本文首先研究了常规的数据采集的方法，针对由单片机构成的数据采集系统数据处理能力弱的问题提出了基于现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)为逻辑控制芯片对三片A/D芯片进行控制的远程多路数据采集的解决方案。 本文利用VisualBasic编写串口通信程序，通过串行端口向FPGA数据采集板发送数据采集的参数指令,FPGA数据采集板接受指令后进行现场数据采集，并通过串行通信将数据发送到PC机，在通信过程中完全遵守RS-232协议，具有较强的通用性和推广价值。然后本文重点介绍了该采集系统的硬件设计原理和软件设计框架，实现实时嵌入式微机数据采集系统的软件和硬件设计方法，将部分软件的功能改由硬件实现，从逻辑上大大简化了嵌入式软件的设计。
上传时间： 2013-05-30
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超声波电机(Ultrasonic motors，简称USM)是一种全新原理的直接驱动电机，它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要以行波型超声波电机的驱动控制技术为研究对象，引入嵌入式系统理念，设计并制作了超声波电机的驱动控制系统，并对超声波电机的速度与定位控制做了深入的研究。本文主要研究内容及成果如下： 介绍了超声波电机的工作原理、特点及其应用前景，总结了国内外超声波电机驱动控制技术的发展历史和研究现状，以及今后我国超声波电机驱动控制技术的发展方向，明确了本文的研究内容。 结合嵌入式系统特点及其开发方法，详细介绍了超声波电机嵌入式驱动控制系统的硬件和软件设计过程，并总结了硬件、软件的调试过程。最后，对所设计系统性能进行了实验测试和数据分析。 采用DDS技术解决超声波电机所需要的高频驱动电源和数字控制的问题。本文设计的以ARM控制器为核心，频率、相位、幅值均可调的双通道信号发生器，具有频率和相位差控制精度高的特点。 本文介绍了速度与位置的常用控制策略。设计并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系统。速度控制采用增量式PID调节，其控制策略简单、易行，通过实验选择合适的参数能适应一般的控制精度要求。定位控制则采用模糊PID控制策略，该策略将模糊控制不需要精确的数学模型、收敛速度快的特点与PID简单易行、能消除稳态误差的优点相结合，改善了模糊控制器稳态性能，使电机定位控制精度达到0.0880。
上传时间： 2013-07-16
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在工业过程中，许多对象具有滞后特性，由于纯滞后的存在，使得系统的超调量变大，调节时间变长。因此滞后过程被公认为较难控制的对象，而且纯滞后占整个动态过程的时间越长，难控的程度越大。所以大纯滞后对象的控制一直是困扰自动控制和计算机应用领域的一大难题。而这类对象又广泛存在于石油、化工、酿造、制药、冶金等工业生产过程中。因此对该问题的研究具有重大的实际意义。 传统的PID配合Smith预估补偿器的控制方法，对模型误差反映比较灵敏，当存在建模误差或干扰时，控制效果并不能取得令人满意的效果。近年来随着模糊控制、神经网络控制等智能控制研究的不断深入，有些学者将它们与Smith预估控制、PID控制及预测控制等相结合，提出了针对不确定大滞后系统的新的控制方法。虽然有些控制方案效果不错，但系统的复杂程度和调试难度也随之增加。因此设计简单、快速、可靠的控制器，仍是一个重大课题。 本文首先介绍了大滞后过程的控制特点，概述了常用的大滞后过程的控制方法及其优缺点。接着概要地介绍了嵌入式系统的优点、发展历史、现状及前景。并针对性地介绍了ARM控制器的概况以及它的应用领域。然后本文针对大滞后对象提出了自抗扰控制器与Smith预估补偿器相结合的设计方案。通过仿真对比了本方案、PID配合Smith预估补偿器及单一的自抗扰控制器的控制效果，表明自抗扰控制器与Smith预估补偿器的结合有效地改善了大滞后对象的控制效果，增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力。为验证该控制方案的实际控制效果，我们以PCT-II型过程控制实验装置中的具有大滞后特性的盘管内部的温度为被控对象，以JX44BO开发板作为主要的控制平台设计并完成大滞后控制实验。所以接下来本文介绍了实现这个嵌入式温度大滞后控制系统所涉及到的硬件平台、系统框图以及实验内容。然后本文介绍了嵌入式控制平台的控制界面以及各个主要功能的程序的实现，以及远程客户端程序在以太网通讯方面的程序实现和远程客户端程序的操作界面。最后本文给出了本次实验的参数设置以及最终的实验结果。实验结果表明在实际应用中本文所提出的方案对于大滞后对象具有较好的控制效果。
上传时间： 2013-06-11
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智能电表、水表、煤/燃气表、热量表等大量地出现在人们的生活中，同时这些仪表的抄录工作变得越来越烦琐，工作量大，工作效率低，不仅给用户带来不便，而且会存在漏抄、误抄、估抄的现象。随着电子技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，人工抄表已经逐步被自动抄表所代替。 集中器是一个数据集中处理器，是多对象自动抄表系统的通信桥梁，负责对各智能表的数据进行采集、存储和管理，及时有效地向上位机传输数据并执行上位机发送的指令。提高多对象集中器数据处理能力，有效完成上下行通信是多对象自动抄表系统AMRS（Automation Meter Reading System）目前需要解决的关键问题。 本文针对多对象集中器这样一个较复杂的通信与控制系统，提出采用32位的高性能嵌入式微处理器。32位ARM9微处理器处理速度快、硬件性能高、低功耗、低成本，集成了相当多的硬件资源，硬件的扩展和设计大大简化，ARM9（S3C2410）为工业级芯片，抗干扰能力强，能够适应运行现场的较恶劣环境，8/16位微控制器运算能力有限，对于较复杂的通信与控制算法难以顺利完成；硬件平台依赖性强，不利于软件的开发、升级与移植；在缺乏多任务调度机制的情况下，应用软件不仅实现难度大，且可靠性难以保证。 本文首先对多对象远程抄表系统的总体结构进行研究，主要研究了多对象远程抄表系统中集中器的软件和硬件实现，对硬件资源进行了外围扩展，对S3C2410微处理器芯片的外围硬件进行了扩展设计，使之具备了满足使用需求的最小系统硬件资源，包括时钟、复位、电源、外围存储、LCD、RS-485通信模块、CAN通信模块等电路设计。实时时钟为多对象集中器定时抄表提供时间标准；电源电路为多对象集中器系统提供稳定电源；看门狗电路的设计保证多对象集中器系统可靠运行，防止系统死机；数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数，负责智能表的参数以及智能表用量等。上行通道即多对象集中器与上位机之间的通信线路，采用CAN现场总线进行通信；下行通道即多对象集中器与智能表之间的通信，采用RS-485总线进行通信。软件设计上，主要针对多对象集中器的数据存储功能和串行通讯功能进行程序编写。基于ARM的多对象远程抄表系统集中器可以实现多对象远程抄表，提高了数据处理能力，有效完成了上下行通信，可靠性强，稳定性高，结构简单。
上传时间： 2013-06-07
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海洋台站自动观测系统是一套应用于海滨观测的仪器设备，负责对气象、水文参数进行实时观测。诸多的参数通过相应的传感器进行测量，海洋台站自动观测系统对测量的信息进行汇总，再将其通过有线或无线的通讯方式传输到各级海洋环境监测预报中心，供天气预报和海洋预报使用。 本文以我国“海洋台站自动观测系统政府采购计划”为背景，重点设计了低成本、低功耗、高性能、高可靠性的新型海洋台站自动观测系统。本课题主要研究基于arm7+uClinux海洋台站自动观测系统的设计与开发。根据实际的需要，分析海洋台站自动观测系统的整体要求，对传感器进行选型，进行方案设计，完成整个系统的搭建。为了降低系统功耗，CPU所采用的是Samsung公司推出的无内存管理单元的处理器S3C44BO，设计了8MFLASH、64MSDRAM、液晶、USB以及键盘等相关电路。同时，为了减少驱动开发所带来的不便，使用TL16C554A对串口电路进行了扩展，便于数据处理，也使得系统具有更好的可扩展性。软件方面设计主要涉及了BootLoader引导装载程序的建立，选用uClinux操作系统，并对其内核进行配置和裁剪，添加源代码中没有的驱动程序。为了缩短研发周期和降低开发难度，选用MiniGUI作为图形用户界面系统，深入分析了MiniGUI的结构、原理，并将其移植到uClinux系统中。本系统采用的是MiniGUI－Threads多线程模式，主线程协调各个线程进行相应的数据处理。为了使系统操作变得直观、简单，对用户界面进行了初步设计，使用复用I/O的方法解决多串口通讯容易造成的数据阻塞问题。此外，为了更好的将台站所测得的信息量发送给海洋环境监测预报中心，需要完善通讯协议以便于数据交换。 最后，根据本系统实际研究开发结果，总结分析了系统的特点，并对下一步设计工作进行了展望。
上传时间： 2013-07-12
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永磁无刷直流电动机是一种性能优越、应用前景广阔的电动机,传统的理论分析及设计方法已比较成熟,它的进一步推广应用,在很大程度上有赖于对控制策略的研究.该文提出了一套基于DSP的全数字无刷直流电动机模糊神经网络双模控制系统,将模糊控制和神经网络分别引入到无刷直流电动机的控制中来.充分利用模糊控制对参数变化不敏感,能够提高系统的快速性的特点,构造适用于调节较大速度偏差的模糊调节器,加快系统的调节速度;由于神经网络既具有非线性映射的能力,可逼近任何线性和非线性模型,又具有自学习、自收敛性,对被控对象无须精确建模,对参数变化有较强的鲁棒性的特点,构造三层BP神经网络调节器,来实现消除稳态偏差的精确控制.以速度偏差率为判断依据,实现模糊和神经网络两种控制模式的切换,使系统在不同速度偏差段快速调整、平滑运行.此外充分利用系统硬件构成的特点,采用适当的PWM输出切换策略,最大限度的抑制逆变桥换相死区;通过换相瞬时转矩公式推导和分析,得出在换相过程中保持导通相功率器件为恒通,即令PWM输出占空比D=1,来抑制定子电感对换相电流影响的控制策略.上述抑制换相死区和采用恒通电压的控制方法,减小了换相引起的转矩波动,使系统电流保持平滑、转矩脉动大幅度减小、系统响应更快、并具有较强的鲁棒性和实时性.在这种设计下,系统不仅能实现更精确的定位和更准确的速度调节,而且可以使无刷直流电动机长期工作在低速、大转矩、频繁起动的状态下.该文选用TMS320LF2407作为微控制器,将系统的参数自调整模糊控制算法,BP神经网络控制算法以及PWM输出,转子位置、速度、相电流检测计算等功能模块编程存储于DSP的E2PROM,实现了对无刷直流电动机的全数字实时控制,并得到了良好的实验结果的结果.
上传时间： 2013-06-01
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无刷直流电机具有输出转矩大、调速性能好、运行可靠等一系列优点，具有广泛的应用前景，其传统的理论分析及设计方法已经比较成熟。它的进一步推广和应用，在很大程度上有赖于对其控制策略的研究。本文主要研究了无刷直流电机的速度控制问题。 无刷直流电机是一种多变量和非线性的控制系统，传统的控制方法很难满足对它的精确控制。近代模糊控制理论在无刷直流电机的控制中得到了广泛的应用，提高了控制系统的性能。但是，在模糊控制器控制规则优化和参数在线调整方面还存在着许多不足。针对这些问题，本文提出了一种使用遗传算法优化的模糊控制器，并且应用到无刷直流电机的控制中。系统采用双闭环控制，内环采用电流负反馈对电机转矩进行调节；外环应用模糊控制器进行速度控制，通过遗传算法离线优化模糊控制规则和在线调节模糊控制器的参数以提高系统的动态性能。同时本文使用Matlab和电机仿真软件VisSim对无刷直流电机的速度控制进行了软件仿真。 数字信号处理器(DSP)是一种高速的信号处理芯片，近几年在电机控制领域得到了广泛的应用。本文以TI公司的TMS320LF2407控制器为基础，介绍了DSP在无刷直流电机控制中常用的应用技术。同时为了降低系统开发设计的复杂性，提高控制系统的可靠性以及软件开发的快速性，本文将嵌入式操作系统移植到DSP中，并在该操作平台上开发出高效的控制算法。 实验结果表明，通过遗传算法优化的模糊控制器对无刷直流电机模型的不确定性和负载变化具有较强的适应性和鲁棒性，而且控制系统具有较好的动态性能。
上传时间： 2013-06-12
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水泵效率是反映水泵经济性能和综合性技术指标的参数。随着我国节能减排工作的深入开展，用泵企业要求准确、经常性地测试水泵的效率值，掌握设备的能源利用率和设备自身状况，评估设备运行经济状况的合理程度。目前，国内水泵效率检测仪器的测量精度低、实时性和可靠性较差，现场可操作性差，人机界面不够友好。 本课题是利用ARM嵌入式系统来实现水泵效率检测仪器的研制，旨在开发一种操作简单、便于携带又能满足指导经济运行精度要求的泵效测量装置，将计算机技术、传感器技术、数据采集处理技术、嵌入式系统技术相结合，实现水泵效率检测的同时，也实现了水泵各项主要参数的测试、数据保存、传输及曲线拟合等功能。研究了数据采集与处理、曲线拟合、数据库开发、通信等实现中的重点、难点问题，并采取了有效的硬件和软件抗干扰措施，确保了系统的稳定性和可靠性。 本文以模块化和结构化的思想搭建了基于ARM9的硬件平台，设计了专用模拟电路，研究了嵌入式操作系统WinCE4.2的移植，利用Platform Builder进行了操作系统内核的定制和编译，分析了WinCE4.2 Bootloader的工作原理和架构，根据系统的功能需要和硬件资源分配、设计了设备的Bootloader。 应用层开发使用embedded Visual C++4.0开发工具，集成IDE环境，快速的开发Windows CE应用程序。主要内容包括：开发友好的人机界面、实现仪器的基本功能、显示水泵机组的性能参数、绘制水泵性能曲线并显示和构建水泵性能数据库、实现通信。 在样机试制完成后，对多台水泵进行了试验，试验结果证明本检测仪器具有稳定可靠、测试精度和自动化程度高、管理维护方便的特点，具有较好的技术经济性能。
上传时间： 2013-06-02
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表面粗糙度是机械加工中描述工件表面微观形状重要的参数。在机械零件切削的过程中，刀具或砂轮遗留的刀痕，切屑分离时的塑性变形和机床振动等因素，会使零件的表面形成微小的蜂谷。这些微小峰谷的高低程度和间距状况就叫做表面粗糙度，也称为微观不平度。表面粗糙度的测量是几何测量中的一个重要部分，它对于现代制造业的发展起了重要的推动作用。世界各国竞相进行粗糙度测量仪的研制，随着科学技术的发展，各种各样的粗糙度测量系统也竞相问世。对于粗糙度的测量，随着技术的更新，国家标准也一直在变更。最新执行的国家标准(GB/T6062-2002)，规定了粗糙度测量的参数，以及制定了触针式测量粗糙度的仪器标准[1]。 随着新国家标准的执行，许多陈旧的粗糙度测量仪已经无法符合新标准的要求。而且生产工艺的提高使得原有方案的采集精度和采集速度，满足不了现代测量技术的需要。目前，各高校公差实验室及大多数企业的计量部门所使用的计量仪器(如光切显微镜、表面粗糙度检查仪等)只能测量单项参数，而能进行多参数测量的光电仪器价格较贵，一般实验室和计量室难以购置。因此如何利用现有的技术，结含现代测控技术的发展，职制出性能可靠的粗糙度测量仪，能有效地降低实验室测量仪器的成本，具有很好的实用价值和研究意义。 基于上述现状，本文在参考旧的触针式表面粗糙度测量仪技术方案的基础上，提出了一种基于ARM嵌入式系统的粗糙度测量仪的设计。这种测量仪采用了先进的传感器技术，保证了测量的范围和精度；采用了集成的信号调理电路，降低了信号在调制、检波、和放大的过程中的失真；采用了ARM处理器，快速的采集和控制测量仪系统；采用了强大的PC机人机交互功能，快速的计算粗糙度的相关参数和直观的显示粗糙度的特性曲线。 论文主要做了如下工作：首先，论文分析了触针式粗糙度测量仪的发展以及现状；然后，详细叙述了系统的硬件构成和设计，包括传感器的原理和结构分析、信号调理电路的设计、A/D转换电路的设计、微处理器系统电路以及与上位机接口电路的设计。同时，还对系统的数据采集进行了研究，开发了相应的固件程序及接口程序，完成数据采集软件的编写，并且对表面粗糙度参数的算法进行程序的实现。编写了控制应用程序，完成控制界面的设计。最终设计出一套多功能、多参数、高性能、高可靠、操作方便的表面粗糙度测量系统。
上传时间： 2013-04-24
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信息技术的发展，数字化产品的普及，导致了对嵌入式开发的巨大需求。以Linux为宿主机系统，搭配一个交叉编译环境，为嵌入式设备生成可执行程序己成为现在日益流行的编译嵌入式软件的解决方案。而开放源代码的GNUT具链是一套开源的开发环境，是嵌入式软件开发中理想的交叉编译器。但现有GNUI具链支持的平台并不能满足层出不穷的嵌入式产品的开发需要，仍有许多平台得不到支持，例如我们进行的minix向ARM-MINIX平台的移植。 本文以在linux环境下构建MINIX嵌入式系统的交叉编译工具链为背景，首先介绍了交叉编译系统的基本组成和结构，以及利用GCC构建交叉编译环境的优越性。然后对目标平台作了介绍。分析了GCC编译器，说明了GCC的设计思想，系统结构，介绍了GNU Binutils的功能，使用方法；接着分析了GNU工具链中的GAS和GLD的实现机制及源代码结构，由于BFD是GNUBinutils的基础，GAS和GLD都是使用BFD库来操作目标文件，因此在这一部分本文对BFD库的工作机制，数据结构也作了重点分析。紧接着说明了GCC交叉编译系统的移植思路和方法，实现难点，以及一些相关技术细节，这涉及到了若干重要的C源文件，Makefile，配置文件的修改，重点给出了BFD库，GAS和GLD的分析及其重定向(通常GCC生成的目标程序是针对GNU/Linux系统的)的实现；然后本文给出了在GNU/Linux宿主机上构建针对ARM-MINIX的参数设置及过程：最后对本文所做的工作进行了总结。
上传时间： 2013-05-31
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