儀器儀表產品的總體發展趨勢是傳統的儀器儀表將仍然朝著高性能、高精度、高靈敏、高穩定、高可靠、高環保和長壽命的“六高一長”的方向發展;新型的儀器儀表與元器件將朝著微型化、集成化、電子化、數字化、多功能化、智能化、網絡化、計算機化的方向發展;其中占主導地位、起核心或關鍵的作用是微型化、智能化和網絡化。而我國儀器儀表在工業自動化儀表方面重點發展基本上是基于現場總線技術的主控系統裝置及智能化儀表和專用自動化儀表;閘門測控儀表一般的功能都是控制閘門開度、荷重,以及超限報警等基本功能。處理器核心也一般都是8/16位的單片機,8/16位單片機功能簡單難以滿足嵌入式設備的網絡、圖像傳輸等要求,而且對人際交互功能的支持也相對較弱。 本文正是針對現有閘門測控儀存在的功能單一、網絡功能差、接口標準不統一、不具備監控功能等問題,開發設計高性能新型智能儀表。以設計出一種智能型閘門測控儀表為研究出發點,在分析國內主流儀表廠家的儀表操作方式和儀表功能的基礎上,合理地進行軟硬件設計,為在同一硬件平臺下實現多種儀表的功能進行創新性和探索性研究。提出基于ARM的嵌入式閘門智能測控儀表的設計,構建基于ARM系統的硬件平臺和基于嵌入式Linux操作系統的軟件平臺。應用嵌入式系統技術設計開發全新的智能閘門測控儀主要功能包括:閘門開度和荷重自動檢測、實時性控制;過閘流量實時自動監測;閘門運行狀態診斷與故障報警;實時工況圖像處理;工業以太網現場總線接口與網絡傳輸等。
上傳時間: 2013-04-24
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信息化社會的到來以及IP技術的興起,正深刻的改變著電信網絡的面貌以及未來技術發展的走向。無線通信技術的發展為實現數字化社區提供了有力的保證。而視頻通信則成為多媒體業務的核心。如何在環境惡劣的無線環境中,實時傳輸高質量的視頻面臨著巨大的挑戰,因此這也成為人們的研究熱點。 對于無線移動信道來說,網絡的可用帶寬是有限的。由于多徑、衰落、時延擴展、噪聲影響和信道干擾等原因,無線移動通信不僅具有帶寬波動的特點,而且信道誤碼率高,經常會出現連續的、突發性的傳輸錯誤。無線信道可用帶寬與傳輸速率的時變特性,使得傳輸的可靠性大為降低。 視頻播放具有嚴格的實時性要求,這就要求網絡為視頻的傳輸提供足夠的帶寬.有保障的延時和誤碼率。為了獲得可接受的重建視頻質量,視頻傳輸至少需要28Kbps左右的帶寬。而且視頻傳輸對時延非常敏感。然而無線移動網絡卻無法提供可靠的服務質量。 基于無線視頻通信面臨的挑戰,本文在對新一代視頻編碼國際標準H.264/AVC研究的基礎上,主要在提高其編碼效率和H.264的無線傳輸抗誤碼性能,以及如何在嵌入式環境下實現H.264解碼器進行了研究。 結合低碼率和幀內刷新,提出一種針對感興趣區的可變幀內刷新方法。實驗表明該方法可以使用較少的碼率對感興趣區域進行更好的錯誤控制,以提高區域圖像質量,同時能根據感興趣區及信道的狀況自動調整宏塊刷新數量,充分利用有限的碼率。 為了有效的平衡編碼效率和抗誤碼能力的之間的矛盾,筆者提出了一種自適應FMO(Flexible Macroblock Order)編碼方法,可根據圖像的復雜度自適應地選擇編碼所需的FMO模式。仿真結果表明這種FMO編碼方式完全可行,且在運動復雜度頻繁變化時效果更加明顯,完全可應用在環境惡劣的無線信道中。 在對嵌入式PXA270硬件結構和X264研究的基礎上,基本實現了基于H.264的嵌入式解碼,在PXA270基礎上進行環境的配置,定制WirtCE操作系統,并編譯、產生開發所用的SDK和下載內核到目標機。利用開發工具EVC實現在PC機上的實時開發和在線仿真調試,最終實現了對無差錯H.264碼流實時解碼。
上傳時間: 2013-06-18
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軌道電路是列車運行實現自動控制和遠程控制的基礎設備之一,鐵路信號系統是保證運輸安全的基礎設施,是實現鐵路統一指揮調度,保證列車運行安全、提高運輸效率和質量的關鍵技術設備,也是鐵路信息化的重要技術領域。 基于ARM與DSP的鐵路信號測試儀主要作用是及時測試鐵路信號狀況,反映鐵路運行的情況。開發此套系統是集測試25Hz相敏軌道電路的電壓自動記錄儀以及相位差監測儀、ZPW-2000A的載頻與低頻測試功能于一體,是性價比較高、功能齊全的監測管理系統,它發揮了ARM控制性好與DSP計算速度快的優勢,實現了互補。由于采用的主要是集成芯片,所以體積小,重量輕,功耗低和便于攜帶,便于現場檢測。在滿足要求的前提下,為降低開發成本提高可靠性,CPU采用LPC2210的ARM7芯片。為使測試儀直觀、操作簡便,系統提供了良好的人機界面,包括顯示,按鍵操作等。 論文對FFT以及相關算法進行了分析和Matlab仿真;論文中給出了時鐘電路、LCD電路、數據存儲器Flash、JTAG等各功能模塊的設計原理,完成了硬件電路設計;系統軟件設計遵循模塊化、自頂向下的設計思路。在軟件設計方面,首先采用的是傳統主循環控制方法,功能上主要實現了A/D采樣程序、LCD顯示程序、數據存儲程序等的設計,對兩路25Hz信號電壓相位差的計算,其誤差不人于1度。為了改善系統性能提高系統的實時性,系統中引入實時操作系統μC/OS-Ⅱ,也有利于代碼移植及系統功能擴展。
上傳時間: 2013-04-24
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表面粗糙度是機械加工中描述工件表面微觀形狀重要的參數。在機械零件切削的過程中,刀具或砂輪遺留的刀痕,切屑分離時的塑性變形和機床振動等因素,會使零件的表面形成微小的蜂谷。這些微小峰谷的高低程度和間距狀況就叫做表面粗糙度,也稱為微觀不平度。表面粗糙度的測量是幾何測量中的一個重要部分,它對于現代制造業的發展起了重要的推動作用。世界各國競相進行粗糙度測量儀的研制,隨著科學技術的發展,各種各樣的粗糙度測量系統也競相問世。對于粗糙度的測量,隨著技術的更新,國家標準也一直在變更。最新執行的國家標準(GB/T6062-2002),規定了粗糙度測量的參數,以及制定了觸針式測量粗糙度的儀器標準[1]。 隨著新國家標準的執行,許多陳舊的粗糙度測量儀已經無法符合新標準的要求。而且生產工藝的提高使得原有方案的采集精度和采集速度,滿足不了現代測量技術的需要。目前,各高校公差實驗室及大多數企業的計量部門所使用的計量儀器(如光切顯微鏡、表面粗糙度檢查儀等)只能測量單項參數,而能進行多參數測量的光電儀器價格較貴,一般實驗室和計量室難以購置。因此如何利用現有的技術,結含現代測控技術的發展,職制出性能可靠的粗糙度測量儀,能有效地降低實驗室測量儀器的成本,具有很好的實用價值和研究意義。 基于上述現狀,本文在參考舊的觸針式表面粗糙度測量儀技術方案的基礎上,提出了一種基于ARM嵌入式系統的粗糙度測量儀的設計。這種測量儀采用了先進的傳感器技術,保證了測量的范圍和精度;采用了集成的信號調理電路,降低了信號在調制、檢波、和放大的過程中的失真;采用了ARM處理器,快速的采集和控制測量儀系統;采用了強大的PC機人機交互功能,快速的計算粗糙度的相關參數和直觀的顯示粗糙度的特性曲線。 論文主要做了如下工作:首先,論文分析了觸針式粗糙度測量儀的發展以及現狀;然后,詳細敘述了系統的硬件構成和設計,包括傳感器的原理和結構分析、信號調理電路的設計、A/D轉換電路的設計、微處理器系統電路以及與上位機接口電路的設計。同時,還對系統的數據采集進行了研究,開發了相應的固件程序及接口程序,完成數據采集軟件的編寫,并且對表面粗糙度參數的算法進行程序的實現。編寫了控制應用程序,完成控制界面的設計。最終設計出一套多功能、多參數、高性能、高可靠、操作方便的表面粗糙度測量系統。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著21世紀的到來,計算機技術,信息處理技術,半導體技術和網絡技術不斷發展,人類社會進入了信息化時代。與此同時,無線視頻傳感器網絡也得到了突飛猛進的發展,成為當今國際上備受關注的熱點研究領域。無線視頻傳感器網絡有著很多的優點和十分廣泛的應用前景。在軍事,工業,城市管理和監控系統等重要領域都有潛在的使用價值。 無線視頻傳感器網絡有著顯著的特征,例如:網絡節點能源有限;網絡帶寬有限;對處理速度要求較高等。由此可見,傳統的視頻編碼標準無法應用于無線視頻傳感器網絡。MPEG-4,H.263,H.264等視頻編碼標準,全是基于運動估計補償實現的,計算量十分巨大,在能量,存儲空間和處理能力均有限的節點難以實現這類高復雜度的編碼算法。 本文針對無線視頻傳感器網絡對視頻編碼算法的具體需求,提出一種基于運動檢測的低復雜度視頻編碼算法。該算法只對當前編碼幀中的運動對象進行編碼,并且以面向對象的結構輸出碼流。實驗結果表明,與H.264全I幀編碼相比,本文提出的算法編碼速度提高了約3倍,編碼性能提高了約2dB。與H.264基本檔次相比,雖然編碼性能略有下降,但是編碼速度平均提高了8倍左右。因此,本文提出的算法可以在編碼效率和編碼速度之間獲得很好的折衷,在一定程度上可以滿足無線視頻傳感器網絡的需求。 本文選用ALDVK_270作為硬件實驗平臺。在分析算法結構的同時,結合嵌入式系統的特點,從算法,內存,高級語言和匯編語言等幾個方面提出優化方案,最終在ARM嵌入式平臺下實現了面向無線視頻傳感器網絡的低復雜度視頻編碼算法。測試結果表明,與優化前相比,優化后的編碼速度有了很大的提高,對于CIF格式的監控視頻序列能夠滿足實時處理的要求。
上傳時間: 2013-07-26
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數控機床是現代制造系統的基礎和核心,而先進的數控技術是解決機床制造業持續發展的關鍵。隨著嵌入式系統、微計算機技術和集成電路的迅速發展,高性能的32位CUP開始普及。它執行速度快、功能強大,在中、低檔數控系統中已經完全可以替代PC機及8位單片機,獲得更大的價格和技術優勢。本文旨在打破傳統基于PC機及8位單片機的數控系統,研究并設計一種基于ARM的32位嵌入式機床數控系統。 本文設計了基于ARM內核的嵌入式機床數控系統,并給出了硬件設計方案、軟件程序設計思想及相應設計。硬件部分選用是日本NOVA電子有限公司研制的DSP運動控制專用芯片MCX314AL,作為數控裝置電機的驅動芯片,其性能優良、接口簡單、編程方便、工作可靠,給運動控制帶來極大方便。采用ARM微處理器STR710負責控制MCX314AL、外圍邏輯電路的管理及后臺任務的實現。系統軟件平臺采用源代碼公開的嵌入式實時操作系統uC/OS-Ⅱ,對數控系統軟件模塊的任務進行劃分,并根據其實時性要求賦予不同優先級,采用基于優先級的搶占式調度算法,設計了任務間的通信方式及中斷事件的響應,使該數控系統具有良好的實時性和穩定性,可以滿足高精度加工的要求,同時也具有良好的人機界面和網絡支持。
上傳時間: 2013-05-25
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現階段,中國的自動售貨行業蓬勃發展。作為自動服務的核心部件,基于單片機的紙幣識別系統已經越來越不能滿足市場需求。 本文對基于uClinux操作系統和S3C4510B的紙幣識別系統的各個方面進行了研究。研究表明,紙幣識別系統要求能滿足硬實時性,但uClinux操作系統的實時性不強。由于uClinux功能強大,免費且資源豐富,如能成功改進本紙幣識別系統的實時性,紙幣識別系統將在成本,性能和功能性等方面有更大的優勢,所以對實時性進行改進將非常有意義。 在本紙幣識別系統中,紙幣特征采集子系統對實時性要求很高,需要滿足硬實時的要求,所以是否能滿足該子系統的實時性的要求,將是本紙幣識別系統能否很好工作的關鍵所在。通過對當前多種uClinux實時性改進方案進行了解和研究,參考了RTAI和RTLinux的工作原理,提出了基于uClinux操作系統和S3C4510B的紙幣識別系統的實時性改進方案。紙幣特征采集子系統主要依靠碼盤光耦產生的反饋信號生成硬件中斷,然后通過處理該中斷,實現對紙幣特征的采集。在本文提出的方案中,為了提高系統對硬件中斷的反應速度,避開uClinux對中斷的慢處理,在操作系統與硬件之間建立了一個特殊的硬件抽象層來管理中斷,并將紙幣特征采集功能與操作系統剝離,放入一個單獨的處理單元。通過這樣的處理,使得中斷產生時,硬件抽象層暫停uClinux操作系統的運行,直接將中斷交由紙幣特征采集處理單元處理,實時的完成紙幣特征數據的采集。
上傳時間: 2013-05-24
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嵌入式人臉識別系統建立在嵌入式操作系統和嵌入式硬件系統平臺之上,具有起點高、概念新、實用性強等特點。它涉及嵌入式硬件設計、嵌入式操作系統應用開發、人臉識別算法等領域的研究;嵌入式人臉識別系統攜帶方便、安裝快捷、機動性強,可廣泛應用于各類門禁系統、戶外機動布控的實時監測等特殊場合,因此對嵌入式人臉識別的研究工作具有突出的理論意義和廣泛的應用前景。 本文是上海市經委創新研究項目《射頻識別RFID系統-自動識別和記錄人群的身份》(編號:04-11-2)與上海市科委AM基金項目《基于ARM和RFID芯片的自組織安全監控系統的研制》(編號:0512)的主要研究內容之一。論文從構建自動人臉識別系統所需解決的若干關鍵問題入手,重點探討了基于嵌入式ARM微處理器的實時人臉檢測、關鍵特征定位、高效的人臉特征描述、魯棒的人臉識別分類器及自動人臉識別系統設計等問題的研究。論文的主要工作和創新點表現在以下方面: 1實現了結合膚色校驗的Haar特征級聯分類器嵌入式實時人臉檢測,提出了基于人臉約束的人眼Haar特征RSVM級聯分類器人眼檢測算法和基于遮罩掩磨與橢圓擬合的瞳孔定位算法。 復雜背景中的人臉檢測是自動人臉識別系統首先要解決的關鍵問題,通過對基于膚色模型和基于Haar特征級聯強分類器的人臉檢測算法的分析研究,綜合兩個算法的優點,提出了基于膚色模型校驗和Haar特征級聯強分類器的嵌入式實時人臉檢測算法。實驗結果表明,該算法不僅解決了復雜背景中的類膚色和類人臉結構問題,而且具有較高的檢測率和較快的檢測速度,同時對光照、尺度等變化條件下的人臉檢測也具有較強的魯棒性。 人眼檢測與瞳孔定位在人臉歸一化和有效人臉特征抽取等方面起著非常重要的作用,為了快速檢測人眼并精確定位人眼瞳孔中心,論文提出了基于人臉約束的人眼Haar特征RSVM級聯分類器人眼檢測算法和基于遮罩掩磨與橢圓擬合的瞳孔定位算法,首先利用人眼檢測分類器在人臉區域內完成對人眼位置的檢測,然后通過對檢測到的人眼進行遮罩掩磨、簡單圖像形態學變換及橢圓擬合實現瞳孔中心的精確定位。測試結果表明該算法只需幾百毫秒便能完成人眼檢測與瞳孔中心定位整個過程,在保證檢測速度較快的同時,還能確保較高的定位精度。 2 針對傳統線性判別分析法存在的小樣本問題(sss),通過調整Fisher判別準則,實現了自適應線性判別分析算法及相應的人臉識別方法人臉識別中的小樣本問題使線性判別分析算法的類內散布矩陣發生嚴重退化,導致問題無法求解。本文在人臉識別小樣本問題的基礎上,通過調整Fisher判別準則,利用類間散布矩陣的補空間巧妙地避開類內散布矩陣的求逆運算,通過訓練集每類樣本的樣本數信息自適應改變調整參數,實現了自適應線性判別分析算法,實驗結果表明,該算法能有效解決人臉識別中的小樣本問題。 3 提出了基于有效人臉區域的Gabor特征抽取算法,有效地解決了Gabor特征抽取維數過高的問題。 Gabor小波對圖像的光照、尺度變化具有較強魯棒性,是一種良好的人臉特征表征方法。但維數過高的Gabor特征造成應用系統的維數災難,為解決Gabor特征的維數災難問題,論文第四章提出了基于有效人臉區域的Gabor特征抽取算法,該算法不僅有效地降低了人臉特征向量維數,縮小了人臉特征庫的規模,同時降低了核心算法的時間和空間復雜度,而且具有與傳統Gabor特征抽取算法同樣的魯棒性。 4 結合有效人臉區域的Gabor特征抽取、自適應線性判別分析算法和基于支持向量機分類策略,提出并實現了基于支持向量機的嵌入式人臉識別和嵌入式人像比對系統支持向量機通過引入核技巧對訓練樣本進行學習構造最小化錯分風險的最優分類超平面,不僅具有強大的非線性和高維處理能力,而且具有更強的泛化能力。本文研究了支持向量機的多類分類策略和訓練方法,并結合論文中提出的基于有效人臉區域的Gabor特征提取算法、自適應線性判別分析算法,首次在基于Windows CE操作系統的嵌入式ARM平臺中實現了具有較強魯棒性的嵌入式自動人臉識別系統和嵌入式人像比對系統。 5 提出并初步實現了基于客戶機/服務器結構無線網絡模型的遠距離人臉識別方案為解決嵌入式人臉識別系統在海量人臉庫中進行識別的難題,論文提出并初步實現了基于客戶機/服務器結構無線網絡模型的嵌入式遠距離人臉識別方案。 客戶機(嵌入式平臺)完成對人臉圖像的檢測、歸一化處理和人臉特征提取,然后通過無線網絡將提取后的人臉特征數據傳輸到服務器端,由服務器在海量人臉庫中完成人臉識別,并將識別后的結果通過無線網絡傳輸到客戶機顯示輸出,從而實現基于客戶機/服務器無線網絡模型的嵌入式遠距離人臉識別方案。 6 結合我們開發的基于ARM的嵌入式自動人臉識別系統和嵌入式人像比對系統,從系統設計的角度探討了在嵌入式系統中進行人臉識別應用設計的思路及應該注意的問題雖然嵌入式人臉識別系統的性能很大程度上取決于高效的人臉特征描述和魯棒的人臉識別核心算法。但是,嵌入式系統的設計思想對嵌入式人臉識別系統的性能影響同樣值得重視。本文第六章重點闡述了嵌入式自動人臉識別應用系統的設計思路,并結合我們自主開發的嵌入式自動人臉識別系統和嵌入式人像比對系統從系統設計的角度探討了嵌入式人臉識別應用系統設計中應該注意的關鍵技術問題。 結合本文提出的算法我們在PC上完成對人臉識別分類器的訓練,然后在嵌入式ARM開發平臺上實現了嵌入式自動人臉識別、嵌入式人像比對兩個便攜式人員身份認證系統,經測試運行效果良好。所提出的人臉識別算法不僅具有一定的理論參考價值,而且對于嵌入式系統應用開發、AFR應用系統開發也具有一定的借鑒意義。
上傳時間: 2013-05-18
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數字攝影的興起不可避免地引起了數碼相框的發展,因為僅有不到35%的數碼照片被打印。數碼相框的基本原理就是采用普通相框的造型,把原來相框中間的照片部分換成液晶顯示屏,配上電源,存儲介質等,使得同一個相框內可以循環播放照片,比普通相框的單一顯示功能更有優勢。從2007年開始,數碼相框的市場關注度開始激增。在2008年,數碼相框市場呈現高速發展的態勢,具有極高的潛在市場價值。 本論文以此為出發點,進行數碼相框軟件的開發研究工作。作為一款嵌入式產品,核心部件CPU采用了性能價格比、性能功耗比都很高的ARM架構處理器之中的一款——三星S3C2440A,顯示器采用了支持雙精度掃描的液晶顯示屏。軟件方面,Bootloader采用較為成熟的u-boot-1.1.4,Linux內核的版本為2.6.12,系統命令集由busybox構成。利用ARM處理器對Linux系統良好的移植性、自帶的LCD控制器、音頻控制器、SD與USB控制器的特點,進行圖像顯示、音頻播放與文件管理。對于目前大部分數碼相框在圖片瀏覽和文件管理功能上的不足,本設計的圖像顯示功能充分利用了觸摸屏功能,實現了圖像的觸摸式移動,使用戶可以自由的觀看放大后的圖像;文件管理功能則設計成了類似windows的文件瀏覽器,不僅具有豐富的文件管理功能,而且使習慣了windows的廣大用戶可以很快的熟悉此功能,并為將來升級為下一代的細分產品——數碼相冊做好準備。 本設計的核心是基于ARM平臺的系統移植與基于QT的應用程序設計。首先根據系統的總體設計思路選擇合適的硬件組合;然后在此基礎上進行u-boot的移植,嵌入式Linux的移植,QT Embedded/Qtopia的移植,以及最后QT圖形界面的設計。
上傳時間: 2013-04-24
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正交頻分復用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術通過將整個信道分為多個帶寬相等并行傳輸的子信道,通過將信息經過子信道獨立傳輸來實現通信,子信道的正交性可以保證最大限度的利用頻譜資源。OFDM系統通過循環前綴來消除符號間干擾(ISI),通過IDFT/DFT調制解調降低了系統實現的復雜度。由于其頻譜利用率高,抗多徑能力強,在多種通信場合中都得到了應用。雖然有著上述優點,但為了準確的恢復信號,信道估計是OFDM系統中必須實現的一環。 本文正是針對OFDM接收機中的信道估計模塊的運算部件的實現進行了研究。首先,研究了OFDM信道估計的LS算法,一階線性插值算法,二次多項式插值算法,建立了適用于寬帶通信系統的信道估計模塊模型。其次研究了加法器電路和乘法器電路的實現,包括進位行波加法器,曼徹斯特進位鏈,超前進位加法器和乘法原理,陣列乘法器,wallace樹乘法器及BOOTH編碼算法,并分析了各種電路的特性及優缺點。接著研究了幾種主要的除法器設計算法,包括數字循環算法,基于函數迭代的算法,以及CORDIC算法,結合信道估計的特點選擇了函數迭代和CORDIC算法作為具體實現的方法。最后,在前面的設計的基礎上在FPGA芯片上實現了前面的設計方案。
上傳時間: 2013-06-06
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