在电力现代化建设中，提高发电机发电效率是其中重要的一环，氢气作为导热性冷却介质广泛的应用于发电设备，作为冷却剂，它可以有效地提高其发电效率，但它又是一种易燃易爆气体，所以使氢气参数处于正常范围，保证发电机高效、安全正常工作就变得至关重要，因此对氢气参数进行实时监测有着重要的意义。 本论文研究和开发了基于ARM和CPLD的氢气参数监测系统，首先简要的分析了氢冷发电机系统对氢气参数进行监测的必要性以及当前电力系统氢气参数监控系统的发展情况。然后提出了一种利用无线通信手机短消息业务SMS、工控总线Modbus通信协议和RR485总线、SD卡海量存储等技术实现发电机系统多氢气参数的现场实时监测系统的设计方案。该方案以功能强大的ARM处理器作为系统的核心。采用高精度的16位AD转换芯片，并使用两种滤波算法的结合对信号进行数字滤波，满足系统对氢气参数采集精度的要求。同时系统结合CPLD技术，用于解决系统内微控器I/O口不足以及SD卡驱动的问题，本论文采用一片CPLD扩展I/O口，每一个扩展的I/O口都分配固定的地址，ARM微控器可以通过外部总线控制扩展I/O口的输出电平。SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，具有低成本，大容量的特点，系统的历史数据存储使用了SD卡作为存储介质，系统并没有直接使用ARM处理器读写SD卡，而是使用了拥有1270个逻辑单元的MAXⅡ1270 CPLD来驱动SD卡，在CPLD中使用VHDL语言设计了SD卡的总线协议，外部总线接口，SRAM的读写时序等，这样既可以提高微处理器SD卡的读写速度，增强微处理器程序的移植性，又可以简化微处理器读写SD卡的步骤并减少微处理器的负担。 本论文的无线数据传输采用GSM无线通信技术的SMS业务远传现场数据，设计了GSM模块的软件硬件，实现了报警等数据的无线传输，系统的有线传输采用了基于Modbus通信协议的RS485总线通信方式，采用这两种通信方式使系统的通信更加灵活、可靠。本论文最后分析了系统的不足并且提出了具体的改进方向。
上传时间： 2013-05-26
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机械手是自动装配生产线上必不可少的设备，它可以模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配等工作。在减轻人的劳动强度和提高装配质量和在恶劣环境下作业等方面，起到了积极的作用。嵌入式系统是近年来发展起来的以应用为中心并且软硬件可裁剪的实时系统，它的特点是高度自动化，响应速度快等，非常适合于要求实时的和多任务的场合。 本文分析了机械手控制系统的功能要求，研究设计了一种基于ARM和DSP的机械手数控系统的方案。嵌入式ARM处理器，具有运行速度快、功耗低、程序设计灵活、外围硬件资源丰富等优点，但其很难在处理大数据量、复杂算法时保证系统的灵活性和实时性。DSP作为数字信号处理的核心器件，能够实时快速的完成控制算法运算，由于DSP普通输入输出口的高低电平变化周期最快只能到1微秒左右，不适合高速输入输出；FPGA芯片高速输入输出数据，时间可缩短至几十纳秒。另外利用FPGA可以方便的实现各种接口的逻辑时序，丰富的接口使得该系统能够方便的进行移植，扩展了该系统的应用领域，从而提升了其性价比，通过ARM处理器和DSP以及FPGA技术的有机结合，发挥各自的优势，使系统具有程序设计灵活、以太网通信、大容量存储、高速数据输出、可移植等特点，既满足高速机械手自动控制的要求，同时又具有一定的通用性。 通过本课题实践表明，基于ARM和DSP构建嵌入式数控系统的应用方案全可行、合理，同传统的人机交互系统设计相比，能大量地减轻研发任务，提高发速度，能够在短时间内得到控制性能优秀的数控系统。
上传时间： 2013-06-11
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自上个世纪九十年代以来，我国著名学者、现中国科学院院士、清华大学陈难先教授等人使用无穷级数的Mobius反演公式解决了一系列重要的应用物理中的逆问题，例如费米体系逆问题、信号处理等，开创了应用、推广数论中的Mobius变换解决物理学中各种逆问题的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》杂志的整版专评与高度评价。华侨大学苏武浔、张渭滨教授等则把Mobius变换的方法应用于几种常用波形（包括周期矩形脉冲，奇偶对称方波和三角波等）的傅立叶级数的逆变换运算，得到正、余弦函数及一般周期信号的各种常用波形的信号展开；并求得了与各种常用波形信号函数族相正交的函数族，以用于各展开系数的计算与信息的解调；而后把它们应用到通信系统中，提出了一种新的通信系统，即新型Chen-Mobius通信系统。 在新型通信系统中，把这种正交函数族应用于系统的相干调制解调中，取代传统通信系统中调制解调所采用的三角正交函数族。正是这种正交函数族使得通信系统的传输性能大大提高，保密性加强，而且正交函数族产生很方便。 本文从软件仿真和硬件实现两个方面对Chen-Mobius通信系统进行了验证。首先，利用MATLAB软件构建Chen-Mobius数字通信系统，通过计算机编程，对Chen-Mobius单路、四路和八路的数字通信系统进行仿真分析，对该系统在不同信噪比情况下的错误概率进行了计算，并绘出了信噪比-错误概率曲线；其次，在QuartusⅡ软件平台上，利用VHDL语言文本输入和原理图输入的方法构建Chen-Mobius数字通信系统，对该系统进行了仿真，包括设计综合、引脚分配、仿真验证、时序分析等；再次，在QuartusⅡ软件仿真的基础上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，实现了硬件的编程和下载，从而完成了Chen-Mobius数字通信系统的FPGA实现；最后，从MATLAB软件仿真和硬件实现的结果出发，通过分析系统的性能，简单展望了Chen-Mobius数字通信系统的应用前景。 本文通过软件仿真得到了Chen-Mobius数字通信系统的信噪比-错误概率曲线，从理论上验证了该系统的强的抗干扰能力；利用FPGA完成了系统的硬件实现，从实际上验证了该系统的可实现性。从两方面都可以说明，Chen-Mobius通信系统虽然只是一个新的起点，但它却预示着光明的应用前景。
标签： ChenMobius MATLAB FPGA 数字通信系统
上传时间： 2013-05-19
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FPGA．技术在许多领域均有广泛的应用，特别是在无线通信领域里，越来越多的工程师在进行数字集成电路的设计时选择FPGA。而采用VHDL进行设计输入的设计方法有着不依赖器件，移植容易，能加快设计的特点。因而，VHDL。和FPGA器件结合，能大大提高设计的灵活性与效率，缩短了产品开发的周期，加快产品上市时间。 本课题来源于海信TETRA终端项目的一部分，设计并实现了TETRA终端基带电路与射频电路的接口模块设计，内容包括逻辑端口、SPI总线、VCO、旋钮模块以及时钟／同步脉冲接口模块的设计，实现了主处理器对外设的控制接口扩展。本文首先详细介绍了FPGA技术及其发展现状和趋势以及本课题所选用的现场可编程器件，同时较详细的介绍了VHDL语言及特点以及开发所用到的ISE软件。详细论述了FPGA各接口模块的设计、时序仿真波形的截取、FPGA的配置、各功能模块的集成以及总体测试结果和结论。
上传时间： 2013-07-04
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变电站电压无功综合控制是通过自动调节有载变压器的分接头和投切并联补偿电容器组来实现的，它是确保电压质量和无功平衡、提高供电网可靠性和经济性的重要措施。采用九区图控制策略的电压无功综合控制，实际运行时存在着频繁调节变压器分接头和投切电容器组的缺陷，甚至可能会出现震荡现象。 本文针对上述不足，根据有功功率和无功功率的负荷预测曲线，以降损收益最大为适配值函数，以电压约束、电气极限约束和控制约束为约束条件，提出了一种改进的禁忌搜索算法。引入最低收益阈值来限制调节次数的增加，在此基础上建议了一种确定最佳调整次数的方法。还建议了一种有约束线性最小二乘算法，基于变电站内的量测数据以及变压器的参数来估计系统电压和系统阻抗参数。算例结果表明建议的方法是可行的，并且具有可以有效地减少调节次数的特点。基于ARM的LPC2292微控制器和嵌入式实时操作系统(μC/OS-II)，采用ADS1.2开发工具进行编程，实现了变电站内电压无功综合控制功能。软件模块开发主要包括：嵌入式实时操作系统(μC/OS-II)和图形用户界面GUI移植，数据读取任务，数据处理任务，电压无功控制任务，基于GPRS/CDMA的通讯任务、键盘扫描和液晶显示任务等。采用信号发生器产生电能信号，采用继电器的动作模拟变压器分接头档位的调节和电容器组的投切，构建了一个变电站内的电压无功控制模拟测试台，对提出的设计方案进行了全面的功能测试，测试结果表明提出的设计方案是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式人脸识别系统建立在嵌入式操作系统和嵌入式硬件系统平台之上,具有起点高、概念新、实用性强等特点。它涉及嵌入式硬件设计、嵌入式操作系统应用开发、人脸识别算法等领域的研究；嵌入式人脸识别系统携带方便、安装快捷、机动性强,可广泛应用于各类门禁系统、户外机动布控的实时监测等特殊场合,因此对嵌入式人脸识别的研究工作具有突出的理论意义和广泛的应用前景。 本文是上海市经委创新研究项目《射频识别RFID系统-自动识别和记录人群的身份》(编号：04-11-2)与上海市科委AM基金项目《基于ARM和RFID芯片的自组织安全监控系统的研制》(编号：0512)的主要研究内容之一。论文从构建自动人脸识别系统所需解决的若干关键问题入手,重点探讨了基于嵌入式ARM微处理器的实时人脸检测、关键特征定位、高效的人脸特征描述、鲁棒的人脸识别分类器及自动人脸识别系统设计等问题的研究。论文的主要工作和创新点表现在以下方面： 1实现了结合肤色校验的Haar特征级联分类器嵌入式实时人脸检测,提出了基于人脸约束的人眼Haar特征RSVM级联分类器人眼检测算法和基于遮罩掩磨与椭圆拟合的瞳孔定位算法。 复杂背景中的人脸检测是自动人脸识别系统首先要解决的关键问题,通过对基于肤色模型和基于Haar特征级联强分类器的人脸检测算法的分析研究,综合两个算法的优点,提出了基于肤色模型校验和Haar特征级联强分类器的嵌入式实时人脸检测算法。实验结果表明,该算法不仅解决了复杂背景中的类肤色和类人脸结构问题,而且具有较高的检测率和较快的检测速度,同时对光照、尺度等变化条件下的人脸检测也具有较强的鲁棒性。 人眼检测与瞳孔定位在人脸归一化和有效人脸特征抽取等方面起着非常重要的作用,为了快速检测人眼并精确定位人眼瞳孔中心,论文提出了基于人脸约束的人眼Haar特征RSVM级联分类器人眼检测算法和基于遮罩掩磨与椭圆拟合的瞳孔定位算法,首先利用人眼检测分类器在人脸区域内完成对人眼位置的检测,然后通过对检测到的人眼进行遮罩掩磨、简单图像形态学变换及椭圆拟合实现瞳孔中心的精确定位。测试结果表明该算法只需几百毫秒便能完成人眼检测与瞳孔中心定位整个过程,在保证检测速度较快的同时,还能确保较高的定位精度。 2 针对传统线性判别分析法存在的小样本问题(sss),通过调整Fisher判别准则,实现了自适应线性判别分析算法及相应的人脸识别方法人脸识别中的小样本问题使线性判别分析算法的类内散布矩阵发生严重退化,导致问题无法求解。本文在人脸识别小样本问题的基础上,通过调整Fisher判别准则,利用类间散布矩阵的补空间巧妙地避开类内散布矩阵的求逆运算,通过训练集每类样本的样本数信息自适应改变调整参数,实现了自适应线性判别分析算法,实验结果表明,该算法能有效解决人脸识别中的小样本问题。 3 提出了基于有效人脸区域的Gabor特征抽取算法,有效地解决了Gabor特征抽取维数过高的问题。 Gabor小波对图像的光照、尺度变化具有较强鲁棒性,是一种良好的人脸特征表征方法。但维数过高的Gabor特征造成应用系统的维数灾难,为解决Gabor特征的维数灾难问题,论文第四章提出了基于有效人脸区域的Gabor特征抽取算法,该算法不仅有效地降低了人脸特征向量维数,缩小了人脸特征库的规模,同时降低了核心算法的时间和空间复杂度,而且具有与传统Gabor特征抽取算法同样的鲁棒性。 4 结合有效人脸区域的Gabor特征抽取、自适应线性判别分析算法和基于支持向量机分类策略,提出并实现了基于支持向量机的嵌入式人脸识别和嵌入式人像比对系统支持向量机通过引入核技巧对训练样本进行学习构造最小化错分风险的最优分类超平面,不仅具有强大的非线性和高维处理能力,而且具有更强的泛化能力。本文研究了支持向量机的多类分类策略和训练方法,并结合论文中提出的基于有效人脸区域的Gabor特征提取算法、自适应线性判别分析算法,首次在基于Windows CE操作系统的嵌入式ARM平台中实现了具有较强鲁棒性的嵌入式自动人脸识别系统和嵌入式人像比对系统。 5 提出并初步实现了基于客户机/服务器结构无线网络模型的远距离人脸识别方案为解决嵌入式人脸识别系统在海量人脸库中进行识别的难题,论文提出并初步实现了基于客户机/服务器结构无线网络模型的嵌入式远距离人脸识别方案。 客户机(嵌入式平台)完成对人脸图像的检测、归一化处理和人脸特征提取,然后通过无线网络将提取后的人脸特征数据传输到服务器端,由服务器在海量人脸库中完成人脸识别,并将识别后的结果通过无线网络传输到客户机显示输出,从而实现基于客户机/服务器无线网络模型的嵌入式远距离人脸识别方案。 6 结合我们开发的基于ARM的嵌入式自动人脸识别系统和嵌入式人像比对系统,从系统设计的角度探讨了在嵌入式系统中进行人脸识别应用设计的思路及应该注意的问题虽然嵌入式人脸识别系统的性能很大程度上取决于高效的人脸特征描述和鲁棒的人脸识别核心算法。但是,嵌入式系统的设计思想对嵌入式人脸识别系统的性能影响同样值得重视。本文第六章重点阐述了嵌入式自动人脸识别应用系统的设计思路,并结合我们自主开发的嵌入式自动人脸识别系统和嵌入式人像比对系统从系统设计的角度探讨了嵌入式人脸识别应用系统设计中应该注意的关键技术问题。 结合本文提出的算法我们在PC上完成对人脸识别分类器的训练,然后在嵌入式ARM开发平台上实现了嵌入式自动人脸识别、嵌入式人像比对两个便携式人员身份认证系统,经测试运行效果良好。所提出的人脸识别算法不仅具有一定的理论参考价值,而且对于嵌入式系统应用开发、AFR应用系统开发也具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-05-18
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在通信系统中，人们一直致力于信息传输的有效性和可靠性的研究，信道纠错编码技术一直是人们研究的重点。1993年，Turbo码的提出，以其接近Shannon极限的优异的译码性能在编码界引起了轰动，并成为研究纠错编码的热点课题。经过十几年的研究和发展，目前，Turbo码已经走向了实用化的道路，如何用硬件实现有效的Turbo码编译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现Turbo码译码器为研究目标，首先分析了Turbo码的基本编译码原理和3GPP标准的Turbo码编码结构和交织算法。然后重点分析了MAP译码算法，Log-MAP译码算法和：Max-Log-MAP译码算法，并对三种译码算法进行了详细的理论推导和计算复杂度的定量分析比较，对影响Turbo码译码性能的主要因素进行了MATLB仿真分析。 论文在深入分析比较上述三种译码算法的基础之上，选择Max-Log-MAP译码算法进行了Turbo码译码器的FPGA设计实现。主要针对FPGA实现的数据量化、定点数据表示方式、Max-Log-MAP算法子译码器关键运算单元的FPGA设计和基于3GPP标准的Turbo码译码器的内交织的FPGA设计进行了深入研究，完成了固定译码长度的Turbo码译码器的FPGA设计实现，并利用ModelSim和MATLAB分别对译码器进行了功能时序验证和FPGA定点仿真测试。
上传时间： 2013-07-09
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H.264作为新一代视频编码标准，相比上一代视频编码标准MPEG2，在相同画质下，平均节约64﹪的码流。该标准仅设定了码流的语法结构和解码器结构，实现灵活性极大，其规定了三个档次，每个档次支持一组特定的编码功能，并支持一类特定的应用，因此。H.264的编码器的设计可以根据需求的不同而不同。 H.264虽然具有优异的压缩性能，但是其复杂度却比一般编码器高的多。本文对H.264进行了编码复杂度分析，并统计了整个软件编码中计算量的分布。H.264中采用了率失真优化算法，提高了帧内预测编码的效率。在该算法下进行帧内预测时，为了得到一个宏块的预测模式，需要进行592次率失真代价计算。因此为了降低帧内预测模式选择的计算复杂度，本文改进了帧内预测模式选择算法。实践证明，在PSNR值的损失可以忽略不计的情况下，该算法相比原算法，帧内编码时间平均节约60﹪以上，对编码的实时性有较大帮助。 为了实现实时编码，考虑到FPGA的高效运算速度和使用灵活性，本文还研究了H.264编码器基本档次的FPGA实现。首先研究了H.264编码器硬件实现架构，并对影响编码速度，且具有硬件实现优越性的几个重要部分进行了算法研究和FPGA.实现。本文主要研究了H.264编码器中整数DCT变换、量化、Zig-Zag扫描、CAVLC编码以及反量化、逆整数DCT变换等部分。分别对这些模块进行了综合和时序仿真，并将验证后通过的系统模块下载到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，进行了在线测试，验证了该系统对输入的残差数据实时压缩编码的功能。 本文对H.264编码器帧内预测模式选择算法的改进，算法实现简单，对软件编码的实时性有很大帮助。本文对在单片FPGA上实现H.264编码器做出了探索性尝试，这对H.264编码器芯片的设计有着积极的借鉴性。
上传时间： 2013-05-25
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随着纠错编码理论研究的不断深入，纠错码的实际应用越来越广泛。卷积码作为其中重要的一种，已被大多数通信系统所采用。(2,1,7)卷积码是一种短约束长度最佳码，编、译码器易于实现，且具有较强的纠错能力。 本文研究了IEEE 802.11协议中(2,1,7)卷积码编码、交织解交织及其软判决高速Viterbi译码的实现问题。 首先介绍了IEEE 802.11无线局域网标准及规范，然后介绍了信道编解码中卷积码编码及Viterbi译码算法和FPGA 设计方法，接着通过对(2,1,7)卷积码特点的具体分析，吸取目前Viterbi译码算法和交织解交织算法的优点，采取一系列的改进措施，基于FPGA实现了IEEE 802.11信道编解码及交织和解交织系统。这些改进措施包括采用并行FIFO、改进的ACS 单元、流水式块处理结构、改进的SMDO方法、双重交织策略，使得在同样时钟速率下，系统的性能大幅度提高。最后将程序下载到Altera公司的Cyclone 系列的FPGA(型号EP1C6Q240C8)器件上进测试，并对测试结果作了简单分析。
上传时间： 2013-05-25
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由于信道中存在干扰,数字信号在信道中传输的过程中会产生误码.为了提高通信质量,保证通信的正确性和可靠性,通常采用差错控制的方法来纠正传输过程中的错误.本文的目的就是研究如何通过差错控制的方法以提高通信质量,保证传输的正确性和可靠性.重点研究一种信道编解码的算法和逻辑电路的实现方法,并在硬件上验证,利用码流传输的测试方法,对设计进行测试.在以上的研究基础之上,横向扩展和课题相关问题的研究,包括FPGA实现和高速硬件电路设计等方面的研究. 纠错码技术是一种通过增加一定的冗余信息来提高信息传输可靠性的有效方法.RS码是一种典型的纠错码,在线性分组码中,它具有最强的纠错能力,既能纠正随机错误,也能纠正突发错误.在深空通信,移动通信以及数字视频广播等系统中具有广泛的应用,随着RS编码和解码算法的改进和相关的硬件实现技术的发展,RS码在实际中的应用也将更加广泛. 在研究中,对所研究的问题进行分解,集中精力研究课题中的重点和难点,在各个模块成功实现的基础上,成功的进行系统组合,协调各个模块稳定的工作. 在本文中的EDA设计中,使用了自顶向下的设计方法,编解码算法每一个子模块分开进行设计,最后在顶层进行元件例化,正确实现了编码和解码的功能. 本文首先介绍相关的数字通信背景；接着提出纠错码的设计方案,介绍RS(31,15)码的编译码算法和逻辑电路的实现方法,RTL代码编写和逻辑仿真以及时序仿真,并讨论了FPGA设计的一般性准则以及高速数字电路设计的一些常用方法和注意事项；最后设计基于FPGA的硬件电路平台,并利用静态和动态的方法对编解码算法进行测试. 通过对编码和解码算法的充分理解,本人使用Verilog HDL语言对算法进行了RTL描述,在Altera公司Cyclone系列FPGA平台上面实现了编码和解码算法. 其中,编码的最高工作频率达到158MHz,解码的最高工作频率达到91MHz.在进行硬件调试的时候,整个系统工作在30MHz的时钟频率下,通过了硬件上的静态测试和动态测试,并能够正确实现预期的纠错功能.
上传时间： 2013-07-01
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