本课题是江苏省“十一五”工业攻关项目“总线化智能多参数高精度检测及控制仪表开发与产业化(BE2006090)”。本项目要求多环境参数测控、多总线接口，选择具有丰富接口的高速处理器作为本项目的核心。为满足多参数测控精度和多网络接口通讯可靠性，嵌入式设计是应用系统的理想选择。本文所研究的多参数测控装置是以三星公司生产的32位ARM微处理器S3C2410为核心的嵌入式系统，该系统能实时地获取水环境参数，为水环境和多总线接口提供基本的数据和控制信息。 本文详细地介绍了MODBUS和CAN-BUS总线协议和通讯原理，阐述了水产养殖几个重要环境参数一溶解氧、温度、PH值的检测算法原理、以及传感器调理电路和温度、溶解氧的控制策略，进行了测控系统的硬件架构和各个模块的原理设计，实现了操作系统的移植，编写了驱动程序。在基于QT/E环境下实现了系统的测控和总线通讯部分上层软件设计。提出并实施了系统测试方案，成功地完成了测控系统的硬件、软件测试、以及通信功能测试和现场在线测试。 本论文的研究开发工作是在实践的基础上完成的，实验结果证明该系统充分利用了S3C2410芯片提供的资源，具有高性能、低功耗、低成本的优点，在各个方面的性能比传统的水环境参数测控系统有很大提高，通过测试实现了预期的各种功能，完全达到预期要求。
上传时间： 2013-06-28
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本文研制了一种基于社区和家庭，以家庭为核心的“家庭——社区医院——中心医院”的三层体系结构的远程家庭监护系统。该系统主要包括家庭端的远程家庭监护智能终端和远端的医院监护中心两部分，其中，家庭端的远程家庭监护智能终端的软硬件实现是本文的重点和关键。 给出了远程家庭监护智能终端的硬件结构和软件体系的总体设计方案。远程家庭监护的硬件平台，以Philips的ARM内核的32位嵌入式微处理器LPC2214为控制核心，外围扩展蓝牙模块、ISP1160 USB主机模块、10M以太网通信模块、CF卡存储模块和液晶显示模块等模块实现。对各硬件模块的设计实现做了详尽的论述。在硬件平台的基础上，移植嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，按照操作系统、中间件程序和应用程序的分层软件体系结构，设计实现了远程家庭监护智能终端的软件，使得软件更易维护和升级。 对家庭监护终端的软件实现进行了详细的论述。设计实现了各硬件模块的驱动程序、通信协议和应用程序。整个应用程序按功能划分为9个任务，由操作系统内核进行调度，提高了系统的可靠性和实时性。应用程序实现了友好的人机界面和生理信号的自动分析功能。重点研究了ECG信号自动分析诊断算法，应用自适应模板法，实现了疾病自动分析诊断功能，能够实现10种常见心律异常的自动分析诊断。 远程家庭监护智能终端系统可实现对病人心电、血压、血糖、体温、呼吸率和血氧饱和度等参数的实时远程监护，可根据病人的情况定制要监护的参数，具有良好的可扩展性和灵活性。远程家庭监护终端，通过蓝牙模块以无线方式采集病人的心电和体温参数，通过USB主机下行口连接其他生理参数模块采集血压等参数。所采集的参数经终端分析处理后，可在液晶上显示生理参数值及结果，并可通过局域网传送到监护中心服务器，供社区医院监护医生分析诊断。在病人出现生理异常时，家庭监护智能终端能够给出初步诊断结果并发出报警。监护服务器收到报警后提醒监护医生给出诊断结果，并将诊断结果反馈到家庭监护终端显示，使病人能够得到及时救治。
上传时间： 2013-06-06
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自上世纪90年代Linux首次应用于嵌入式系统，至今已过了近10年。10年间，随着芯片技术、总线技术以及计算机技术的发展，嵌入式处理器也从8位单片机时代发展到了如今高低端处理器百花齐放的时代。32位、16位处理器的价格不再是那么高不可攀。在这种背景下，本课题拟研究一种适用于小规模现场的，低成本的，具有RS-232C和CAN总线通讯方式且可在线进行软件更新的监控系统。 现今，很多监控系统都以装有微软操作系统的IPC作为监督平台，以单片机、PLC、DSP等作为DDC控制器，通过串口等方式通讯。其开发周期短，但成本总体较高，通讯方式单一。 本课题首先对几种嵌入式处理器和嵌入式操作系统进行比较，确定了以ARM核的处理器和Linux作为本监督平台的处理器和操作系统；其次研究了Linux在ARM上的移植以及运行过程，包括引导加载程序vivi、Linux2.6内核、根文件系统、各种外设(包括触摸屏与以太网等)驱动程序的移植，以及基于Qt/E的串口通讯的图形用户界面的开发；最后对CAN总线以及RS-232C通讯方式在ARM7核的处理器及单片机上的应用进行研究。 基于以上研究开发的监控系统的监督平台以S3C2410处理器为核心，以Linux2.6内核为操作系统，以触摸屏为主要人机界面，具有RS-232C和以太网通讯方式，其成本较低，体积较小，功能较为灵活；其DDC控制器由基于STC5410AD和ARM7核的LPC2119的两块控制板以及一块RS-232C与CAN总线转换板组成，其控制功能更加强大，通讯方式也更加多样化；另外，监督平台与DDC控制器均可在线更新程序，降低了系统维护难度。 经过实践调试，本监控系统的软硬件均工作正常，实现了预期目标。本监控系统可应用于电力、化工、机电等多个领域的现场，具有较强的通用性。
上传时间： 2013-07-08
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以嵌入式计算机为技术核心的嵌入式系统是继网络之后，又一个IT领域新的技术发展方向。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高等特点，目前已经广泛的应用在国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制等领域。其中具有代表意义的是32位的控制器和嵌入式操作系统的应用。 本文是以弧焊机器人的焊缝跟踪系统为例，研究了基于嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ和32位ARM微处理器的嵌入式系统的实现。该焊缝跟踪应用系统实例实现的功能是使弧焊机器人能及时检测并自动纠正当前焊接点与焊缝之间出现的偏差，以提高弧焊机器人的智能化水平。 论文首先介绍了32位的ARM控制器工作原理，然后介绍了嵌入式操作系统的工作原理以及焊缝信号的处理原理，在此基础上设计了弧焊机器人焊缝跟踪系统的硬件电路，最后完成了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植工作，并且编写和调试了控制软件。基本上达到了控制要求。
上传时间： 2013-04-24
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本文从AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系统的开发着手，研究了AES算法的设计原则、数学知识、整体结构、算法描述以及AES存住的优点利局限性。 针对ARM核的体系结构及特点，对AES算法进行了优化设计，提出了从AES算法本身和其结构两个方面进行优化的方法，在算法本身优化方面是把加密模块中的字节替换运算、列混合运算和解密模块中的逆列混合运算中原来的复杂的运算分别转换为简单的循环移位、乘和异或运算。在算法结构优化方面是在输入输山接口上采用了4个32位的寄存器对128bits数据进行了并行输入并行输出的优化设计；在密钥扩展上的优化设计是采用内部扩展，即在进行每一轮的运算过程的同时算出下一轮的密钥，并把下一轮的密钥暂存在SRAM里，使得密钥扩展与加/解密运算并行执行；加密和解密优化设计是将轮函数查表操作中的四个操作表查询工作合并成一个操作表查询工作，同时为了使加密代码在解密代码中可重用，节省硬件资源，在解密过程中采用了与加密相一致的过程顺序。 根据上述的优化设计，基于ARM核嵌入式系统的ADS开发环境，提出了AES实现的软硬件方案、AES加密模块和解密模块的实现方案以及测试方案，总结了基于ARM下的高效编程技巧及混合接口规则，在集成开发环境下对算法进行了实现，分别得出了初始密钥为128bits、192bits和256bits下的加密与解密的结果，并得剑了正确验证。在性能测试的过程中应用编译器的优化选项和其它优化技巧优化了算法，使算法具有较高的加密速度。
上传时间： 2013-04-24
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随着SOC技术、IP技术以及集成电路技术的发展，RISC软核处理器的研究与开发设计开始受到了人们的重视。基于FPGA的RISC软核处理器在各个行业开始得到了广泛的应用，特别是在一些基于FPGA的嵌入式系统中有着越来越广泛的应用前景。 该论文在研究了大量国内外技术文献的基础上，总结了RISC处理器发展的现状与水平。认真分析了RISC处理器的基本结构，包括总线结构，流水线处理的原理，以及流水线数据通路和流水线控制的原理；并详细分析了该设计采用的指令集——MIPS指令集的内在结构。设计出了一个32位RISC软核处理器，这个软核处理器采用五级流水线结构，能完成加法、减法、逻辑与、逻辑或、左移右移等算术逻辑操作，以及它们的组合操作。通过软件仿真和在Altera的FPGA开发板上进行验证，证明了所设计的32位RISC处理器能准确的执行所选用的MIPS指令集，运行速度能达到30MHz，功能良好。 通过对所设计对象特点及其可行性的研究，选用了Altera公司QuartusⅡ软件作为设计与仿真验证的环境。在设计方法上，该课题采用了自顶向下的设计方法。在设计过程中采用了边设计边验证这种设计与验证相结合的设计流程，大大提高了设计的可靠性。该课题在设计过程中还提出了两个有效的设计思路：第一是在32位寄存器的设计中利用FPGA的内部RAM资源来设计，减少了传输延时，提高了运行速度，并大大减少了对FPGA内部资源的占用；第二是在系统架构上采用了柔性化的设计方法，使得设计可以根据实际的需求适当的增减相应的部件，以达到需求与性能的统一。这两个方法都有效地解决了设计中出现的问题，提高了处理器的性能。
上传时间： 2013-07-21
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差分跳频(DFH)是集跳频图案、信息调制与解调于一体，是一个全面基于数字信号处理的全新概念的通信系统，其技术体制和原理与常规跳频完全不同，较好地解决了数据速率和跟踪干扰等问题，代表了当前短波通信的一个重要发展方向。美国Sanders公司推出了名为CHESS的新型短波跳频通信系统，并获得了成功，但我国对该体制和技术的研究还处于初始阶段，目前还不太成熟，离实际应用还有一段距离。 本文主要基于FPGA芯片的基础上对差分跳频进行了研究，用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，而且其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、测试及硬件升级。而且设计中尽量采用软件无线电体系结构，减少模拟环节，把数字化处理尽量靠近天线，从而建立一个通用、标准、模块化的硬件平台，用软件编程来实现差分跳频的各种功能，从基于硬件的设计方法中解放出来。 本文首先介绍了课题背景及研究的意义，阐述了目前差分跳频中频率合成跟频率识别的实现方案。在频率合成中，着重对DDS的相位截断误差及幅度量化误差进行仿真，找出基于FPGA实现的最佳参数及改善方法。在频率识别中，基于Xilinx公司提供FFT IP核，接收端中的位同步，频率识别均在FFT的理论上进行设计。最后根据设计方案制作基于FPGA的电路板。 设计中跳频图案、直接数字频率合成器、频率识别、位同步、跳频图案恢复、线性调频z变换等模块均采用Verilog和VHDL两种通用硬件描述语言进行设计，以便能够在所有厂家的FPGA芯片中移植。
上传时间： 2013-07-22
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随着红外探测技术和超大规模专用集成电路的发展，实时红外成像系统得到了越来越广泛的应用。如何针对红外图像的特性对红外图像进行实时处理，得到能真实反映探测场景、适合观察分析的红外图像是目前红外成像技术的研究热点。针对红外图像在被采集后立即进行预处理，简化后级数字信号处理单元的繁重任务，在红外成像技术中具有重要意义。本论文主要工作如下： (1)对红外成像的原理、红外图像的形成过程、红外图像的特征以及红外图像与可见光图像的区别进行了阐述。 (2)简要介绍了频域中图像的增强算法，以及图像的灰度变换原理。 (3)通过对时域中各种算法的分析对比，以及时域处理与频域处理的对比，选择数种适合红外图像预处理的算法进行硬件实现，然后再根据硬件实现的难易程度和算法对硬件资源的占用率，以及最终对图像的处理效果，选择一种最佳的平滑和锐化方法。 (4)针对FPGA的特点，采用了模块化结构设计，方便构成并行运算，充分体现了实时处理的要求。 (5)分析了红外图像灰度变换的硬件构成，实现了对红外图像的直方图统计。 (6)阐述了I2C总线标准，使用I2C总线对SAA7115视频图像处理芯片的控制，对模拟的红外图像采集、量化成数字图像信号；由于采用SDRAM进行数据的存储，所以针对数据的存储及读取方式设计了SDRAM存储器的控制器，将量化后的数据存储到SDRAM存储器。 (7)详细阐述了图像频域处理的硬件实现方法，并特别说明了DFT的FPGA硬件构成方法及这种方法与DSP处理器构成方法的区别。然后针对整个系统的时序构成及时序要求，采用了PLL核构成了系统的时序部分，并对系统进行了优化，以提高运行速度及减少资源占用率。
上传时间： 2013-07-12
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人脸识别技术继指纹识别、虹膜识别以及声音识别等生物识别技术之后，以其独特的方便、经济及准确性而越来越受到世人的瞩目。作为人脸识别系统的重要环节—人脸检测，随着研究的深入和应用的扩大，在视频会议、图像检索、出入口控制以及智能人机交互等领域有着重要的应用前景，发展速度异常迅猛。 FPGA的制造技术不断发展，它的功能、应用和可靠性逐渐增加，在各个行业也显现出自身的优势。FPGA允许用户根据自己的需要来建立自己的模块，为用户的升级和改进留下广阔的空间。并且速度更高，密度也更大，其设计方法的灵活性降低了整个系统的开发成本，FPGA 设计成为电子自动化设计行业不可缺少的方法。 本文从人脸检测算法入手，总结基于FPGA上的嵌入式系统设计方法，使用IBM的Coreconnect挂接自定义模块技术。经过训练分类器、定点化、以及硬件加速等方法后，能够使人脸检测系统在基于Xilinx的Virtex II Pro开发板上平台上，达到实时的检测效果。本文工作和成果可以具体描述如下： 1. 算法分析：对于人脸检测算法，首先确保的是检测率的准确性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一种基于Adaboost算法的人脸检测方法。算法中较多的是积分图的特征值计算，这便于进一步的硬件设计。同时对检测算法进行耗时分析确定运行速度的瓶颈。 2. 软硬件功能划分：这一步考虑市场可以提供的资源状况，又要考虑系统成本、开发时间等诸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro开发板，在上面有可以供利用的Power PC处理器、可扩展的存储器、I/O接口、总线及数据通道等，通过分析可以对算法进行细致的划分，实现需要加速的模块。 3. 定点化：在Adaboost算法中，需要进行大量的浮点计算。这里采用的方法是直接对数据位进行操作它提取指数和尾数，然后对尾数执行移位操作。 4. 改进检测用的级联分类器的训练，提出可以迅速提高分类能力、特征数量大大减小的一种训练方法。 5. 最后对系统的整体进行了验证。实验表明，在视频输入输出接入的同时，人脸检测能够达到17fps的检测速度，并且获得了很好的检测率以及较低的误检率。
上传时间： 2013-04-24
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传统的数控系统采用的大多是专用的封闭式结构，它能提供给用户的选择有限，用户无法对现有数控设备的功能进行修改以满足自己的特殊要求；各种厂商提供给用户的操作方式各不相同，用户在培训人员、设备维护等方面要投入大量的时间和资金。这些问题严重阻碍了CNC制造商、系统集成者和用户采用快速而有创造性的方法解决当今制造环境中数控加工和系统集成中的问题。随着电子技术和计算机技术的高速发展，数控技术正朝向柔性化、智能化和网络化的方向发展。针对数控系统已存在的问题和未来发展的趋势，本文致力于建立一个适合现场加工特征的开放结构数控平台，使系统具备软硬件可重构的柔性特征，同时把监控诊断和网络模块融入数控系统的框架体系之内，满足智能化和网络化的要求。 本文在深入研究嵌入式系统技术的基础上，引入可重构的设计方法，选择具体的硬件平台和软件平台进行嵌入式可重构数控系统平台的研发。硬件结构以MOTOROLA的高性能32位嵌入式处理器MC68F375和ALTERA的现场可编程门阵列(FPGA)芯片为核心，配以系统所需的外围模块；软件系统以性能卓越的VxWorks嵌入式实时操作系统为核心，开发所需要的应用软件，将VxWorks嵌入式实时操作系统扩展为一个完整、实用的嵌入式数控系统。该系统不仅具有可靠性高、稳定性好、功能强的优点，而且具有良好的可移植性和软硬件可裁减性，便于根据实际需求进行功能的扩展和重构。 本论文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微处理器MC68F375为核心的主控制板的硬件电路设计，以及存储、采集、通讯和网络等模块的设计。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重构设计方法，设计出基于FPGA的电机运动控制、机床IO控制、键盘阵列和液晶显示控制等接口模块电路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式实时操作系统在硬件平台上的移植和任务调度原理，合理分配控制系统的管理任务，开发系统的底层驱动程序和应用程序。 最后，本文总结了系统的开发工作，并对嵌入式可重构数控系统的进一步研究提出了自己的一些想法，以指引后续研究工作。
上传时间： 2013-04-24
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