多关节机器人在工业上已经得到了非常广泛的应用，并且以后会用在越来越多的其他领域。多轴控制系统作为多关节机器人的核心，发展也十分迅速。传统的多轴控制器体积比较庞大，扩展性不好。在工业4.0的时代，多轴控制系统也越来越智能，同时体积也在逐步减小，并且能够联网。EtherCAT现场总线是一种新兴工业实时以太网总线，经过多年的技术发展，在通讯速度，拓扑结构等领域已经具有非常独特的优势。本课题的工作主要是将EtherCAT现场总线技术应用在多轴控制系统中，利用其技术优势，进一步提高多轴控制器的扩展性和灵活性，使控制系统网络化。 本研究首先分析了多轴控制系统的现状以及发展趋势，介绍了EtherCAT现场总线技术，在此基础上，确立了多轴控制系统的开发架构以及开发方法。然后，课题设计完成了基于ET1100的通讯板。在此通讯板的基础上，使用STM32单片机作为EtherCAT应用层控制芯片，设计并完成了数字输入输出部分和模拟输入输出部分的软硬件。同时，为了达到工业现场的要求，设计着重考虑了安装的便利性，热插拔功能以及抗干扰性。接着，课题以实验室雕刻机为控制对象，以PC机作为EtherCAT主站，在主站上的TwinCAT软件中设计实现了雕刻机的正逆运动学算法，并设计实现人机界面。同时，课题使用ADS通讯接口与C＃高级语言进行通讯，实现了数据的交互。为了更加方便实现人机交互，课题也基于.NET架构设计了人机界面，这样方便Windows平台对多轴系统的直接或者远程控制。最后，在雕刻机平台上对设计的多轴控制系统进行调试和实验，同时对多轴之间的同步性能进行测试，完成了雕刻机的单轴运动，点动运动，多轴联动以及示教运动，并且多轴之间的实时性在微秒级。
上传时间： 2022-05-29
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针对目前我国已经存在的温室控制系统成本高、网络化不足以及测量环境因子单一等问题，文中开发了一套基于STM32的温室远程控制系统。该系统通过利用STM32单片机作为温室内的控制器以及MFC编写的控制软件实现对温室内空气温度、空气湿度、光照强度和CO2浓度多个环境因子的远程监测和控制。 系统的硬件电路设计包括STM32控制器、数据采集模块、设备控制模块、网络接口模块、实时显示模块以及数据存储模块等。其中数据采集模块采用DHT11、MG811以及BH1750传感器进行环境因子的测量，设备控制模块通过控制继电器通断来控制温室内的加热系统和光照系统等执行设备，STM32通过ENC28J60接入网络实现远程控制，显示模块实现各个环境因子的实时显示，数据存储模块采用外接SD卡的方式进行数据的存储。在STM32的程序设计中采用了库函数的开发方式设计了测量程序、显示程序以及控制程序。通过在STM32中移植μC/OS-Ⅱ操作系统实现多任务的运行，移植LwIP协议使STM32可以接入网络，实现控制的网络化。在VC6.0平台下利用MFC设计了控制软件，控制软件和STM32之间通过TCP/IP协议进行数据和命令的传输。控制软件的主要功能是对温室内的多个环境因子进行远程监测和对执行设备进行远程控制。在控制软件设计中，采用面向对象的方法将相关的操作函数封装到类中，便于对系统进行升级，采用多线程的方法解决了多个任务同时运行的状况。将控制过程中产生的数据保存到数据库中，可以对系统运行产生的数据进行分析和利用。 为了对系统进行测试，在文中搭建了一个小型的温室并将控制器安装在温室内。经过测试，文中设计的温室控制系统可以实现对温室内空气温度、空气湿度、光照强度和CO2浓度的远程实时监测，数据每秒更新一次。当上述的环境因子超过控制软件上设置的上下限范围时，系统会报警，此时可以在控制软件上控制执行设备的通断来调节该因子使其到达设置的范围内。
上传时间： 2022-06-09
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直流系统是给变电站各类信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用。直流系统主监控是整个直流系统的控制、管理核心。主监控单元的主要任务是：对直流系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测、获取直流系统中的各种运行参数和状态、根据测量数据及运行状态实时进行处理，并以此为依据对直流系统进行控制，实现系统的全自动精确管理，从而优化直流系统的运行状况，保证其工作的连续性、安全性和可靠性。嵌入式软硬件技术已广泛用于变电站自动化、配电网自动化、新能源发电控制等智能电网的各个应用领域。主监控单元运行时处理任务十分繁杂，包括MMI人机交互、电池充放电管理算法、开入开出控制、系统内部通信、后合通讯等任务，并且对任务的实时性要求较高。因此，主监控单元的软件设计是多任务、实时性和复杂程序较高的工作。嵌人式实时操作系统（RToS）的出现为开发复杂多任务提供了很好的解决方案。FreeRTOS操作系统是一个源码公开的嵌入式实时操作系统，具有可移植、可裁减、调度策略灵活的特点，可以方便地移植到各种体系结构的微处理器上运行。
上传时间： 2022-06-24
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RFID技术是自动识别技术的延伸和发展，它是利用无线电或雷达技术在阅读器和电子标签之间进行非接触双向数据传输的。近年来，这种技术在许多领域都得到了快速的普及和推广应用。作为整个防伪系统最基本的前置终端读写电子标签器件，基于MFRC500读写模块设计是本课题整个系统设计的第一步。在介绍了MF RC500芯片和Mifare0ne电子标签的结构和工作原理的基础上，本文给出了模块硬件和软件设计的详细过程，并通过具体的读、写卡操作进一步证明了模块的稳定性、可靠性。嵌入式技术是当今非常流行的一门计算机技术，随着计算机技术和通信技术的进一步迅速发展，嵌入式系统得到了越来越广泛的应用，但同时大量的嵌入式应用也对嵌入式设备的性能和功能提出了更高的要求。ARM公司的32位RISC处理器，以其高速度、低功耗、低成本、功能强、特有16/32位双指令集等诸多优异的性能，己成为嵌入式解决方案中的首选处理器。本课题采用的S3C44B0X微处理器就是一款基于ARM7TDMI内核的32位RISC处理器。除了具有RISC体系结构的典型特征外，S3C44B0X提供了全面的、丰富的内置部件，S3C44B0X微处理器为手持设备和一般类型的应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。作为嵌入式Linux的一个分支，uClinux继承了嵌入式Linux的绝大部分优点。uClinux是一个开源、免费、移植方便且可裁剪的多任务内核，因此，本课题采用了uC1inux作为操作系统，并在硬件平台的基础上移植了uClinux操作系统以及设计了uClinux操作系统下的应用程序。
上传时间： 2022-06-24
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变电站自动化系统在我国应用发展十多年来，为保障电网安全经济运行发挥了重要作用。但目前也多少存在着二次接线复杂，自动化功能独立、堆砌，缺少集成应用和协同操作，数据缺乏有效利用等问题。这些问题大多是由变电站整体数字化水平不高、缺乏能够完备实现信息标准化和设备之间互操作的变电站通信标准造成的。 电力工业发展和市场化改革的深入对供电质量和电网安全经济运行的要求不断提高，作为输配电系统的信息源和执行终端，变电站数字化、信息化的要求越发迫切，数字化变电站成为变电站自动化系统的发展方向。电子式电流/电压互感器、智能开关等智能化一次设备的诞生使建设数字化变电站成为可能，高速、可靠和开放的通信网络以及完备的通信系统标准是数字化变电站实现的保障，特别是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准-IEC 61850为建设数字化变电站提供了全面规范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的数字化变电站通信网络为研究对象，结合新架构的全网络化数字保护平台与试验系统研制的具体实践，展开专门研究，主要内容包括： ◇ IEC 61850的理论分析①揭示了IEC 61850与数字化变电站的内在关联。 ②总结了IEC 61850的内涵，通过分析说明IEC 61850不再是简单的通信协议，更多意味的是变电站自动化系统的功能建模方法。 ③归纳了IEC 61850的主要技术特征，包括功能分层的变电站、面向对象的信息模型、功能与通信的解耦、变电站配置语言和面向对象的数据自描述等。 ④从“类”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具备了类的共性和特性。以合并单元为例，对信息模型的属性和服务进行了具体分析。 ◇ IEC 61850的应用研究①从系统和设备两个层面总结了实践IEC 61850的一般步骤。 ②分析了采样值传输(SVC)和通用变电站事件(GSE)2类重要的通信服务。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，时间及时间同步等通信模型的特殊通信服务映射。 ④讨论了信息模型实体的构建方法，即如何让设备的实际功能、运行机制和数据能够准确和完备的实现设备对应信息模型的所有细节。IEC 61850没有对实现标准的具体方法作出规定，这给各厂商在技术实现上留出了足够的自由发挥空间。但同时我们注意到若仅在“形态”层面上实践IEC 61850，而不顾及IEC 61850的内涵和应用价值，则可能无法实现IEC 61850的预定目标或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考虑，在提出3种可能的构建方案的基础上，经过分析从中选择出作者认为最优的方案，并给出了示例。 ◇基于IEC 61850的数字化变电站通信网络(CNDS)的研究①在分析以太网介质访问控制方法的基础上，针对标准以太网存在延时不确定的问题，总结了提高以太网实时性能的主要措施，并从中选择出适用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特别是与同样基于以太网的一般局域网的区别，针对CNDS在网络可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了应对措施和解决方案。 ③提出了过程子网和全站惟一网络2种组网方案。通过分析各自的特点与实现难度，指出过程子网目前较易实现，而全站惟一网络将凭借信息高度共享等优势成为CNDS的最终形态。阐述了VLAN、由交换机实现网络冗余等组网技术在SAS中的应用方法及IED自身通信冗余的实现方法。 ④归纳了CNDS数据流的类型和到达时间规律：建立了简单数据流模型为表征数据流、研究数据流业务特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP协议及其运行机制，提出了TcP应用于CNDS的优化方法。 ⑤利用OPNET网络仿真技术，建立了EMAC和TCP/IP仿真节点模型，对以太网、TCP和交换式以太网的基本特征等进行了仿真研究；依据CNDS实际承载的功能，建立了过程子网和站级网络的动态仿真模型，围绕网络延时和端到端延时等网络性能指标，对不同组网方式和应用功能下的网络性能进行了考察，得出了具有普遍适用性的结论和建议，为分析解决此类问题提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全网络化数字保护平台与试验系统的设计与实现①阐述了一种新架构的、能够无缝接入CNDS并具有多种运行方式的全网络化数字保护平台与试验系统的软硬设计和实现方法。提出了适用于数字保护的RTOS多任务划分方法。 ②以馈线保护测控装置为例，建立了平台的IEC 61850信息模型。以此为基础，在平台内部实现了利用SMV和GOOSE报文传输采样值和开入/开出信息，即实现了遵循IEC 61850的过程层通信，为平台接入IEC 61850系统和数字化变电站做好了准备。 ③进行了保护测量功能和过程层通信试验，验证了平台的可用性和过程层通信的可靠性，为类似设计方法在间隔层IED上的应用提供了可信依据。
上传时间： 2013-05-28
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随着敌对人为干扰的日益增多和电磁环境的日益恶劣，抗干扰逐渐成为卫星导航接收机的必备能力之一。传统的单天线多延迟系统仅从时域抗干扰，抑制干扰能力有限。利用阵列天线，增加空域自由度，通过空域—时域级联或空时联合处理能够显著增强导航信号接收机的抗干扰性能。多个天线以不同的方式放置，即不同的阵形，会使得导航接收机具有不同的空域抗干扰性能。针对多种阵形对空域抗干扰性能的影响差异，开展了基于L阵、十字阵、均匀圆阵和带圆心圆阵的自适应抗干扰性能研究，分析了导致差异的原因，通过对比仿真，发现带圆心的圆阵具有所选阵形中最优的输出信干噪比，进一步推广到空时自适应抗干扰，也具有同样的结论。结合工程实现，基于FPGA完成空时抗干扰硬件模块设计，用Matlab产生的量化数据作为激励，对硬件模块的输出结果进行分析，与非自适应空时波束形成结果相比，实验验证了模块的有效性；与Matlab仿真处理的结果相比，验证了模块的正确性。多种阵形自适应抗干扰性能差异的研究对于一定孔径和阵元个数条件下的阵列布阵具有一定的参考价值，空时抗干扰硬件模块是抗干扰系统的核心，所做工作对工程实现具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-05-28
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国家863项目“飞行控制计算机系统FC通信卡研制”的任务是研究设计符合CPCI总线标准的FC通信卡。本课题是这个项目的进一步引伸，用于设计SCI串行通信接口，以实现环上多计算机系统间的高速串行通信。 本文以此项目为背景，对基于FPGA的SCI串行通信接口进行研究与实现。论文先概述SCI协议，接着对SCI串行通信接口的两个模块：SCI节点模型模块和CPCI总线接口模块的功能和实现进行了详细的论述。 SCI节模型包含Aurora收发模块、中断进程、旁路FIFO、接受和发送存储器、地址解码、MUX。在SCI节点模型的实现上，利用FPGA内嵌的RocketIO高速串行收发器实现主机之间的高速串行通信，并利用Aurora IP核实现了Aurora链路层协议；设计一个同步FIFO实现旁路FIFO；利用FPGA上的块RAM实现发送和接收存储器；中断进程、地址解码和多路复合分别在控制逻辑中实现。 CPCI总线接口包括PCI核、PCI核的配置模块以及用户逻辑三个部分。本课题中，采用FPGA+PCI软核的方法来实现CPCI总线接口。PCI核作为PCI总线与用户逻辑之间的桥梁：PCI核的配置模块负责对PCI核进行配置，得到用户需要的PCI核；用户逻辑模块负责实现整个通信接口具体的内部逻辑功能；并引入中断机制来提高SCI通信接口与主机之间数据交换的速率。 设计选用硬件描述语言VerilogHDL和VHDL，在开发工具Xilinx ISE7.1中完成整个系统的设计、综合、布局布线，利用Modelsim进行功能及时序仿真，使用DriverWorks为SCI串行通信接口编写WinXP下的驱动程序，用VC++6.0编写相应的测试应用程序。最后，将FPGA设计下载到FC通信卡中运行，并利用ISE内嵌的ChipScope Pro虚拟逻辑分析仪对设计进行验证，运行结果正常。 文章最后分析传输性能上的原因，指出工作中的不足之处和需要进一步完善的地方。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：竺羽翎2222
随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，嵌入式技术发展迅速，已经渗透到工业控制、智能设备以及电子消费品等人们日常生活的各个领域，而Internet技术也取得了巨大的发展，为人们所广为接受，于是嵌入式技术和Internet技术相结合形成的嵌入式Internet技术适时地出现了，并且成为实现远程控制、信息共享的关键技术。 本文首先阐述了课题研究的背景、目的和意义，以及嵌入式TCP/IP协议栈研究的现状，然后分析了嵌入式操作系统μ C/OS-Ⅱ的工作原理并描述了把它移植到LPC2210上的过程，为嵌入式TCP/IP协议栈实现提供了操作系统支持。接着，针对嵌入式协议栈的特殊需求，详细分析并采用了零拷贝技术、跨层技术等对LwIP协议栈进行了有效的裁剪和优化，结合μ C/PS-Ⅱ设计了一种紧凑的协议栈工作模型和内存管理机制。并且结合μ C/OS-Ⅱ设计了协议栈的工作模型和内存管理机制。在驱动程序的基础上实现了对LwIP中的IP协议、ARP协议、ICMP协议、UDP协议和TCP协议等几个协议栈的裁剪和优化。并分析了它们的安全漏洞及基于这些漏洞的攻击方式，在这个基础上提出了如攻击检测算法等填补漏洞和抵抗攻击的一些技术和措施。最后在目标板上成功移植了优化后的LwIP。 本文同时还设计了一种能够提供足够多软定时器资源的算法。在不需要操作系统支持的情况下，软定时器可以给多任务的系统提供足够的定时服务，而且不影响中断处理时间。并且具有自动回调功能，启动一次以后就可自动调用定时器。此软定时器使用方便且易移植，大大方便了本课题多次使用定时器的需要。课题结合具体项目“蓄电池状态记录仪的设计”，分析了它的各个功能模块，设计了其系统结构。对各个功能模块的设计与实现进行了代码编写和测试，借助于TFTP服务器实现了基于协议的嵌入式目标板和PC机间的网络通信。 本课题经过几个月的软硬件设计和现场测试，已实现了最初的设计目标。构建出了实验硬件平台和一个多任务多协议的基本实时系统框架。以后的开发者可以不必深入了解μ C/OS-Ⅱ实时操作系统和嵌入式TCP/IP协议栈的情况下就可以方便的创建一个嵌入式网络控制系统，并能在平台上开发其它的应用任务，为以后的研究提供了参考并奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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随着人们安防意识的增强，视频监控系统应用越来广泛，许多公共场所，如学校、工厂、政府、银行都设有视频监控系统。网络技术、图像处理技术及嵌入式技术的快速发展，使得视频监控系统技术有了很大的进步，功能也越来越丰富，单纯的视频画面的监控已经不能满足人们的要求。兼容丰富的通信协议、强大的系统控制管理功能和智能化的监测能力的视频监控系统就成了当今视频监控系统的研究开发的热点。 现在流行的视频监控的构架大致分为两类，一种基于数字信号处理器，一种基于通用微处理器。数字信号处理器擅长复杂的计算、音视频处理，而通用微处理器适用于系统控制、管理。两种方案可以满足简单的视频监控的要求，各自功能也相对单一。如果把两种方案结合在一起，必定可以达到易于扩展多种功能的满意的效果。 本文分析了现有的数字视频监控系统的几种方案，为了满足视频监控系统功能越来越丰富全面的要求，设计了一款基于ARM和DSP的双处理器的视频监控平台，该平台易于进行功能的扩展和升级。系统采用三星公司的S3C2410 ARM9处理器和TI公司的TMS320DM642数字信号处理器，ARM负责视频的传输和外围控制，DSP负责视频的采集和压缩。本文主要着眼于平台的软件方面。硬件电路方面，主要介绍了视频采集电路和ARM与DSP的通信电路。软件方面，搭建了ARM嵌入式Linux操作系统平台，开发了主机口(HPI)驱动程序，以及基于实时传输协议RTP的服务器端和客户端程序。DSP部分，基于DSP/BIOS实时操作系统和RF5参考框架，开发了多任务的上层应用程序。移植并优化了MPEG-4编码器，依据DSP/BIOS的类/微驱动开发模型，开发了SAA7111视频编码器的驱动程序。 经过实验测试，ARM端搭建的嵌入式Linux软件平台运行良好。DSP端视频采集效率基本达到了25帧/秒的采集要求，经过优化的MPEG-4编码器对CIF格式的图像的压缩编码率为13帧/秒，视频服务器可满足视频传输的实时性需要。该设计的基于ARM和DSP双处理器架构视频监控平台在视频监控领域将会有很好的应用前景。关键词：视频监控；嵌入式系统；Linux；驱动程序；视频压缩
上传时间： 2013-04-24
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