船舶机舱中集中了船上大部分的设备装置的仪表，是船舶航运的关键部分，随着网络、通讯技术以及电子制造工艺水平的快速发展，现代化船舶自动化程度越来越高，机舱的环境和自动监控水平也得到大大的提高。但由于某些仪器仪表并没有提供与计算机进行数据通信的接口，为了要实现检测自动化，需要利用数字图像处理技术来实现仪器仪表读数的高速自动识别。 传统的CCD图像采集系统具有速度慢、功能简单、体积大、功耗大等特点，不能满足日益发展的机器视觉应用的需要，尤其是在一些新型应用领域比如嵌入式视觉、智能监控方面的需要。本文利用ARM7的S3C44BOX处理器和CMOS图像传感器件设计并完成了一个数字图像采集系统。系统充分考虑了ARM技术与CMOS图像传感技术的优势及特点，把图像采集和图像处理识别功能集中在一个模块实现，具有功能丰富、处理能力强、接口灵活和扩展方便等优点。系统的特色为：构建了基于S3C44BOX的图像采集的硬件平台；研究并移植了引导程序Bootloader和操作系统uClinux；实现了实时多任务的处理，从而大幅提高系统的管理能力。 本论文研究如何使用低成本的CMOS图像传感器构建一个嵌入式图像识别系统的设计和解决方案。这种图像采集系统带图像采集、识别、存储、显示等功能，体积很小，可做在一块电路板上。除了可以做为单独的图像数据识别设备之外，也可以直接做为其它应用系统的一个智能集成部件使用。
上传时间： 2013-05-26
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本文以实现数字化的移动巡检为目标，提出了嵌入式技术+GIS+GPS所组成的便携式电力巡检仪的解决方案。便携式电力巡检仪采用了目前最新的嵌入式技术，完全根据电力巡检工作需要的功能进行最底层的硬件平台、嵌入式操作系统和应用软件的专项设计和开发。 便携式电力巡检仪的硬件平台采用主流的ARM微处理器、GPS接收器和其他硬件资源，完全根据功能需求量身定做，不会造成硬件上的浪费，在实现需求功能的同时大大降低了成本。 经过认真的比较和实验，将Windows CE．net作为便携式电力巡检仪的操作系统，它最大的优点就是人机界面操作以及应用软件开发都比较简单。在Platform Builder的平台上研究并实现了中文版操作系统的定制，成功的将其移植到自主设计研究的硬件平台上。 便携式电力巡检仪的应用软件采用了eMbedded Visual C++和eSuperMap共同开发。根据线路巡检工作的数据记录项需求，确定了系统地属性数据逻辑结构和空间数据分层体系，实现了嵌入式空间数据和属性数据的集成。应用软件具备对数据地图的放大、缩小等基本操作，能够对接收到的数据进行解析，实现GPS的数据采集和定位工作。能够为用户计算最短和最快路径以及提供导航等服务，基本满足移动巡检的各项需要。 基于ARM的便携式电力巡检仪，采用嵌入式+GIS+GPS的电力巡检系统设计方案，研究和开发了从硬件平台到应用软件的一系列内容，对提高电力巡检工作的质量具有极大的促进作用和较高的实用价值。
上传时间： 2013-06-14
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VLSI(超大规模集成电路)的快速发展，使得FPGA技术得到了迅猛发展，FPGA的快速发展又为实时图像处理在算法、系统结构上带来了新的方法和思路，全景图像处理是实时图像处理中一个崭新的领域，其在视频监视领域内有广泛的应用前景。 本文首先介绍了全景图像处理的发展状况，课题的主要背景、国内外发展现状、课题的研究意义、课题的来源和本文的主要研究工作及论文组织结构。然后在第二章中介绍了FPGA的发展，FPGA/CPLD的特点，并介绍了Cyclone Ⅱ系列FPGA的硬件结构，硬件描述语言，开发工具Quartus Ⅱ以及FPGA开发的一般原则。 文章的重点放在了电路板的设计部分，也就是本文的第三章。在介绍电路设计部分之前首先介绍一些高速数字电路设计中的一些概念、高速数字电路设计中常见问题，并对常见问题给出了一般解决方法。 在FPGA电路板设计部分中，对FPGA电路的设计过程作了详细的说明，其中着重介绍了采用了FBGA封装的EP2C35芯片的电路设计要点，多层电路板设计要点，FPGA供电管脚的处理注意事项，FPGA芯片中PLL模块的设计以及FPGA的配置方法，并给出了作者的设计思路。FPGA供电电源也是电路板设计的要点所在，文章中也着重对其进行了介绍，提及了FPGA电源设计指标要求及电压功耗估计，并根据现有的FPGA电源解决方案提出了设计思路和方法。同时文章中对FPGA芯片外围器件电路包括图像采集显示芯片电路、图像存储电路、USB2.0接口电路的设计做了相应的介绍。最终目的就是为基于FPGA的全景图象处理搭建一个稳定运行的平台。 在第四章中介绍了IC总线控制器的状态机图及信号说明和相应的仿真图。 文章最后给出了FPGA硬件电路的调试结果，验证了设计目的，为进一步的工作打下了良好的基础。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着控制系统规模的扩大和总线技术的发展，对数据采集和传输技术提出了更高的要求。目前，很多设备需要实现从单串口通信到多路串口通信的技术改进。同时，随着以太网技术的发展和普及，这些设备的串行数据需要通过网络进行传输，因而有必要寻求一种解决方案，以实现技术上的革新。 本文分别对串行通信和基于TCP/IP协议的以太网通信进行研究和分析，在此基础上，设计一个嵌入式系统一基于APM处理器的多路串行通信与以太网通信系统，来实现F8-DCS系统中多路串口数据采集和以太网之间的数据传输。主要作了如下工作：首先，分析了当前串行通信的应用现状和以太网技术的发展动态，通过比较传统的多路串口通信系统的优缺点，设计出了一种采用CPID技术和CAN总线技术相结合的新型技术，并结合F8-DCS系统数据量大和实时性高的特点，对串行通讯帧同步的方法进行了详细的研究。然后，根据课题的实际需求，对系统进行总体设计和功能模块划分，并详细介绍了基于ARM7处理器的多路串口通信接口、以太网通信接口以及二者之间的数据传输接口的电路设计。在软件设计上，对系统的启动代码、串行通信协议、串口驱动以及多串口与网口间双向数据传输等进行了详细的论述。最后，将上述技术应用于某大型火电厂主机F8-DCS系统I/O通讯网络的测试与分析，达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-31
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汽车导航及定位是在全球卫星定位系统(GPS，Global Positioning System)的基础上发展起来的一门新型技术。它是由GPS定位系统、电子地图、嵌入式系统组成。汽车导航系统接收GPS所传送的卫星信号，得到车辆的即时位置，通过GPS信号处理系统传送给CPU，再配合嵌入式系统上的电子地图，将车辆经过的轨迹显示在显示屏上。本文设计了一种汽车导航定位系统，以ARM微处理器为核心，移植嵌入式操作系统，在此基础上绘制电子地图，显示车辆运行轨迹。主要研究内容如下： 完成了车载导航系统总体方案的分析与设计。分析了多种嵌入式微处理的性能和应用。确定了以S3C44BOX为核心构建导航系统硬件平台的解决方案，并设计了导航系统的总体框架。 完成了车载导航系统硬件平台的设计，包括存储器系统、通信总线、GPS模块等接口电路的设计。根据高速数字电路的设计要求，在双面板上实现了基于ARM的汽车导航定位系统的PCB布线。编写了系统初始化代码，完成了对硬件平台的调试工作。 根据系统的实际情况，选择了实时多任务操作系统μC/OS-II和嵌入式图形用户界面μC/GUI作为本系统的软件平台，完成了两者在系统硬件平台上的移植。针对μC/GUI环境下简体中文汉字的显示问题，给出了一种比较完善的解决方案。 介绍了GPS的卫星定位原理，以及GPS接收的数据格式。在嵌入式图形用户界面μC/GUI的基础上实现车载导航系统LCD上电子地图的绘制，提出了基于μC/GUI及Maplnfo MIF地图数据格式的电子地图的设计与实现方法。实现了矢量电子地图的显示、缩放、漫游、图层管理以及简单的数据查询导航功能，提出了用边界检测算法提高电子地图漫游时的显示速度。在此开发平台上还实现了GPS定位数据的采集、处理，初步完成了定位模块的部分功能。
上传时间： 2013-05-22
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逆变器在自动控制系统、电机交流调速、电力变换以及电力系统控制中都起着重要的作用；各系统对逆变器的性能需求也越来越高。PWM控制多重逆变器正是基于这些需求，实现可变频、调压、调相、低谐波、高稳定性的解决方案。 PWM控制逆变器通过对每个脉冲宽度进行控制，以达到控制输出电压和改善输出波形的目的；多重逆变器则是把几个矩形波逆变器的输出组合起来起来形成阶梯波，从而消除谐波；PWM控制多重逆变器综合上述两种技术的特点，非常适合于应用在对谐波、电压输出及稳定性要求比较高的场合。电力半导体技术和集成电路技术的快速发展，使得多重逆变器的控制、实现成为可能。 本文首先分析风力发电系统对逆变器的要求，从多重逆变器理论和PWM逆变器理论出发，提出同步式PWM控制电压型串联多重逆变器系统解决方案。本方案也可以应用在逆变电源、交流电机调速及电力变换领域中。 文中建立了一个多重逆变器的PWM控制算法模型。该算法可完成频率、相位、幅值可调的多重逆变器的PWM控制，且能完成逆变器故障运行下的保护与告警。并在MATLAB/SIMULINK环境下对算法模型进行仿真与分析。 在比较了现有PWM发生解决方案的基础上，本文提出了一个基于FPGA(可编程逻辑阵列)的多重逆变器PWM控制系统实现方案。并给出一个主要由FPGA、ADC/DAC、驱动与保护电路、逆变器主回路及其他外围电路构成的多重逆变器系统解决方案。实验结果表明，此方案系统结构简单、可行，很好完成上述多重逆变器的PWM控制算法。
上传时间： 2013-06-28
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现代自动化生产技术迅猛发展,对保证其产品质量的检测技术也提出了更高的要求,许多传统的检测手段已不能满足现代化大生产的需求.而在计算机视觉理论基础上发展起来的视觉检测技术以其高精度、非接触、自动化程度高等优点满足了现代生产过程在线检测的要求,逐渐由实验室走向工业现场,得到了日益广泛的应用.随着现代生产节拍的不断加快,以及检测节点的增多,处理数据量的增大,对视觉检测系统的测量速度提出了更高的要求,而在现有的检测系统中,实现100％实时在线检测的关键问题是提高视觉图像的处理速度,从而提高整个视觉检测系统的处理速度.因此该文提出基于FPGA的高速图像处理系统的设计方案,得到了国家"十五"攻关项目"光学数码柔性通用坐标测量机"的资助.该文针对以下三个方面进行研究并取得一定的成果:(一)高速图像处理硬件解决方案的研究通过分析现有的几种实现高速图像处理的方法的优缺点,提出了基于现场可编程逻辑器件FPGA(Field Programmable Gate Array)技术的高速图像处理系统的方案,并构建了其硬件平台.(二)基于USB总线的通讯采用USB专用接口芯片,实现高速图像处理系统与PC机的通讯验证硬件设计的正确性.(三)基于FPGA的图像处理的研究分析图像处理的特点及其基本的方法,初步研究了基于FPGA的图像低层次处理的硬件化方法的实现.
上传时间： 2013-04-24
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传统PLC使用时会出现一些问题，如程序死循环、程序跑飞、需要庞大的编译系统作支持和不能实现精确位置控制等等；而发展到OPENPLC后，这些问题依然存在。为了更好地解决这些问题，本文提出一种全新的可编程控制器现场集成技术，用FPGA来实现PLC的功能，抛弃传统PLC“程序”的概念，以“硬件线路”来实现控制功能，不论在经济上还是在性能上都具有更大的优势。 本课题在对国内外可编程控制器，重点是HardPLC的开发和应用的进展进行概述和分析的基础上，系统开展了HardPLC组成模块原理及其仿真模拟的研究。本研究的主要贡献为： 1.对比分析了CPLD和FPGA的性能特点，阐明了Xilinx公司FPGA芯片结构的两个创新概念，指出了其优越性能的结构基础； 2.系统分析了用HardPLC实现控制系统时的一些通用模块，对每个模块的工作原理进行了深入的探讨，用VHDL语言建立了每个模块的模型，在此基础上进行了仿真、综合，为进一步研究可编程控制器的现场集成奠定了基础； 3.在仿真综合的基础上，用所建立的模型完成了特定逻辑控制系统的控制要求，充分展示了其实际应用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基础上，确定了应用于实际的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本课题研究建立的模型对于开发具有我国自主知识产权的HardPLC组成IP库具有一定的理论意义；对特定系统的控制实现，充分展示了基于FPGA的可编程控制器现场集成技术可以广泛应用于工控领域，加大推广力度和建立更多的IP库，在许多应用场合可以取代传统的PLC控制系统，为工控领域提供高可靠、低价格、简单易操作的解决方案，这将带来巨大的社会经济效益；所确定的FPGA芯片配置模式可广泛应用于对FPGA芯片配置数据的加载，在实践生产中具有重要的实用价值。
上传时间： 2013-05-30
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随着数字信号处理技术应用的不断深入，数字信号处理系统的实现面临着很多挑战，其中面临的四个主要问题是：速度、设计规模、功耗和开发周期。因此许多数字信号处理的实现方法被提出，其中基于FPGA的实现技术就是其中的重要技术之一。 本文以数字信号处理系统的实现为应用背景，着重研究了基于FPGA的数字滤波器实现技术。本文分为两个主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA为例，总结了FPGA设计的基本方法及设计流程，并在此基础上介绍了一种用于产品快速开发的设计方式—基于SystemGenerator的设计方式，这种设计方式向数字信号处理系统的设计者提供了自上而下的FPGA解决方案。 第二部分系统地研究了基于FPGA的数字滤波器实现技术。该部分首先研究了三种适合于FPGA的FIR滤波器实现方法，直接结构、转置结构及分布式算法。其次，讨论了针对直接结构FIR滤波器的乘法器优化技术，CSD编码和系数分解，以及针对转置结构FIR滤波器的乘法器优化技术，简化加法器图，并结合实例给出了它们的优化效果。再次，介绍了直接结构FIR滤波器中常用多操作数加法实现方法，二叉树和Wallace树，并在Wallace树的基础上提出了一种适合于FPGA的1比特多操作数加法结构，这种实现结构在实现采样字长与系数字长均为l比特的FIR滤波器时，使FPGA的资源利用率得到明显提高。最后还给出了三种FIR滤波器实现方法在FPGA中应用的优缺点及其适用性，并给出了一个带通滤波器的设计实例。 论文的研究成果已应用于“北斗一号”导航定位接收机中。
上传时间： 2013-08-01
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数字滤波作为数字信号处理技术的重要组成部分，广泛应用于诸如信号分离、恢复、整形等多种场合中，本文讨论的FIR滤波器因其具有严格的线性相位特性而得到广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性,但目前常用的一些软件或硬件实现方法则难以同时达到两方面的要求。 可编程逻辑器件是一种用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。本课题研究FIR的FPGA解决方案体现电子系统的微型化和单片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR滤波器的基本理论为依据，研究适应工程实际的数字滤波器的设计方法： (2)对分布式算法进行了较为深入的研究。在阐述算法原理的基础上，分析了利用FPGA特有的查找表结构完成这一运算的方法，从而解决了常系数乘法运算硬件实现的问题； (3)以—FIR低通滤波器为例说明FIR数字滤波器的具体实现方法，采用层次化、模块化、参数化的设计思想，完成对整个FIR滤波器的功能模块的划分，以及各个功能模块的具体设计； (4)设计参数可调的FIR低通滤波器的硬件电路：以EPFlK50TCl44-l为核心，包括A/D转换电路、D/A转换电路以及在系统配置电路等。以话音作为输入信号，进行了实际滤波效果的测试。 实验系统的测试结果表明，和传统的数字滤波器相比较具有更好的实时性、准确性、灵活性和实用性。
上传时间： 2013-07-19
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