目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-04-24
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温度是生活中最基本的环境参数。温度的监测与控制，对于生物生存生长，工业生产发展都有着非同一般的意义。温度传感器的应用涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、消费电子产品和专用设备等各个领域。传统的常用温度传感器有热电偶、电阻温度计RTD和NTC热敏电阻等。但信号调理，模数转换及恒温器等功能全都会增加成本。现代集成温度传感器通常包含这些功能，并以其低廉的价格迅速地占据了市场。Dallas Semiconductor公司推出的数字式温度传感器DS1820采用数字化一线总线技术具有许多优异特性。其一，它将控制线、地址线、数据线合为一根导线，允许在同一根导线上挂接多个控制对象，形成多点一线总线测控系统。布线施工方便，成本低廉。其二，线路上传送的是数字信号，所受干扰和损耗小，性能好。本课题旨在分析和设计基于数字化一线总线技术的温度测控系统。本系统采用FPGA实现一个温度采集控制器，用于传感器和上位机的连接，并采用Microsoft公司的Visual C++作为开发平台，运用MSComm控件进行串口通信，进行命令的发送和接收。
上传时间： 2013-04-24
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微处理器技术、传感器技术和无线通信技术的进步，推动了无线数据采集系统的产生和发展。数据采集技术广泛应用于雷达、通信、遥感遥测等领域。在各种信息的获取中，对高速数据采集的需求非常广泛。随着测控技术的发展，对数据采集系统的智能化和网络化水平也提出了更高的要求。并且由于通讯网络的飞速发展，移动通信与实际应用的结合使得各种基于GPRS网络的无线数据传输系统成为当前远距离无线通讯领域最为广泛的应用。本课题将广泛应用的嵌入式控制器引入到数据采集系统设计中，并结合GPRS优秀的网络特性，实现了一个低功耗、智能化、网络化、软硬件可根据具体测量任务适当裁减的无线高速数据采集平台。 本设计采用32位ARM处理器S3C2410为核心器件，配以FPGA+DDRSDRAM高速数据采集模块，GPRS数据通信模块，在Linux嵌入式操作系统和应用软件的支持下，实现了数字化高速采集，数字化无线数据网络传输的现场数据采集系统。该平台采集的现场数据主要为各种传感器输出的电压模拟量。前端数据采集模块的FPGA控制高速AD转换器将输入的模拟量信号采集后，存储在由DDRSDRAM构成的大容量缓存中，再经过嵌入式系统中的微控制器进行各种处理，然后将处理结果保存在ARM系统的SDRAM内存，最后通过在ARM系统模块扩展的GPRS模块，将采集到的数据通过GPRS网络发送出去。 IAnux由于其代码开放性以及强大的网络功能等特点，在许多的嵌入式网络设备中有着广泛应用，与其他的嵌入式操作系统相比，具有着更多的优势。因此本课题将其作为硬件平台的操作系统。基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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在现代工业测控领域，人们对数据采集的要求越来越高；不仅要求高速、高精度还要求采集设备便携化、网络化和智能化，此外还需要友好的人机界面。传统的8/16位单片机因资源极度受限，难以满足上述要求；而PCI或ISA数据采集卡，则存在着安装麻烦、价格昂贵且电磁兼容性差等缺点。32位嵌入式微处理器的出现很好地解决了上述矛盾，本文的研究正是基于ARM的嵌入式数据采集系统的设计。 本文以齿轮箱或机械转轴的振动信号为采集对象设计了基于ARM处理器和嵌入式Linux的数据采集系统。该系统硬件平台以S3C2410主控板和自行研制的振动信号调理板为核心，在此基础上扩展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及单总线通信接口，适应多种条件下的数据传输。同时系统提供了LCD显示和触摸屏输入模块，具备良好的人机交互功能。软件方面，搭建Linux交叉开发环境，实现了基于Linux操作系统的Bootloader的移植。最后，根据课题需要，完成了A/D采样和单总线驱动程序的设计。 本嵌入式数据采集系统存储容量大，硬件接口丰富，软件资源配置灵活，设计方案具有很好的通用性和可扩展性。
上传时间： 2013-05-28
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船舶气象仪是一套船载的自动化海洋气象观测系统，该系统广泛的布置在各种船只上，可以获得船只经过的海域内的风、湿、温、气压、降雨等气象参数。通过对海洋气象环境实时的掌握，能够使船舶航行安全、省时、经济，并使因灾害性天气造成的损失减小到最低限度。通过对海洋气象数据的存储、统计，对我国观测海洋环境、研究海洋、开发海洋、利用海洋都有着重要的意义。 现代测控系统除了具有高性能的数据采集、信号处理、I/O和通信接口以外，通常均需具备良好的人机接口、友好的用户界面和强大的网络功能等。ARM架构的嵌入式处理器和嵌入式Linux操作系统由于其优异的性能和很高的性价比，已经被广泛地应用到各种电子产品的设计当中，并受到愈来愈多的自动化设备和智能仪表设计人员的青睐。 本课题主要研究基于ARM+Linux架构的嵌入式船舶气象仪的设计与开发。系统硬件平台选用ATMEL公司的AT91RM9200处理器，扩展了64M SDRAM和8M NAND FLASH，同时扩展了外围通信设备接口包括通用串行口、CAN总线接口、网络接口和人机交互接口等；并根据实际环境需要，进行了传感器的选型。 软件平台的设计主要涉及了U－Boot引导装载程序的建立，同时根据开发平台的资源，配置和裁剪Linux的内核，并编写、添加源代码中没有的驱动程序，如AD、键盘、CAN总线控制器等，重新编译内核，下载到开发平台。并在此基础上，进行了应用程序的编写。同时深入研究了嵌入式Linux下的图形界面，将图形界面系统MiniGUI移植到Linux系统中，设计了较完善、友好的图形用户界面，大大方便了用户的操作。
上传时间： 2013-06-12
上传用户：天大地大
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
上传用户：KIM66
随着国民经济的发展，电力电子设备得到广泛应用，使得电网中的谐波污染越来越严重，极大地危害了电力设备的安全运行。电网中的谐波成份非常复杂，因此谐波的检测分析，是消除或降低谐波污染的前提。 通过大量资料的收集、阅读及相关技术的研究，本文分析了嵌入式系统在电力系统测控中的应用优势，设计了以ARM7TDMI内核处理器LPC2214为核心的电网谐波检测分析系统。系统主要实现低压配电网三相电压、电流的谐波检测与分析，包括电量数据采集和谐波分析两个部分。详细分析了谐波检测分析系统的工作原理，明确了系统功能需求，对系统各模块进行了设计，通过多路同步采集将电网电量数据输入系统，在处理器中完成数据倒序处理和快速傅立叶变换等相关的运算处理工作，可以得到各次谐波含量。 通过文中设计的硬件同步电路，可以准确获得电网信号三相电压与电流周期，通过同步采样的方法，消除或减小因快速傅立叶变换存在的频谱泄漏和栅栏效应的误差。结合谐波检测分析的需求与FFT算法的特点，为了减小响应时间，提高运算速度，采用了实序列快速傅立叶变换对数据的整合运算，即通过一次快速傅立叶变换运算，完成各相电流与电压两组数据从时域到频域的转换，并分析得到频域幅值和时域幅值之间的线性关系，避免了傅立叶反变换运算，提高了运算速度，实现谐波的准确检测。 最后经过样机测试证明，本文设计的电网谐波检测与分析系统能够准确、可靠的实现谐波含量的检测与分析。
上传时间： 2013-07-10
上传用户：zfh920401
随着生产自动化要求的不断提高，控制技术和微型计算机技术的不断发展，智能记录仪已日益广泛地应用在工业过程领域，并占据了越来越高的地位。近年来，新的应用也对智能记录仪的设计提出了更高的要求。 嵌入式系统因其体积小、性能好、功耗低、可靠性高等优点，其已经在各种记录仪表的开发与设计等领域中得到广泛的应用。为了改善工业现场传统获取数据费时、费力且数据不够及时准确的缺点，本课题基于嵌入式的技术，构建了一个由32位的嵌入式微处理器S3C24lO和实时操作系统IAnux组成的平台，并对其进行了开发研究，设计并实现了针对工业过程数据处理的一种新型的记录系统。 本文研究了无纸记录仪通用开发方法，设计了系统结构、功能和性能设计指标。该系统以三星公司生产的S3C2410(ARM)微控制器为核心，配置大容量Flash存贮器、实时时钟等，通过8个信号输入通道，可配接热电偶、热电阻以及标准的电压/电流信号，经16位采样送ARM处理后，按设定要求完成信号监测、数据记录和柱状图、曲线显示、异常数据报警等无纸记录仪的功能，以及通过RS232通信接口与其它系统进行数据通信；在系统软件设计方面，采用结构化、模块化方法，结合硬件配置设计了数据采集、检测信号处理、数据存取、键盘操作功能模块以及柱状图、曲线等图形显示功能函数，从而使具有了模块化扩展功能。试验表明了该系统对数据进行了准确、可靠的的采集与处理，较好地满足了工业现场的需求。 本课题是数据记录系统在工业现场数据采集、处理领域中的一次成功尝试。在实际应用中，该系统凸显出强大的功能、良好的灵活性。实践证明本系统是一种优秀的解决方案，能够高效的实现各种测控任务。
上传时间： 2013-04-24
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根据机械电子工程类专业测控实验教学平台数据采集的需要，在综合考虑成本和性能基础上，提出以为主处理芯片的数据采集卡设计方案。 该方案的主要特点是，使用基于ARM7TDMI内核的，工作主频最高可达44MHz；内置高性能的ADC和DAC模块，采样速度最高可达1MSPS，采样精度为12位；模拟信号输入通道最多可达16路，模拟信号输出通道最高可达4路；具有丰富的外设资源可以使用，GPIO口数目最高可达40个。 在设计中采用了模块化思想，将系统分为四个功能模块：主模块的功能是控制ADC进行信号采集和DAC进行模拟信号输出；模拟信号模块的作用是对传感器输入信号和DAC输出波形进行简单的调理；数字信号模块引出32路数字I/O口，可用于需要采集数字量的场合；JTAG模块可进行程序的调试和下载，对于数据采集卡的二次开发有很大的作用。 在本数据采集卡上，尝试进行了μC/OSⅡ操作系统的移植，成功实现了四个任务的管理。在实际应用中，工作数小时仍可保持正常的运行。 为检验数据采集卡的串口通讯能力，利用LabVIEW程序读取下位机串口发送的已采集到的数据，进行波形图绘制。 为检验本数据采集卡的ADC和DAC精度，设计实验利用DAC输出波形，并利用ADC将采集到的波形通过LabVIEW显示，测量结果显示两者电压值误差均在可允许的3LSB（Least Significant Bit）范围内，表明本数据采集卡已基本实现预期设计指标。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：bruce
传感器是测控系统的重要组成部分，但有些传感器，如增量式或绝对式旋转编码器，因无配套的二次仪表，给使用带来不便。有些传感器虽然可以买到配套的仪表，但价格昂贵，功能单一且功能无法扩展。为此，本课题以设计一种通用性强，功能扩展方便的测量仪表为目的，将计算机技术与嵌入式微处理器技术用于测量仪表当中，设计一种基于ARM的嵌入式智能仪表。课题主要研究工作包括： 1.在分析比较各种二次仪表功能的基础上，提出了基于ARM的嵌入式智能仪表设计方案。搭建了仪表的硬件平台。 2.软件设计实现了μC/OS-Ⅱ嵌入式系统在ARM7微控制器上的移植。在此基础上，对嵌入式系统进行了一定的扩展，编写了LCD驱动程序，调用了串口通信，A/D转换等模块的API函数，建立了多任务环境，使仪表兼具PWM脉宽调制功能、数据采集、显示和传输功能。 3.通过增量式、绝对式旋转编码器实验、转矩转速传感器实验、输出模拟信号的角度传感器实验和PWM输出实验验证仪表的功能。 RTOS平台的构建，降低了软件设计的复杂度，提高了系统的实时性和灵活性，缩短了开发周期。经过实验验证，该仪表能够准确测定频率信号、模拟信号及数字信号。
上传时间： 2013-04-24
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