系統采用ARM+FPGA的硬件構架，利用ARM處理器可移植操作系統、自帶LCD控制器、可實現圖形界面系統的特點，將ARM系統作為視頻源，FPGA用于顯示數據重構、灰度掃描控制的電路設計，有效解決了該系統的關鍵技術問題。 本文的核心是ARM系統軟硬件設計及FPGA邏輯設計兩大部分。首先根據系統的總體設計方案實現控制系統硬件平臺的設計：然后在此基礎上通過對嵌入式Linux內核的移植、LCD驅動程序的開發及Qtopia圖形界面系統的實現，完成了ARM系統的軟件平臺設計；最后重點介紹了FPGA的邏輯設計及仿真分析，并驗證了各模塊的功能設計的正確性。
上傳時間： 2013-06-26
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隨著光通信技術的不斷發展，光纖的需求量大幅增加，光纖測量儀器也隨之迅速發展起來，其中光時域反射儀(OTDR)受到廣泛重視。光時域反射儀是八十年代發展起來的新型光纖故障測試設備，其主要用途是能夠找出光纖的斷點，并進行故障定位。光時域反射儀具有非破壞性測量、功能齊全、安全性好、使用方便等優點，在工程上得到廣泛應用。目前，該領域主要被國外產品壟斷且價格昂貴。在這一背景下，國內企業開展OTDR的研制和開發，以降低成本，改進技術，占領光纖測試領域的市場成為當務之急。 本論文首先簡要介紹了光時域反射儀的歷史和現狀，并闡述了光纖測量技術涉及的光學原理，以及光時域反射儀的基本工作原理。在理論分析部分之后，基于對系統的特點及開發資源的考慮，提出基于嵌入式系統的光時域反射儀解決方案。在此基礎上，詳細介紹了以ARM為控制核心、DSP為運算核心的系統總體硬件結構；討論了采用ARM9內核的S3C2410處理器的軟件解決方案；著重說明了Linux嵌入式操作系統的選取與移植、bootloader的引導以及根文件系統的制作。最后重點論述了圖形用戶系統(GUI)的選取以及QtopiaCore的移植和開發過程。 本文所設計的光纖測量系統具有測量準確、可靠性高等特點。實驗表明，該系統能夠根據國際標準完成對光纖的衰減和長度等指標的檢測。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來提出的光突發交換OBS(Optical．Burst Switching)技術，結合了光路交換(OCS)與光分組交換(OPS)的優點，有效支持高突發、高速率的多種業務，成為目前研究的熱點和前沿。 本論文圍繞國家“863”計劃資助課題“光突發交換關鍵技術和試驗系統”，主要涉及兩個方面：LOBS邊緣節點核心板和光板FPGA的實現方案，重點關注于邊緣節點核心板突發包組裝算法。 本文第一章首先介紹LOBS網絡的背景、架構，分析了LOBS網絡的關鍵技術，然后介紹了本論文后續章節研究的主要內容。 第二章介紹了LOBS邊緣節點的總體結構，主要由核心板和光板組成。核心板包括千兆以太網物理層接入芯片，突發包組裝FPGA，突發包調度FPGA，SDRAM以及背板驅動芯片($2064)等硬件模塊。光板包括$2064，發射FPGA，接收FPGA，光發射機，光接收機，CDR等硬件模塊。論文對這些軟硬件資源進行了詳細介紹，重點關注于各FPGA與其余硬件資源的接口。 第三章闡明了LOBS邊緣節點FPGA的具體實現方法，分為核心板突發包組裝FPGA和光板FPGA兩部分。核心板FPGA對數據和描述信息分別存儲，僅對描述信息進行處理，提高了組裝效率。在維護突發包信息時，實時查詢和更新FEC配置表，保證了對FEE狀態表維護的靈活性。在讀寫SDRAM時都采用整頁突發讀寫模式，對MAC幀整幀一次性寫入，讀取時采用超前預讀模式，對SDRAM內存的使用采取即時申請方式，十分靈活高效。光板FPGA分為發射和接收兩個方向，主要是將進入FPGA的數據進行同步后按照指定的格式發送。 第四章總結了論文的主要內容，并對LOBS技術進行展望。本論文組幀算法采用動態組裝參數表的方法，可以充分支持各種擴展，包括自適應動態組裝算法。
上傳時間： 2013-05-26
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最新的研究進展是OFDM的出現，并且在2000年出現了第一個采用此技術的無線標準(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它與TDMA及CDMA相比能處理更高數據速率，因此可以預想在第四代系統中也將使用此技術。 寬帶應用和高速率數據傳輸是OFDM調制/多址技術通信系統的重要特征之一。作者通過參與國家863計劃項目“OFDM通信系統”一年以來的研發工作，對OFDM通信系統及相關技術有了深入的理解，積累了大量實際經驗，并在相關工作中取得了部分研究成果。 另一方面，關于寬帶自適應均衡技術的研究在近年來也引起了廣泛的關注。它是補償信道畸變的重要的技術之一。作者通過參與該項目FPGA部分的開發與調試工作，基于單片FPGA實現了均衡部分；此外，作者在頻域自適應均衡算法方面也取得了一些理論成果。 本文的主體部分就是根據上述工作的內容展開的。 首先介紹了本課題相關技術的發展情況，主要包括：OFDM系統的技術原理、技術優勢、歷史和現狀，均衡技術的特點和發展等。末尾敘述了本課題的來源和研究意義，并簡介了作者的主要工作和貢獻。確定將WSSUS分布和瑞利衰落作為本文研究的信道模型。主要分析了常用的時域均衡器，均是單載波非擴頻數字調制中常用到的均衡器和均衡算法，為接下來的進一步研究作理論參考。 接著，論述了均衡必須用到的信道估計技術。重點就該方案的核心算法(頻域均衡算法)進行了數學上進行了較深入的研究，建立系統模型，并據此推導了三種頻域均衡的算法：頻域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，頻域線性內插。采用WSSUS信道模型進行了計算機仿真，得出了采用這些均衡算法在不同條件下的性能曲線。并且系統地、有重點地對該方案的原理和實質進行了較深入的討論。歸納比較了各種算法的算法復雜度和能達到的性能，并且結合信道糾錯編解碼進行了細致的分析。進一步嘗試設計了無線局域網OFDM系統的設計，采用典型的歐洲Hyperlan2系統為例，把研究成果引入到實際的整個系統中來看。結合具體的系統指出了該均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的應用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型號芯片針對OFDM系統實現頻域自適應均衡的方法，主要給出了設計方法、時序仿真結果和處理速度估值等；并結合最新的FPGA發展動態和特點，對基于FPGA實現其他均衡算法的升級空間進行了討論。 本文的結束語中，對作者在本文中所作貢獻進行了總結，并指出了仍有待深入研究的幾個問題。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著集成電路頻率的提高和多核時代的到來，傳統的高速電互連技術面臨著越來越嚴重的瓶頸問題，而高速下的光互連具有電互連無法比擬的優勢，成為未來電互連的理想替代者，也成為科學研究的熱點問題。目前，由OIF(Optical Intemetworking Forum，光網絡論壇)論壇提出的甚短距離光互連協議，主要面向主干網，其延遲、功耗、兼容性等都不能滿足板間、芯片間光互連的需要，因此，研究定制一種適用于板級、芯片級的光互連協議具有非常重要的研究意義。 本論文將協議功能分為數據鏈路層和物理層來設計，鏈路層功能包括了協議原語設計，數據幀格式和數據傳輸流程設計，流量控制機制設計，協議通道初始化設計，錯誤檢測機制設計和空閑字符產生、時鐘補償方式設計；物理層功能包含了數據的串化和解串功能，多通道情況下的綁定功能，數據編解碼功能等。 然后，文章采用FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)技術實現了定制協議的單通道模式。重點是數據鏈路層的實現，物理層采用定制具備其功能的IP(Intellectual Property,知識產權)——RocketIO來實現。實現的過程中，采用了Xilinx公司的ISE(Integrated System Environment,集成開發環境)開發流程，使用的設計工具包括:ISE，ModelSim，Synplify Pro,ChipScope等。 最后，本文對實現的協議進行了軟件仿真和上扳測試，訪真和測試結果表明，實現的單通道模式，支持的最高串行頻率達到3.5GHz，完全滿足了光互連驗證系統初期的要求，同時由RocketIO的高速串行差分口得到的眼圖質量良好，表明對物理層IP的定制是成功的。
上傳時間： 2013-06-28
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隨著信息產業的不斷發展,人們對數據傳輸速率要求越來越高,從而對數據發送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收機的一個重要任務就是在于克服各種非理想因素的干擾下,從接收到的被噪聲污染的數據信號中提取同步信息,并進而將數據正確的恢復出來。而數據恢復電路是光纖通信和其他許多類似數字通信領域中不可或缺的關鍵電路,其性能決定了接收端的總體性能。 目前,數據恢復電路的結構主要有“時鐘提取”和“過采樣”兩種結構。基于“過采樣”的數據恢復方法的關鍵是過采樣,即通過引入參考時鐘,并增加時鐘源個數的方式來代替第一種方法中的“時鐘提取”。與“時鐘提取”的數據恢復方法相比,基于“過采樣”的數據恢復方法在性能上還有較大的差距,但是后者擁有高帶寬、立即鎖存能力、較低的等待時間和更高的抖動容限,更易于通過數字的方法實現,實現更簡單,成本更低,并且這是一種數字化的模擬技術。如果能通過“過采樣”方法在普通的邏輯電路上實現622.08Mb/s甚至更高速率的數據恢復,并將它作為一個IP模塊來代替專用的時鐘恢復芯片,這無疑將是性能和成本的較好結合。 本文主要研究“過采樣”數據恢復電路的基本原理,通過全數字的設計方法,給出了在低成本可編程器件FPGA上實現數據恢復電路兩種不同的過采樣的實現方案,即基于時鐘延遲的過采樣和基于數據延遲的過采樣。基于時鐘延遲的過采樣數據恢復電路方案,通過測試驗證,其最高恢復的數據傳輸率可達到640Mb/s。測試結果表明,采用該方案實現的時鐘恢復電路可工作在光纖通信系統STM-4速率級,即622.08MHz頻率上,各方面指標基本符合要求。
上傳時間： 2013-04-24
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數字存儲示波器（DSO）上世紀八十年代開始出現，由于當時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數字電路、大規模集成電路及微處理器技術的發展，尤其是高速模/數（A/D）轉換器及半導體存儲器（RAM）的發展，數字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術指標的分析，提出了FPGA＋ARM架構的技術方案。然后，本文分模塊詳細敘述了整機系統中部分模塊，包括前端高速A/D轉換器和FPGA的硬件模塊設計，數據處理模塊軟件的設計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設計。 本文在分析了傳統DSO架構的基礎上，提出了本系統的設計思想和實現方案。在高速A/D選擇上，國家半導體公司2005年推出的雙通道采樣速率達500MHz高速A/D轉換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數據緩沖單元和存儲單元，提高了系統的集成度和穩定性。其中，FPGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數據的抽取，處理單元完成對數據正弦內插的計算，而DSO中其余數據處理功能包括數字濾波和FFT設計在后端的ARM內完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內集成，不僅充分利用了FPGA內豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統進行調試，并分析了數據中的壞數據產生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數據。
上傳時間： 2013-07-07
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