随着海洋勘测技术的发展，研制高性能的海洋测流仪器越来越重要。多普勒声学海流剖面仪就是一种非常重要的用来测量海流速度的仪器。在调试多普勒声学海流剖面仪的过程中，多普勒声学海流剖面仪信号模拟器是很重要的设备，它是数字模拟技术与多普勒声学技术相结合的产物，它通过模拟的方法产生声学海流剖面仪回波信号，以便在不具备实际海洋情况的条件下，可以在实验室环境中对声学海流剖面仪的样机进行系统调试。在此情况下，本文研制了一种声学海流剖面仪信号模拟器，并对声学海流剖面仪回波信号接收过程中使用的算法进行了研究。 本文首先比较了多普勒声学海流剖面仪的发射信号与接收信号之间的关系，分析了产生多普勒频移的原因。选用直接数字频率合成技术(DDS)生成多普勒声学海流剖面仪调试所需要的回波信号o DDS技术克服了传统信号源的频率精度不高和频率不稳等问题。本文选用专用DDS芯片AD9833来实现回波信号的产生，利用ARM嵌入式技术对输出信号进行控制。 信号模拟器以S3C2410处理器为核心构建了硬件平台，采用核心板与扩展板相结合的硬件结构。核心板主要包括了存储系统、网络接口和各种通讯接口。其主要功能是存储大量数据信号和通讯功能；扩展电路包括了16路DDS信号输出及信号调理电路，可以通过软件来配置16路信号相应的工作状态及选择信号输出形式。硬件设计预留了一定数量的I/O接口以备将来扩展之用。 建立嵌入式Linux开发环境；并分析BootLoader启动机制，移植VIVI；通过配置内核相关文件，移植Linux2.4.18内核到模拟器系统；编写16路DDS的驱动程序；设计了模拟器的上位机通讯程序及用应程序；对系统进行了软硬件调试，调试结果表明模拟器完全能够模拟声学海流剖面仪的回波信号。 最后，结合回波信号形式，采用基带解调、复相关等技术对接收回波信号所使用的算法进行了研究，估算出多普勒频移，配合了调试海流剖面仪样机工作的进行。该模拟器不但可以模拟回波信号，还可以作为发射信号来用，大大提高了模拟器的实用性。关键词：声学海流剖面仪；S3C2410； AD9833；嵌入式Linux；回波信号
上传时间： 2013-04-24
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超声波流量计以非接触、精度高、使用方便等优点，在气象、石油、化工、医药、水资源管理等领域获得了广泛的应用。近年来，随着数字处理技术和微处理器技术的发展，超声波流量计作为一种测量仪表也得到了长足进步。本课题将ARM微控制器用于流量测量仪表的研制，拓展了仪表的开发空间，符合嵌入式技术的发展方向。 本文详细介绍了超声波时差法流量测量原理及基于LPC2214的超声波流量计系统设计方案和软硬件实现方法，并对测时算法进行了详细讨论。通过分析和借鉴国外超声波流量测量的先进技术和方法，得出了改进的时差法测量方案。系统硬件设计了超声波发射、接收及放大电路，采用高速模数转换器数字化接收信号，并对ARM系统电路中的电源电路，存储器电路，通信接口电路等进行了详细介绍。系统软件详细分析了嵌入式操作系统uClinux的移植方法，给出构建ARM-uClinux平台的步骤，并基于此平台，完成了系统软件设计。测时算法运用数字滤波技术提高信号信噪比，采用方差比检验方法和插值算法，提高测时定位精度。 系统设计良好的人机交互界面和通信调试接口，提高了ARM系统的软件开发调试效率；在保证流量计系统功能的同时，尽量简化硬件电路设计，降低研制成本，使设计更具合理性。
上传时间： 2013-04-24
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在钢铁制造工业中，高温熔化状态钢水中的钢渣检测问题是一直以来未能很好解决的难题，钢渣是钢铁冶炼过程中的副产品，钢渣本身会直接降低铸坯质量进而影响生产出的钢材质量，另外钢渣也会破坏钢铁连铸生产连续性给钢厂效益带来负面效应。因此连铸过程中钢渣检测是一个具有较大生产实际意义的研究课题。 本文以钢包到中间包敞开式浇注过程中，保护浇注后期移除长水口后浇注过程中的钢水下渣检测为研究对象。在调研了国内外下渣检测技术与下渣检测设备的应用情况后，提出了一套将嵌入式技术与红外热像检测技术相结合的钢水下渣检测系统的解决方案，并搭建了系统的原型：硬件系统平台以红外热像探测器为系统的传感器，以ARM7嵌入式微处理器与DSP数字信号处理器为系统运算处理核心；软件系统平台包含基于在ARM7上移植的μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统构建的嵌入式应用程序，以及基于DSP各类支持库的嵌入式应用程序。该下渣检测系统设计方案具有非接触式检测、低成本、系统自成一体、直观显示钢水注液状态、量化钢渣含量等特点，能够协助现场工作人员检测和判断下渣，有效减少连铸过程中钢包到中间包的下渣量。 本文首先，介绍了课题研究的背景，明确了研究对象，分析了连铸过程中的钢水下渣问题，调研了现有的连铸过程中钢包到中间包的钢水下
上传时间： 2013-05-25
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UM71系列(包括ZPW-2000A)无绝缘轨道电路已成为我国铁路的主流制式，轨道电路的正常工作对行车安全意义重大。轨道信号失真或者受到噪声污染有可能导致铁路信号设备错误动作进而发生行车事故。通过对铁路信号做出监测以及判断，可以帮助信号设备维护人员对故障设备进行及时修复从而避免事故发生。 本文设计了一种基于ARM/DSP双核结构的铁路信号测试仪，用以帮助设备维护人员及时检修故障设备。其中，DSP芯片选用TI公司的32位浮点处理器TMS320VC33作为信号分析与处理的核心，实现信号的解调、频谱分析和细化处理等功能。本测试仪作为一种实时的信号检测设备，充分利用了浮点DSP芯片高效灵活以及系统可裁减的特性，因而更适合于现场环境的应用。本测试仪主要针对目前使用较为广泛的UM71、ZPW-2000A系统以及站内25Hz相敏轨道电路，实现对移频信号的数字解调、区间载波频率检测、信号幅度检测、站内轨道信号的相位角及其幅度检测等功能。 本文着重分析了频谱细化技术中的ZFFT算法在实时信号分析中的应用，采用ZFFT算法可以在保证运算效率的同时提高频谱的分辨率。在此基础上，本文就这种算法提出了若干改进措施并且通过MATLAB对该算法及其改进措施进行了软件仿真。同时本文完成了基于这种算法的DSP软件设计：为了提高系统实时性，DSP算法均采用汇编语言实现。理论分析和实验表明调制频率的分辨率可以达到0.03Hz，满足实际应用要求。此外，本文设计了测试仪的硬件结构，主要是VC33的外围器件及其与双口RAMCY7C028的接口电路，以及基于这个接口电路的通信规程。
上传时间： 2013-06-29
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在利益的驱使下，超限运输在世界各地已成为了普遍现象。这给国家带来了诸多经济和社会问题。实践证明动态称重系统（WIM）能有效地抑制超限运输，但同时也存在部分问题，这些问题的解决有赖于国家相关法规的出台，也有赖于关键测量设备（WIM系统）性能的提高。 由于应变式称重传感器容易受到各种环境干扰，对环境适应性差，课题采用光纤Bragg光栅传感器(FBG)作为称重传感器，它具有很强的抗干扰性，利于提高系统测量精度。使用光纤传感器的关键是波长解调技术，本文在比较了几种常见解调技术的前提下，结合课题的实际情况选用了基于F-P腔可调谐滤波解调方法，文章在分析该解调方法原理的基础上，设计了解调器中的各个硬件电路模块；此外，为了提高数据采集、传输的效率，文章还对数据缓冲电路进行了设计，在电路中引入了换体存储及DMA传输技术。 鉴于动态称重信号为短历程信号并且包含各种各样的噪声，称重算法的研究也是本课题要解决的重要内容。本文在分析了称台振动及已有先验知识的基础上，将小波分析、LM非线性拟合算法及残差分析相结合应用在动态称重系统中，为了验证算法的有效性，利用MATLAB对实测数据进行了仿真分析，结果表明该算法能够提高测量精度。 提高动态称重系统性能指标的另一方面是提高系统运行的软硬件平台。课题采用的核心硬件为Xscale ARM平台，处理器时钟可高达400MHz；软件上采用了多用户、多任务的Linux操作系统平台。文章对操作系统linux2.6进行了合适的配置，成功地将它移植到了课题的ARM平台上，并且在此操作系统上设计了基于MiniGUI的人机交互界面及波长解调和数据缓冲电路的驱动程序。
上传时间： 2013-07-26
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数字摄影的兴起不可避免地引起了数码相框的发展，因为仅有不到35％的数码照片被打印。数码相框的基本原理就是采用普通相框的造型，把原来相框中间的照片部分换成液晶显示屏，配上电源，存储介质等，使得同一个相框内可以循环播放照片，比普通相框的单一显示功能更有优势。从2007年开始，数码相框的市场关注度开始激增。在2008年，数码相框市场呈现高速发展的态势，具有极高的潜在市场价值。 本论文以此为出发点，进行数码相框软件的开发研究工作。作为一款嵌入式产品，核心部件CPU采用了性能价格比、性能功耗比都很高的ARM架构处理器之中的一款——三星S3C2440A，显示器采用了支持双精度扫描的液晶显示屏。软件方面，Bootloader采用较为成熟的u-boot-1.1.4，Linux内核的版本为2.6.12，系统命令集由busybox构成。利用ARM处理器对Linux系统良好的移植性、自带的LCD控制器、音频控制器、SD与USB控制器的特点，进行图像显示、音频播放与文件管理。对于目前大部分数码相框在图片浏览和文件管理功能上的不足，本设计的图像显示功能充分利用了触摸屏功能，实现了图像的触摸式移动，使用户可以自由的观看放大后的图像；文件管理功能则设计成了类似windows的文件浏览器，不仅具有丰富的文件管理功能，而且使习惯了windows的广大用户可以很快的熟悉此功能，并为将来升级为下一代的细分产品——数码相册做好准备。 本设计的核心是基于ARM平台的系统移植与基于QT的应用程序设计。首先根据系统的总体设计思路选择合适的硬件组合；然后在此基础上进行u-boot的移植，嵌入式Linux的移植，QT Embedded/Qtopia的移植，以及最后QT图形界面的设计。
上传时间： 2013-04-24
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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： 2013-08-03
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FPGA器件在通信、消费类电子等领域应用越来越广泛，随着FPGA规模的增大、功能的加强对时钟的要求也越来越高。在FPGA中嵌入时钟发生器对解决该问题是一个不错的选择。本论文首先，描述并分析了电荷泵锁相环时钟发生器的体系结构、组成单元及各单元的非理想特性；然后讨论并分析了电荷泵锁相环的小信号特性和瞬态特性；并给出了电荷泵锁相环器件参数的计算表达式。其次，研究了环形振荡器和锁相环的相位噪声特性。由于噪声性能是时钟发生器设计中的关键指标，本工作对此进行了较为详细的分析。相位噪声和抖动是衡量时钟信号的两个主要指标。文中从理论上推导了一阶锁相环的噪声特性，并建立了由噪声分析抖动和由抖动分析噪声的解析表达式关系，并讨论了环路低噪声设计的基本原则。在前面讨论和分析的基础上，利用Hynix0.35umCMOS工艺设计了200MHz电荷泵锁相环时钟发生器，并进行了仿真。设计中环形振荡器的延迟单元采用replica偏置结构，把延迟单元输出摆幅限定在确定范围，尾电流源采用cascode结构，增强电路对电源和衬底噪声的抑制作用。通过增加限流管，改善电荷泵中的开关的非理想特性。
上传时间： 2013-04-24
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随着现代雷达技术的不断发展,电子侦察设备面临电磁环境日益复杂多变,发展宽带化、数字化、多功能、软件化的电子侦察设备已是一项重要的任务.然而,目前的宽带A/D与后续DSP之间的工作速率总有一到两个数量级的差别,二者之间的瓶颈成为电子侦察系统数字化的最大障碍.通信领域软件无线电的成功应用为电子侦察系统的发展提供了一种理想模式.另一方面,微电子技术的快速发展,以及FPGA的广泛应用,在很大程度上影响了数字电路的设计与开发.这也为解决高速A/D与DSP处理能力之间的矛盾提供了一种有效的解决方法.为了解决宽带A/D与后续DSP之间的瓶颈问题,本文给出了一种基于多相滤波的宽带数字下变频结构,并从软件无线电原理出发,从理论推导和计算机仿真两方面对该结构进行了验证,并进一步给出该结构改进方案以及改进的多相滤波数字下变频结构的硬件实现方法.本文将多相滤波下变频的并行结构应用到数字下变频电路中,并在后继的混频模块中也采用并行混频的方式来实现,不仅在一定程度上解决了二者之间的瓶颈问题,同时也大大提高了实时处理速度.经过多相滤波下变频处理后的数据,在速率和数据量上都有大幅减少,达到了现有通用DSP器件处理能力的要求.另外,本人还用FPGA设计了实验电路,利用微机串口,与实验目标板进行控制和数据交换.利用FPGA的在线编程特性,可以方便灵活的对各种实现方法加以验证和比较.
上传时间： 2013-04-24
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本文首先介绍了直接数字频率合成技术(DDS)的基本原理、体系结构及工作过程，然后针对其关键部分进行了优化，即采用函数近似法对存储表结构（LUT）进行了优化，使存贮位数大大缩小，并提出了一种杂散抑制技术的运用，即相位抖动技术。在对直接数字频率合成（DDS）方法产生的信号进行理论分析的过程中，用matlab进行编程仿真作出了详细的频谱分析验证。本文详细的介绍了本次设计的具体实现过程和方法，将现场可编程逻辑器件（FPGA）和 DDS技术相结合，具体的体现了基于VHDL语言的灵活设计和修改方式是对传统频率合成实现方法的一次重要改进。文章最后给出了实现代码、仿真结果，经过验证，本设计能够达到其预期性能指标。
上传时间： 2013-04-24
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