射頻識別技術是一種自20 世紀80 年代新興的自動識別技術。它是利用無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信。相對于普遍應用的13.56MHz 射頻識別系統，本設計中的868MHz 射頻識別系統有著更多的優點：讀寫距離遠，閱讀速度快等，是目前國際上RFID產品發展的熱點。 本課題研究的內容包括研究符合ISO18000－6 標準的超高頻RFID 電子標簽的主要特點、結構、工作原理及讀寫方法, 重點在于與其相應讀卡器的設計方案, 包括讀卡器的硬件電路設計、軟件程序流程以及與上位機通信的實現。 在硬件設計中，選用ATMEL 公司的AVR 單片機ATmega8 作為主控制器，設計了主控、復位、串行通信等電路。并以RFM 公司開發的TRC101 為射頻收發芯片進行了射頻收發模塊的設計。 軟件設計采用模塊化編程和結構化編程的思想，單片機編程語言為匯編語言，與上位機串行通信采用Visual Basic 編程。經過測試，誤碼率較低，編制的防沖突程序實現了基于隨機二進制算法的防沖突功能。 本設計具有可靠性高，模塊化設計等特點，通過驗證,滿足標準要求，達到了預期的目的，并證明了本設計性能的穩定性和可靠性。
上傳時間： 2013-04-24
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高速電機由于轉速高、體積小、功率密度高，在渦輪發電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉子結構簡單，因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉子機械強度和轉子動力學；（2）轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導變化所產生的。首先通過優化定子結構、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導變化所產生的轉子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環的方法來減小電流時間諧波引起的轉子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉子動力學進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結構進行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明：3槽集中繞組結構的電機中含有2次、4次等偶數次空間諧波分量，該諧波分量在轉子中產生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態下的研究結果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優于2極3槽結構。 二、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量，其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉子角速度相對轉子旋轉，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉，這些諧波分量與轉子異步，在轉子保護環、永磁體和轉軸中產生大量的渦流損耗，是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數和透入深度有關，對于本文設計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數大于12時，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉子的機械強度，在永磁體表面通常包裹一層高強度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導率的包裹材料對轉子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉子保護環和永磁體之間增加一層電導率高的銅環。有限元分析表明：盡管銅環中會產生渦流損耗，但正是由于銅環良好的導電性，其產生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉軸以及保護環中的損耗顯著下降，整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環厚度對轉子渦流損耗的影響，研究表明轉子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環厚度的增加而減小，當銅環的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機，通過研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉子渦流損耗越小，因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉子動力學問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響，結果表明：平行充磁優于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子：單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析，實驗研究表明：由于轉子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40，000rpm以上時，保護環和定子齒部發生了摩擦，破壞了轉子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調制和銅屏蔽環對轉子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環能有效的降低轉子渦流損耗，使轉子損耗減小到不加銅屏蔽環時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環和不帶銅屏蔽環轉子永磁體溫度。采用簡化的暫態溫度場有限元模型分析了轉子溫升，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環的有效性。
上傳時間： 2013-05-18
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隨著微電子和計算機技術的迅速發展，傳統的金屬探測系統也正向著新的方向進行快速更新和發展。金屬探測器最初主要應用于工礦探測和軍用探雷，現在已經廣泛應用于旅行安檢以及食品、紡織、木材、玩具、藥品等生產加工行業的質量安全檢測。在科學技術不斷進步及金屬探測器在社會生活中的作用不斷凸現的時代背景下，怎樣提升和完善金屬探測儀器的性能，已經成為本領域一個亟待解決的課題。 本課題的目的是設計一種雙頻率工作的數字式金屬探測系統，可以同時以較高的精度檢測到鐵磁性和非鐵磁性金屬，從工作模式上徹底改變普通金屬探測器檢測種類單一和精度不高的現狀。該檢測系統采用多通道同步數字頻率合成(DDS)技術產生正弦信號源，通過電渦流傳感器檢測金屬異物。系統以TMS320LF2407為數據處理中心，利用自學習算法來實現系統參數的自動調整，并設計了良好的人機對話界面，提高金屬探測器的可讀性和可操作性。 本文從金屬檢測的理論分析和雙頻金屬探測器的設計兩個方面做了具體闡述。理論分析部分從電磁場的角度論述了金屬物質的幅度和相位特性，并得出了檢測頻率與不同金屬的檢測靈敏度存在相關性的結論。文中把系統設計分為三大部分：檢測系統的工作原理和總體構造、系統硬件設計、系統軟件設計。第一部分主要闡述了整個系統的工作原理以及實現方案；硬件設計部分從檢測電路和控制電路兩個方面入手，詳細敘述了發射、接收、解調電路以及電渦流傳感器的設計過程，并著重介紹了DSP、單片機等主要芯片的接口電路設計，包括基于RS-485的SCI串口通信的硬件電路設計；軟件設計部分主要闡述了在CCS、u-Visin集成環境下DSP系統和人機對話系統的程序流程，并敘述了系統自學習方法的實現過程，最后著重分析了SCI串口通信的軟件實現方法。 文中最后整理了系統測試的實驗結果。通過實驗分析可知，采用雙頻工作的金屬探測器對鐵磁性和非鐵磁性金屬都有較高的檢測精度。整個系統的可讀性與可操作性較好，易于擴展升級、性價比高，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步發電機由于一系列高效節能的優點，在工農業生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，并且受到許多學者的關注，其研究領域主要涉及永磁同步發電機的設計、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國家自然科學基金項目《無刷無勵磁機諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的研究》的課題，主要研究永磁電機的電磁場空載和負載計算，求出永磁電機的電壓波形和電壓調整率，為分段式轉子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發電機的基本原理，包括永磁同步發電機的結構形式和永磁同步發電機的運行性能，采用傳統解析理論給出了電壓調整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發電機樣機進行實體建模，經過定義分配材料、劃分網格、加邊界條件和載荷、求解計算等，得到矢量磁位Az、磁場強度H、磁感應強度B等結果，直觀地看出電機內部的磁場分布情況。 其次根據電磁場計算結果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉子在一個齒距內不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據繞組與齒的匝鏈關系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結果寫實驗結果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發電機各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對永磁同步發電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結構參數對外特性的影響規律，提出了有效降低電壓調整率的方法的是：增加氣隙長度g的同時，適當增加永磁體的磁化方向的長度hm；此外，要盡量的減少每相串聯匝數N和增大導線面積以減小阻抗參數。通過改變電機的結構參數，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調整率的變化規律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統的直線驅動場合，都是由旋轉電機提供原動力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機構轉換為直線運動。這樣的設置，不僅在中間傳動過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產生的噪聲也非常明顯，同時也給系統的維護工作帶來了麻煩。 直線電機的出現可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉化為直線運動的能力，直線電機已經在機床驅動、集成電路組裝等場合逐漸取代了傳統的旋轉電機的位置。 自19世紀中期直線電機的概念被首次提出以來，經過孕育、實驗、開發和實用這四個階段的發展，并借助于電力電子技術，以及日漸成熟的直線電機控制技術，直線電機已經廣泛應用到了制造業、交通運輸業等各個方面。 與旋轉電機類似，按工作原理的不同，直線電機也有著各種類型，應用較多的是直線步進電機、直線同步電機和直線感應電機。其中直線步進電機更多的是應用在需要精確定位的場合，比如半導體工業；后兩者則被應用在需要連續和大推力的場合，比如機床。而直線同步電機，尤其是永磁直線同步電機，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優點受到了更多的青睞，與此同時，由于沒有了勵磁繞組，電機的整個結構也得以簡化。另一方面，我國豐富的稀土資源也為這種電機的發展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機，目前國內仍缺乏系統化的永磁直線同步電機設計方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統的旋轉電機，例如使用雙層疊繞組方案。通過對實際電機的軟件模擬，我們發現這樣的設計思路的表現并不能令人滿意，比如造成了動子線圈槽滿率過大，電機設計難以形成系列化等缺點，而電機本身輸出推力的波動也較大。 針對傳統方案的一系列缺點，本文提出了一種新的永磁直線同步電機設計方案。該方案基于“單元電機”的概念，使用單層同心式線圈。當目標推力要求變化時，只需改變“單元電機”的數目和排列組合的方式，就可以達到改變的目的。而每個單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復雜的繞組設計，這就給電機的系列化設計帶來了便捷。同時，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機設計任務的基礎上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場有限元分析軟件MagNet對電機的運行進行了模擬，并得到了電機的額定輸出推力曲線和反電動勢曲線，輸出推力曲線較之傳統方案也更平穩。體現了該設計方案的優越性。
上傳時間： 2013-06-29
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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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隨著信息技術的飛速發展，數據吞吐量急劇增長，要求有更高的傳輸速度，來滿足大量數據的傳輸，而原有的并行數據傳輸總線結構上存在自身無法克服的缺陷，在高頻環境下容易串擾，而增大誤碼率。SATA串行總線技術應運而生。作為一種新型的總線接口，它提供了高達3.0Gbps的數據傳輸速率，使用8B/10B編碼格式，采用LVDS NRZ串行數據傳輸方式，有良好的抗干擾性能，有更強的達到32位的循環冗余校驗，并且提供了良好的物理接口特性，支持熱拔插，代表著計算機總線接口技術的發展方向。FPGA作為一種低功耗的半導體器件，在高頻工作環境中有優良的性能，將處理器與低功耗FPGA結合起來使用是數據存儲應用的趨勢，這樣能夠使得接口方案更加靈活。而在眾多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平臺內部集成了PowerPC高性能處理器，并且其中提供了Rocket IO MGT這種嵌入式的多速率串行收發器，能夠以6.25-622Mb/s的速度傳送數據，并且支持包括SATA協議在內的多種串行通信協議。 本文從物理層、鏈路層、傳輸層分析了SATA1.0技術的接口協議，在此基礎提出滿足協議需求和適合FPGA設計的設計方案，并給出總體設計框圖，依照FPGA的設計方法，采用Xilinx公司的Virtex-4設計了一個符合SATA1.0接口協議的嵌入式存儲裝置，實現數據的存儲，仿真運行結果正常。
上傳時間： 2013-04-24
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開發與利用新能源是我國21世紀的重要能源戰略。風能是一種“取之不盡，用之不竭”、環境友好的可持續性能源，已受到了越來越廣泛的重視，并成為發展最快的新型能源。但是風電具有間歇性和隨機性的固有缺點，隨著大量的風力發電接入電網，勢必會對電力系統的安全、穩定運行以及保證電能質量帶來嚴峻挑戰，從而限制風力發電的發展規模。風電場短期風速和發電功率預測是解決該問題的有效途徑之一。中國的風電場大都是集中的、大容量的風電場，而且處于電網建設相對比較薄弱的地區，因此，中國更需要進行風電場短期風速和發電功率預測的研究，而發電功率的預測主要源自風速的預測。在此背景下，選擇風電場短期風速預測方法作為主要研究內容，主要包括以下幾個方面： 首先運用統計學方法來分析風速的時間序列特性及其預測方法和應用特點，說明現實中的風速序列具有很強的非平穩性。然后運用具有“數字顯微鏡”之美譽的小波變換來分析歷史紀錄的風速數據，通過運用二進正交小波變換Mallat算法對香港和河西走廊地區風速序列進行分解和重構，分離出風速序列中的低頻信息和高頻信息。對Mallat算法分解后的信號，運用最小二乘支持向量機分別進行向前一步預測，然后再把各預測結果合成，得到預測值。建立了基于小波變換和最小二乘支持向量機的短期風速預測方法。應用Matlab對該算法進行了仿真，仿真試驗表明，小波變換是非平穩風速序列時頻分析的有效工具，對風速序列的高頻和低頻信息起到很好的分離作用；最小二乘支持向量機的應用提高了預測的準確性。應用香港地區與河西走廊地區小時平均風速歷史數據，驗證了方法的有效性。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著集成電路技術和電源管理技術的發展，低壓差線性穩壓器（LDO）受到了普遍的關注，被廣泛應用于便攜式電子產品如PDA、MP3播放器、數碼相機、無線電話與通信設備、醫療設備和測試儀器等中，但國內研究起步晚，市場大部分被國外產品占有，因此，開展本課題的研究具有特別重要的意義。 首先，簡單闡述了課題研究的背景及意義，分析了低壓差線性穩壓器（LDO）研究的現狀和發展趨勢，并提出了設計的預期技術指標。 其次，詳細分析了LDO線性穩壓器的理論基礎，包括其結構、各功能模塊的作用、系統工作原理、性能指標定義及設計時對性能指標之間相互矛盾的折衷考慮。 再次，設計了基于自偏置電流源的帶隙基準電壓源，選取PMOS管作為系統的調整元件并計算出了其尺寸，設計了基于CMOS工藝的兩級誤差運算放大器。利用HSPICE工具仿真了基準電壓源和誤差運算放大器的相關性能參數。 然后，重點分析了穩壓器的穩定性特征，指出系統存在的潛在不穩定性，詳細論述了穩定性補償的必要性，比較了業界使用過的幾種穩定性補償方法的不足之處，提出了一種基于電容反饋VCCS的補償方法，對系統進行了穩定性的補償； 最后，將所設計的模塊進行聯合，設計了一款基于CMOS工藝的LDO線性穩壓器電路，利用HSPICE工具驗證了其壓差電壓、靜態電流、線性調整率等性能指標，仿真結果驗證了理論分析的正確性、設計方法的可行性。
上傳時間： 2013-07-08
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