在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
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隨著電子技術的不斷發展，各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大，人機交互不友好，不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。 隨著電子技術的發展，以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大，相比較單片機而言，它的主頻高、運算速度快，可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小，適合于功耗要求比較苛刻的地方，這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時，由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源，這樣就簡化了外設電路及芯片的使用，降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系統，為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理，甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外，還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯，兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶；小型化除了要求采用微功耗的器件，還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少，但小型化的同時必須保持系統的智能化，即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中，幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現，如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集，在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效，可修改性強，支持多種體系結構的處理器等，使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛，從x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內，ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場，ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域，例如：工業控制，無線通訊，網絡，消費類電子，成像等。 本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines，先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統，以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路，中央處理器模塊，顯示模塊，用戶交互模塊，存儲模塊，網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410，并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。 電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構，這樣增加了系統可靠性，提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心，A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器)，在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒)，滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求，并且控制簡單，簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card，安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點，所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包，為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分，并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分，這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸，系統設計中采用XML(Extensible Markup Language，可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據，通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程，來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機技術、網絡技術和微電子技術的深入發展，嵌入式系統在各個領域中得到廣泛應用。以ARM和以FPGA為核心的嵌入式系統是當前嵌入式研究的熱點，而相關研究的開展需要功能強大的開發平臺支持，因此基于ARM和FPGA的開發平臺設計研究具有重要意義。 本文分別設計了一款基于PXA270的ARM開發平臺和一款基于Virtex5的FPGA開發平臺，主要針對電源管理、接口設計、板級時序等關鍵技術進行了研究。在此基礎上利用PADS Logic設計工具完成了系統原理圖設計，并借助Hyperlynx SI仿真工具，對PCB的板級設計問題進行了分析，實現了平臺PCB的可靠設計。最后對平臺各模塊進行了調試，通過在平臺上運行操作系統并加載可執行程序的方法驗證了平臺整體功能。 本文的特色體現在以下三個方面： (1)結合PXA270處理器內部的電源管理單元和MAX1586A集成電源管理芯片，實現了PXA270開發平臺的動態電源管理，有效降低了平臺功耗； (2)平臺實現了FF/BT/STUART、USB Host/Client、SD/MMC、AC'97、LCD和擴展VGA、PCMCIA/CF等多種接口，具有良好的開發靈活性和通用性； (3)對開發平臺PCB板級走線中可能出現的反射、串擾、時序沖突等問題進行評估，給出了布線約束方案，使系統可靠性得到有效提高。
上傳時間： 2013-07-06
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基于嵌入式技術的遠程監控系統可以達到動態、無死角的監控目的，可以對一些特殊環境進行遠程監視和控制，且不受濕度、溫度等條件的影響，廣泛應用于軍事、交通、智能家居、醫療監護等多個領域。可以解決傳統監控系統將圖像采集設備固定在一個地方而使監控范圍有限，適用場合少等弊端。 本文設計了一款基于ARM和FPGA的遠程監控系統。首先在對遠程監控系統功能分析的基礎上，設計了以ARM為主控制器和FPGA為輔助控制器的硬件電路，采用ARM芯片控制圖像采集、速度采集、網絡傳輸等干擾小的模塊，采用FPGA芯片控制電機驅動、舵機驅動、電池監控等干擾大的模塊，大大提高了系統的穩定性；其次設計了基于WinCE操作系統的圖像采集、GPIO、PWM、外中斷EINT-19的流接口驅動程序；同時設計了基于WinCE操作系統的圖像采集及壓縮、網絡通信、車模速度采集的應用程序；FPGA內部邏輯電路采用Verilog語言完成電源監控、舵機控制、直流電機控制等功能。 本系統集圖像采集和壓縮、運動控制、網絡傳輸于一體。其圖像采集速度達30幀/秒，圖像分辨率達640x480，JPEG壓縮比達10：1，控制命令響應時間為1s，網絡傳輸速率達10Mbps。其功能擴展容易，功耗低，體積小，抗干擾能力強，具有很好的市場前景。關鍵詞：winCE；S3C2440A；FPGA；遠程監控；流接口驅動
上傳時間： 2013-04-24
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本文闡述了一種基于UC3842 PWM 控制器的新型多路輸出反激式開關電源電路的設 計。該設計詳細給出了變壓器、漏感消除電路、啟動電路以及電壓電流反饋電路的設計過程。 實驗結果表明該電源性能優良。作為電機控制的電源模塊，具有很高的應用價值。 關鍵詞：電流型PWM；UC3842；反激式開關電源
上傳時間： 2013-04-24
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作為一種全數字化的現場通信網絡，現場總線以其可控性強、可靠性高、開放性好等優點。在實際應用中常常需要在不同種類的現場總線間進行數據通信以及用戶需要對不同種類的現場總線設備進行操作和控制。同時，工業測控系統在控制層采用現場總線技術，而在管理層采用以太網構成的企業信息網
標簽： ARMVxWorks BSP 現場總線 網關
上傳時間： 2013-05-25
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現場可編程門陣列(FPGA)是一種新型器件,它將門陣列的通用結構與現場可編程的特性結合于一體.如今,FPGA系列器件已成為最受歡迎的器件之一.隨著FPGA器件的廣泛應用,它在數字系統中的作用日益變得重要,它所要求的準確性也變得更高.因此,對FPGA器件的故障測試和故障診斷方法進行更全面的研究具有重要意義.隨著集成電路規模的迅速膨脹,電路結構變得復雜,使大量的故障不可測.所以,人們把視線轉向了可測性設計(DFT)問題.可測性設計的提出為解決測試問題開辟了新的有效途徑,而邊界掃描測試方法(BST)是其中一個重要的技術.本文闡述了FPGA系列器件的結構特點,邊界掃描測試相關的基本概念與基本理論,給出利用布爾矩陣理論建立的邊界掃描測試過程的數學描述和數學模型.論文中主要討論了邊界掃描測試中的測試優化問題,給出解決兩類優化問題的現有算法,對它們的優缺點進行了對比,并且提出對兩種現有算法的改進,比較了改進前后優化算法的性能.最后總結了利用邊界掃描測試FPGA的具體過程.
上傳時間： 2013-08-06
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隨著現代控制技術的飛速發展和傳統工業改造的逐步實現，能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統已經應用于諸多領域。傳統的溫度監測系統可靠性和實時性相對較差，溫度測量的精度和準確度較低，而且大多采用有線方式對整個系統進行控制，這不利于應用的擴展。近年來，嵌入式系統和無線通信技術(特別是短消息業務)受到遠程監測領域研究者的密切關注，成為一個研究熱點。本文提出了一種將帶有I2C總線的ARM嵌入式微處理器和短消息業務(SMS)用于溫度檢測系統中的方法，實現了溫度的多點監測。本文的主要研究內容如下： (1)多點溫度監測系統硬件設計。采用以ARM微處理器LPC2290芯片為核心的嵌入式工控板，通過對Benq無線通信模塊M22的控制，接收并識別監測中心發過來的短消息內容，實現了多點溫度的采集及顯示；采用八個帶有I2C總線接口的數字溫度傳感器LM75，組成八點溫度采集電路：利用帶有I2C總線接口的LED驅動器件ZLG7290及共陰式數碼管為溫度顯示電路，保證了溫度測量的精度和準確度。 (2)多點溫度監測系統軟件設計。根據整個監測系統的特點，提出了軟件設計的總體思路，并以ADS1.2為集成開發環境，將μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統的相關代碼移植到LPC2290中；采用分層體系思想，使用標準C語言編寫程序，結合嵌入式操作系統的任務管理、信號量等機制，并調用相關的應用程序接口函數(API函數)，設計了包括溫度采集、溫度顯示、短消息接收與發送等多個子程序。 (3)監測中心軟件設計。為了增強系統控制和數據管理功能，使用Visual C++6.0及ADO數據庫技術編寫了監測中心軟件人機交互界面，通過串口使另一M22無線通信模塊同監測中心上位機的通信，實現了在PC機上發送短消息指令對下位機進行遠程控制，并將接收到的數據存儲在Access數據庫中以便分析處理。 嵌入式技術和短消息業務在一定程度上提高了多點溫度監測系統的測量精度、可靠性、穩定性和實時性，對改進遠程監測系統的控制方式和數據傳輸方式有一定的意義，也為對嵌入式應用項目的開發奠定了基礎。
上傳時間： 2013-07-08
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本文以電子不停車收費系統課題為背景，設計并實現了基于FPGA的π/4-DOPSK全數字中頻發射機和接收機。π/4-DQPSK廣泛應用于移動通信和衛星通信中，具有頻帶利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強的特點。 近年來現場可編程門陣列(FPGA)器件在芯片邏輯規模和處理速度等方面性能的迅速提高，用硬件編程實現無線功能的軟件無線電技術在理論和實用化上都趨于成熟和完善，因此可以把數字調制，數字上/下變頻，數字解調在同一塊FPGA上實現，即實現了中頻發射機和接收機一體化的片上可編程系統(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根據指標要求對數字收發機方案進行設計，確定了適合不停車收費系統的全數字發射機和接收機的結構，接著根據π/4-DQPSK發射機和接收機的理論，設計并實現了基于FPGA的成形濾波器SRRC、半帶濾波器HB和定時算法并給出性能分析，最后給出硬件測試平臺上結果和測試結果分析。
上傳時間： 2013-07-18
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基于小波變換和神經網絡理論,對非穩定、大信噪比(SNR)變化的通信信號進行有效的特征提取和分類,實現了通信信號調制方式的分類識別.首先,采用基于多分辨分析框架的Mallat快速算法提取離散細節作為特征采,實驗得出db3小波非常適合作為特征提取小波,用小波變換大大壓縮了通信信號特征矢量,提取的信號特征矢量64點;然后依據神經網絡理論,分別采用BP網絡作為分類器對通信信號調制識別分類.從計算機模擬實驗結果可知,該方法能很好地完成通信信號調制識別分類任務,使識別正確率得到了明顯改善,同時降低了識別分類過程的復雜度,并且為通信信號調制識別的DSP實現提供了快速計算的理論基礎.其次,介紹了TMS320LF2407 DSP和FPGA的結構原理,并在此基礎上設計了數字信號處理板和制作調試電路板.最后,用匯編和C語言編制A/D程序、串口通信程序和應用程序,并在信號處理板上調試和運行.
上傳時間： 2013-07-23
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