軟硬件資源的不斷成熟和完善，使得嵌入式系統應用得到了十分迅猛的發展。另一方面，互聯網技術的發展，使得Internet逐漸深入到人們的日常生活中。嵌入式控制網絡與信息網絡的互聯不僅拓寬了控制系統的控制范圍，而且豐富了信息系統的內容。因此，嵌入式系統與Internet相結合將成為嵌入式系統和互聯網絡發展的重要方向。 現階段，Internet規模的日益擴大與IPv4地址匱乏之間的矛盾越來越突出。為解決IPv4網絡存在的各種問題而出現的IPv6協議具有海量的地址空間、優化的路由算法、自動化的地址配置等；同時還增加了對安全性、QoS等的良好支持。因此，Internet從IPv4過渡到IPv6是一種必然的趨勢。綜上，對IPv6協議進行研究并將其引入嵌入式系統，實現嵌入式設備接入網絡的功能，具有較高的科研價值和現實意義。 本文在對嵌入式系統相關概念和嵌入式IPv6協議棧進行介紹的基礎上，闡述了IPv6協議簇中核心協議的原理、報頭結構和參數等。接著根據嵌入式TCP/IP協議棧的設計要點，提出嵌入式IPv6協議棧的總體設計，進一步對協議棧的進程模型、內存管理、平臺無關性和通訊機制進行了研究。然后對協議棧的裁剪和數據包的處理流程進行分析，給出各模塊的詳細設計與實現，主要有IPv6模塊、ICMPv6模塊、鄰居發現(ND)模塊和UDP模塊。最后將協議棧嵌入到uC/OS-II操作系統中并搭建測試環境對IPv6協議棧進行功能性測試，結果表明協議棧功能正常，可以完成基本的通訊功能。 協議棧根據嵌入式系統資源有限和應用相對單一的情況進行裁剪，采用分層結構實現；同時在實現基本功能的前提下，為功能的擴展提供了接口；另外，將協議棧與硬件、編譯器和操作系統相關的代碼獨立開來，實現了協議棧在不同平臺的良好移植。關鍵詞：嵌入式系統，因特網，ARM，IPv6，ICMPv6，鄰居發現協議
上傳時間： 2013-04-24
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隨著大量的工礦企業的興起和擴張，會有越來越多的廢水、污水排放到環境中，特別是在珠江三角洲地區，這一現象尤為突出。目前珠江流域的水資源已經出現嚴重污染，由此帶來的環境污染和生態污染已引起了當地有關部門的高度重視。為此，本課題通過與廣東泰斗微電子公司合作，研發一種具有通用性的水污染源信息監控網絡的語音報警器，通過實時快速的污染源信息檢測，完成對污染源信息的語音報警和存儲。 報警器的功能是接收由前端北斗通信處理器傳輸來的污染源信號進行相應的語音報警。本報警器設計選用目前工業控制領域流行的ARM芯片LPC2368作為主控制器，并采用RS232/RS485通用通信方式來完成對水污染源信息的采集與處理；選用SD卡作為存儲介質來實現對語音文件和污染源信息的存儲；語音報警部分選用價格低廉的WAV和MP3解碼芯片VS1003進行語音文件的解碼。設計中還對語音輸出通道進行擴展，提高系統的擴展性和使用的靈活性。 本報警器設計兼容FAT16和FAT32兩種文件系統格式，并支持WAV和MP3兩種類型的語音文件報警，相比目前常用的水污染監控系統報警器來說，本報警器具有更大的通用性和靈活性。本報警器在軟件設計中嵌入了實時微內核操作系統uC/OS—Ⅱ，這使得本報警器在實時性方面有很大的改善和提高，有效的解決了基于前后臺軟件系統的報警器在報警時出現語音播放不連續的問題。 本報警器是“珠江水域北斗監控示范工程”項目中的一部分即預警部分，目前該報警器已通過各項功能測試，并已安裝在多個監控站點上試運行。
上傳時間： 2013-07-31
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比例-積分-微分（PID）是過程控制中最常用的一種控制算法。算法簡單而且容易理解，應用十分廣泛。但由于應用領域的不同，功能上差別很大，系統的控制要求及關心的控制對象也不相同。數字PID控制比連續PID控制更為優越，因為計算機程序的靈活性，很容易克服連續PID控制中存在的問題，經修正而得到更完善的數字PID算法。本文以三相全控整流橋阻性負載為實際電路，控制主電路電壓，旨在提出一種智能數字PID控制系統的設計思路，并給出了詳細的硬件設計及初步軟件設計思路。 PID控制系統采用高性能、低功耗的ARM微處理器S3C44BO作為核心處理單元，內部的10位ADC作為信號采集模塊，采用了矩陣鍵盤和640*480的液晶作為人機接口；串口作為通信模塊實現了上位機的監控。采用芯片內部自帶的PWM模塊，輸出16M Hz PWM信號并經過一階低通濾波器得到0～5V的控制信號用于觸發主電路控制器，實現PID整定。 軟件方面，分析和研究了uC/OSⅡ的內核源碼，實現了其在32位微處理器上的移植，作為管理各個子程序執行的系統軟件。選用了圖形處理軟件uC/GUI用于完成LCD顯示及控制。PID算法采用了增量式數字PID算法，采用規一化算法進行參數選取。上位機部分采用了C＃語言進行編寫。另外，采用了RTC（Real Time Clock）作為系統時鐘，可以實現系統的定時運行、定時模式切換等。在上位機上也可以方便的控制程序的執行，實現遠程監控。 在論文的最后詳細的介紹了智能PID控制系統在三相全控橋主電路中的具體應用。總結了調試中遇到的問題，對今后工作中需要進一步改善和探索的地方進行了展望。
上傳時間： 2013-08-01
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隨著電力電子技術的發展，模塊化程度低、缺乏靈活性、設計復雜、標準化程度低等因素日益成為制約其發展的瓶頸。而電力電子結構塊（PEBB）正是為解決以上問題而提出的方法。因此研究利用PEBB來組建功率變換器具有一定的優勢和重要的意義。 本文將電子技術和計算機技術等領域先進的、成熟的集成相關的技術應用于電力電子系統集成中，對電力電子系統集成中的操作系統、分布式控制技術和通信技術進行了研究。 將電力電子系統進行結構劃分，分為PEBB功率部分和通用控制部分。對于功率部分，采用分立元件設計了一個半橋PEBB，包括主電路、保護電路、驅動電路、吸收電路和濾波電路等。在分析和對比了各種通信接口后選擇具有“即插即用”功能的通用串行接口（USB）做為PEBB的數字通信接口。對于通用控制部分，選用具有高性價比的ARM7芯片S3C44B0X做為核心處理單元，輔以相應的外圍電路。采用USB主機控制芯片使其具有類似USB主機的功能，實現與PEBB的通信和方便“即插即用”的管理。在軟件設計上引入實時操作系統UC/OS-Ⅱ，采用多任務系統的形式，滿足電力電子操作系統實時性的要求。然后，用兩個半橋PEBB和一個通用控制器組成了一個單相全橋電壓逆變器，分析和解決PEBB之間的同步等問題。最后給出并分析了實驗結果。 通過上述工作，驗證了PEBB對解決當前電力電子技術系統集成問題的可行性，為后續研究打下基礎。
上傳時間： 2013-07-12
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隨著城市高層建筑的發展，建筑的消防安全性越來越引起人們的重視。火災報警系統是建筑自動化系統中重要的組成部分，它利用各種探測器來檢測火情，對火災的發生進行及時準確的報警，并控制各種滅火設備進行自動滅火和對相關設備進行聯動控制。傳統的火災報警系統采用微機中心處理方式，每個控制中心處理2000至8000個探測單元的信息，系統的實時性與穩定性的提升受到控制中心的數據處理能力和網絡通信速率的限制。 基于這一現狀，本文提出了基于ARM與uC/OS-Ⅱ的網絡火災報警系統。將控制中心的數據處理任務交由各控制單元，引入嵌入式操作系統對任務進行管理，同時引入TCP/IP協議棧實現網絡功能，利用Internet來進行信息傳輸。 本文設計了基于ARM的控制單元硬件平臺，并進行了硬件模塊測試。ARM作為32位RISC芯片的領導者，具有很高的處理能力，同時其成本較低，十分適用于作為系統中的控制單元，從硬件上保證了系統的數據處理能力與火災報警的實時性。 在軟件上，本文移植了uC/OS-Ⅱ作為系統的軟件平臺，編寫了啟動與移植相關代碼，并做了移植測試。uC/OS-Ⅱ作為開源的嵌入式實時操作系統，擁有極為精簡的內核和出色的實時性與可靠性，作為控制單元的操作系統平臺對任務進行管理與調度，從軟件上保證了系統的穩定性與可靠性。 最后，本文在ARM和uC/OS-Ⅱ的基礎上實現了網絡協議棧LwIP的移植，進行了計算機通信測試。網絡協議棧的移植使控制單元通過Internet完成信息的傳輸與控制，提高網絡的擴展性與健壯性，同時擺脫了專用網絡的傳輸速率與范圍的限制。 本文研究的系統具有分布智能化的特點，多個嵌入式控制單元取代了控制中心火災信息處理，降低了中心數據處理壓力和網絡通信壓力，平行的網絡結構提高了系統的穩定性，個別控制單元故障不會引起整個系統的崩潰，為基于這一思路的火災報警系統建立了一個完整的軟硬件平臺。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力系統的迅速發展和電力電子技術的廣泛應用，電能污染日益嚴重，電能質量問題已經成為電力部門及電力用戶越來越關注的問題。電能質量的各項指標若偏離正常水平過大，會給發電、輸變電和用電設備帶來不同程度的危害。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，因此對電能質量進行檢測和分析從而提高和改善電能質量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質量的基本概念，對各種電能質量問題的分類、特征及產生原因和危害作了詳細的闡述。通過對電能質量各項指標（供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變）的分析，以傳統的傅立葉變換理論為基礎，針對目前電能質量分析的難點即對突變的、暫態的、非平穩的信號的檢測與分類，提出了基于快速傅立葉變換的暫態電能質量分析方法。 在系統的研究了電能質量分析的相關理論和檢測技術的基礎上，針對電能質量分析系統中需要支持復雜算法和保持實時性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構架的嵌入式電能質量分析系統的硬件平臺和軟件系統。重點分析了DSP與ARM的選型依據、結構特點、具體應用等。并且詳細的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設計思想，其中重點介紹了DSP部分的FFT算法設計、ARM部分的UC/OS-II操作系統移植和MiniGUI圖形界面開發。最后對論文的主要工作進行了總結，對以后可深入研究的方向進行了展望。
上傳時間： 2013-05-22
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電液控制作為液壓控制的一個新分支，因為其本身的特點正得到越來越廣泛的應用。電液控制系統的發展對電液控制技術提出了更高的要求，這必將促進電液控制技術的發展。本文在教研室多年電液控制經驗的基礎上，提出開發通用型電液系統數字控制器。 通過對電液控制技術的研究，了解電液系統的一般構成，結合多個具體實例，本文提出數字式電液控制器概念，以ARM微處理器為硬件核心，采用多種智能控制算法解決電液系統閉環控制問題。 數字控制器以PHILIPS公司的32位ARM7微處理器LPC2292為硬件核心，配有高速AD、DA轉換器。硬件設計注重通用性，具有多種輸入、輸出通道，可以采集和輸出多種、多個模擬量信號和數字量信。具有多種通信接口，可以實現近距離監控或者遠距離操控。人機交互通道豐富，具有報警、狀態指示、參數顯示等功能。采用光電隔離、獨立電源、屏蔽外殼等措施保證控制器具有良好的穩定性、可靠性。軟件設計采用UC/OS-II嵌入式操作系統，內部集成多種智能控制算法，保證電液系統閉環控制取得良好的效果。開發模擬試驗系統，可以模擬電液系統現場的各種信號和閉環回路，實現實驗室調試。采用Visual Basic開發上位機軟件，配合控制器完成參數修改、保存，繪制實時監控曲線，控制硬件等功能。 控制器解決了電液系統多樣性難題，客服模擬控制的缺點。研發出模糊自整定PID算法，它成功解決了閉環控制過程中設定信號不斷變化的難題。經過多次現場調試，目前控制器已經成功應用于國內多家企業的輪胎耐久性試驗機和密煉機兩種電液系統，在這兩種系統中成功取代進口國外模擬控制器，并且控制效果好于國外模擬控制器。關鍵詞：電液系統；ARM7；UC/OS-II；模糊自整定
上傳時間： 2013-05-31
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隨著電力系統的迅速發展和電力電子技術的廣泛應用，電能污染日益嚴重，電能質量問題已經成為電力部門及電力用戶越來越關注的問題。電能質量的各項指標若偏離正常水平過大，會給發電、輸變電和用電設備帶來不同程度的危害。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，因此對電能質量進行檢測和分析從而提高和改善電能質量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質量的基本概念，對各種電能質量問題的分類、特征及產生原因和危害作了詳細的闡述。通過對電能質量各項指標(供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變)的分析，以傳統的傅立葉變換理論為基礎，針對目前電能質量分析的難點即對突變的、暫態的、非平穩的信號的檢測與分類，提出了基于小波變換的暫態電能質量分析方法。利用小波變換模極大值原理檢測信號奇異點作為是否發生暫態擾動的判據，克服了傳統方法中無時域局部性的缺點。 在系統的研究了電能質量分析的相關理論和檢測技術的基礎上，針對電能質量分析系統中需要支持復雜算法和保持實時性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構架的嵌入式電能質量分析系統的硬件平臺和軟件系統。重點分析了DSP與ARM的選型依據、結構特點、具體應用等。并且詳細的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設計思想，其中重點介紹了DSP部分的FFT算法設計、ARM部分的uC/OS-II操作系統移植和MiniGUI圖形界面開發。最后對論文的主要工作進行了總結，對以后可深入研究的方向進行了展望。
上傳時間： 2013-07-10
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超聲波電機是一種全新原理的直接驅動電機，它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁電機相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作相應快、運行無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域要比傳統的電磁電機性能優越得多。超聲波電機在工業控制系統、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動化設備、智能機器人等領域有廣闊的應用前景，近年來倍受科技界和工業界的重視，成為當前機電控制領域的一個研究熱點。 本文主要研究了行波型超聲波電機的嵌入式驅動控制系統設計。系統是基于ARM嵌入式微控芯片設計的。全文共分為6部分。第一章主要介紹了國內外超聲波電機驅動控制技術在國內外的發展狀況，ARM芯片的結構原理以及本課題的選題意義。第二章在前人的研究基礎上做了系統仿真，為系統的硬件設計提供設計指導。第三章提出了基于ARM的超聲波電機嵌入式驅動控制系統設計方案，并介紹了系統各個模塊的設計與調試的過程和結果。第四章介紹了uC/OS-Ⅱ操作系統在ARM上的移植，以及基于該操作系統的電機控制系統軟件設計流程。第五章介紹了系統各子程序的設計，速度控制與定位控制的算法設計，以及系統調試的結果。第六章總結了本論文的主要貢獻、存在問題以及后續課題的研究方向。
上傳時間： 2013-04-24
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車輛姿態是車輛控制所需的重要參數，其測量方法、測量精度與測量系統的性能和成本密切相關。隨著微處理器技術與新型傳感器技術的發展，利用加速度計、磁阻傳感器和ARM微處理器構成基于地球磁場和重力場的捷聯式姿態測量系統，已成為許多載體姿態測量的首選。同時姿態測量系統住地理勘探、石油甲臺鉆井和機器人控制方血也有著廣泛的應用。 本文研究設計了一款基于ARM處理器的姿態測量系統，在保證體積、成本和實時性的前提下，完成載體姿態角的準確測量。采用Honeywell公刊的3軸磁阻傳感器HMC1021/1022和ADI公司的2軸加速度計ADXL202以及S3C44BOX ARM7微處理器構建捷聯式姿態測量系統。磁阻傳感器和加速度計分別感應地球磁場和重力場信號，微處理器對檢測到的信號進行處理和誤差補償后，解算出的姿念角，最后由LCD顯示或者通過串行通訊接口輸出到上位機，實現姿態角的實時準確測量。 本文詳細介紹了基于地球磁場和重力場信號進行姿態測量的原理，推導了方向角、俯仰角和橫滾角求解的數學模型。完成了姿態測量系統硬件電路的設計與調試，實現了包括：uC/OS-Ⅱ操作系統的移植、加速度數據采集、地球磁場數據采集和姿態角解算等系統軟件的設計，最后對系統測量結果給出了誤差分析，添加了數字濾波、橢圓效應校正等算法來補償誤差，從而有效提高了系統測量精度。
上傳時間： 2013-07-20
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