旅客列车是人们出行的重要交通工具之一,随着我国国民经济的发展,信息化时代的到来,车辆能否安全运行已经成为人们关注的焦点。在高速状态下列车车辆能否安全地停下来是安全运行的一个关键,在车辆方面上就是解决制动问题。在这样的前提下,对车辆制动系统的研究就显得必然和重要。 本次设计的任务是实时监测列车车辆的运行速度,并根据车辆制动状态,自动控制车辆的制动系统,实现车辆的制动安全防护。所以本次设计设计了一种基于ARM——高性能嵌入式微处理器、CPLD——新型高性能可编程逻辑器件、CAN总线——有效支持分布/实时控制的串行通信网络和μC/OS-II操作系统的车辆制动自动监控系统。文中介绍了车辆制动控制原理、对系统进行了总体的方案设计,介绍了嵌入式系统开发的原理及设计方法,着重讲解了以Samsung公司32位嵌入式微处理器S3C44BOX为核心的系统软硬件设计方案,并开发了基于μC/OS-II操作系统的应用程序。 应用程序模块主要包括远程通讯模块、数据采集模块、数据处理与传输模块、部件寿命记录模块、故障参数监视和报警模块。远程通讯模块将车辆制动状态以CAN总线的通讯方式上传给机车控制室主机;数据采集模块由具有高速逻辑处理能力的CPLD自动实现数据采集及电平转换,ARM控制数据采集的启动和采集结束后对数据的处理或传输;在部件寿命记录模块中电磁阀的动作次数、通电使用时间和总时间以及各传感器的通电时间和使用总时间可每隔一段时间记录下来,掉电后也不会丢失,可以作为故障发生、诊断、排除和维护的数据依据。 在实验室及模拟实验台上经过多次软、硬件结合的调试改进过程,本次设计基本上实现了车辆制动自动监控系统的功能,制动缸压力的控制特性及控制精度得到了有效的提高,在实验室调试中实现了车辆制动系统的故障检测和报警及部件的寿命记录等功能,验证了设计方案的可行性及合理性,达到了预期的设计效果。
上传时间: 2013-07-17
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针对现代中低压电网电能质量的监测及谐波治理的需要,论文综合运用嵌入式技术、现代信号处理技术、虚拟仪器技术设计了一种新型低功耗、集成化的电网参数监测仪。此系统实现了对三相电网相/线电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电网频率、功率因数以及三相电压、电流的31次以内谐波的实时监测。 论文分析了基于微处理器的电力系统基本参数的测量原理;对被测信号的交流参量通过抽样方法获得,由多点的抽样数据统计得到的结果可以减小随机误差的影响;基于DFT和FFT的谐波测量原理,将FFT应用于谐波分析获得信号的频域参数;针对谐波测量中的混叠误差设计了二阶抗混叠滤波器;分析了非同步采样和对非时限信号的截断造成的频谱泄露和栅栏效应及其对谐波测量精度的影响。讨论了常用的几种窗函数对频谱泄漏的抑制作用,在此基础上选择加海明窗对采样信号进行处理;针对DDS具有高精度频率合成的特点,将其应用到电网信号的采样上,提高了采样的同步性,使得测量精度满足了系统的要求。上述方法需要大量快速的迭代运算,系统微处理器选用了32位ARM芯片LPC2132,提高了系统的数据处理能力和实时性。系统供电电源采用了开关电源、减小了体积,提高了效率;完成了下位机数据采集部分、二阶抗混叠滤波器、测频电路及通信模块电路的设计;最后介绍了软件设计部分,主要包含了数据采集的实现过程,FFT程序的设计,给出了各部分程序的流程图;系统上位机软件设计了电网数据处理程序,该软件以LabWindows/CVI6.0为开发平台,利用CVI丰富的库函数,完成对数据的处理、显示和记录等工作,并采用双线程运行模式,在数据采集和处理的同时完成了显示、命令的发送和运行曲线等功能。 按上述方案设计的样机经过三次电路制作与软件调试,主要技术参数达到了设计要求,通过了实验室测试,目前正在电力系统谐波治理系统中进行工业实验。
上传时间: 2013-04-24
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在采矿、冶金、制造、化工、制药、供水等行业中,压力是生产过程中的重要参数,它的应用极其广泛。实时监测压力的变化是实施现代化生产管理的重要环节,因而压力测试技术和仪表的发展历来受到人们的重视。在采矿行业中,压力检测是保证采煤安全的重要一环,因此开发一种智能压力检测装置来用于采煤工作面液压系统的压力检测是十分必要的。 本文所设计的压力检测系统是ARM处理器与仪器的有机结合,它以菲利普公司的LPC2294为核心,利用电阻应变片将压力转换成电压信号,通过放大电路将电压信号放大并传输至LPC2294进行A/D转换,然后将各液压支架的压力数据传输至存储芯片保存,并显示。本系统的特点是:压力量程为1~60Mpa,每5分钟采集一次压力数据。各分机的压力数据通过CAN总线传输至主机,总线的传输速率为250Kbps。主机再通过串口将数据传输至计算机。计算机通过串口读取主机的压力数据,并将数据保存在数据库中,上位机采用NI公司的Labview软件进行设计。其中串口的接收部分用Labview中自带的VISA控件来编写,数据库部分采用微软的Access软件建立数据库,利用第三方编写的Labsql将数据写入数据库。 论文的第一章综述了压力检测的起源,发展以及国内外压力检测的现状;第二章主要论述了系统的整体设计思路及方法;论文第三章、第四章系统的硬件电路、软件开发环境及相关的软件流程;第五章简单介绍了PC机软件开发语言以及对上位机部分的软件设计做了简单的介绍。第六章对全文的工作做了总结,并对压力检测以后的发展方向阐述了自己的观点。
上传时间: 2013-08-01
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随着通信技术飞速发展和直放站的广泛应用,直放站监控系统在实时监测直放站的工作状态和远程控制方面发挥了重大作用,然而当前的直放站监控系统多采用单片机作为主控制器,通过GSM网络或PSTN网络传输监控数据,随着直放站监控系统日益复杂化,目前的直放站监控系统显得处理速度慢,处理的任务有限,远程传输数据效率不高;为了改善当前直放站监控系统现有的这些缺点,采用新的主控制器ARM7系列芯片,利用新的传输数据技术GPRS,设计并实现了一款光纤直放站监控系统。 在充分研究当前直放站监控系统发展现状和实现技术的基础上,根据《中国移动直放站监控系统数据需求规范》对监控参数和功能设置的要求,论证了光纤直放站监控系统的整体设计方案和监控终端的实现架构,选择了PHILIPS的ARM7芯片LPC2134作为主控制器,选择了SIMCOM300作为远程通信模块;详细介绍了光纤直放站监控系统监控终端的硬件电路设计,阐释了监控终端嵌入软件的设计思路流程,分析了如何把嵌入式软件开发技术和GPRS远程数据传输的技术运用到项目实践中去,说明了监控系统中所用的通信协议,并且利用VC++开发环境,采用SOCKET网络编程技术和ADO数据库开发技术,设计了光纤直放站监控系统监控中心应用软件。 经过实验验证,该设备运行结果良好,提高了光纤直放站的稳定性和可靠性,光纤直放站监控系统监控终端处理任务的能力得到增强,远程传输数据速度变快,传输数据所耗费用降低,为光纤直放站系统的监控提供了一种新的设计实现。
上传时间: 2013-08-02
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大量的电力电子装置及非线性负荷在电力系统中广泛的应用,使电能质量(Power Quality)问题日益突出。电能质量问题不仅危害电力系统本身的安全及电网的稳定运行,对系统中用户也造成严重威胁。因此,对电能质量的实时监测具有十分重要的意义。 论文首先介绍了电能质量的概念,分析了国内外电能质量监测的研究现状及开发新型电能质量监测装置的意义,同时对影响电能质量的指标参数的数字测量原理与算法进行了深入的研究。在此基础上,提出了以ARM9(s3c2410)芯片为CPU,以嵌入式Linux为软件核心的电能质量监测装置的总体设计思想。 论文建立了基于arm-1inux的嵌入式开发环境,完成了基本的硬件电路设计和软件设计。硬件设计方面,根据电力系统中数据采集和处理的实际特点,在前置测量采集模块中,采用了ADS7864芯片设计了多通道信号采样保持和快速转换电路;利用锁相环保证了多路信号的硬件同步采样;在通讯方式上,除了采用RS-232通讯方式外,还采用了以太网和USB通讯方式,从而提高了装置应用的灵活性。软件设计方面,依据装置所要实现的功能,剪裁并成功移植了嵌入式linux内核到ARM处理器中;完成了各应用程序的编制,给出了详细的程序流程图;设计了基于Qt/Embedde的人机交互界面(GUI)。 基于arm-linux嵌入式电能质量监测仪不仅数据处理功能强、人机交互性好、系统升级简单、还能进行远程监控。在此基础上可进一步开发,向微型化、高度智能化等方向发展,以满足不同场合的需求,具有较大的使用价值和广阔的应用前景。
上传时间: 2013-05-16
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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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随着计算机、通信及网络技术的高速发展,嵌入式系统广泛地渗透到各行各业及人们日常生活的方方面面中。由于嵌入式系统的复杂性不断增加,嵌入式操作系统成为了嵌入式系统中最重要的组成部分。在各种嵌入式操作系统中,Linux凭借其性能优异、结构清晰、平台支持广泛、网络支持强劲及开放源代码等多方面的优势,被嵌入式系统开发者广泛的采用。同时随着近几年来国内嵌入式领域发展非常迅速,其中32位ARM处理器结构体系的嵌入式CPU在商用领域、工控领域和军用领域都得到了广泛使用。 近几年随着无线通信技术、传感器技术、信息采集和处理技术的飞速发展,出现了低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器节点。无线传感器网络是随着传感器节点的发展而兴起的计算机科学技术的一个新的研究领域,它是由一组无线传感器节点通过ad-hoc方式构成的无线网络,综合传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,并传送到需要这些信息的用户处。这种无线网络系统被广泛地用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐救灾等领域,具有十分巨大的发展潜力,引起了学术界和工业界的高度重视。 目前,手持终端的应用范围主要是在商业领域,开发一款适合在工业现场等无线传感网络监控领域的手持终端是本文的初衷。本文从嵌入式系统的角度,采用目前比较流行的ARM9处理器和嵌入式Linux的操作系统,阐述手持终端硬件平台的设计和软件的移植方案;接着研究了系统引导程序的原理、设备驱动开发的关键点、根文件系统的制作方法。在此基础上,分析和移植引导程序U-Boot 1.1.4的实现、无线收发芯片CC2420的驱动开发和帧缓冲驱动的开发,并针对目标平台的特点完成了文件系统的构建;然后介绍了基于Qt/Embedded的图形界面开发的基础,最后对本文研究工作进行总结。
上传时间: 2013-06-26
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ASIC对产品成本和灵活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有较高的灵活性和较低的成本,然而抗干扰性和可靠性相对较低,运算速度也受到限制.常规ASIC的硬件具有速度优势和较高的可靠性及抗干扰能力,然而不是灵活性较差,就是成本较高.与传统硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的场可编程门阵列(FPGA)的出现,使建立在可再配置硬件基础上的进化硬件(EHW)成为智能硬件电路设计的一种新方法.作为进化算法和可编程器件技术相结合的产物,可重构FPGA的研究属于EHW的研究范畴,是研究EHW的一种具体的实现方法.论文认为面向分类的专用类可重构FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重构电路粒度划分的针对性更强、设计更易实现.论文研究的可重构FPGA的BCH通讯纠错码进化电路是一类ASR-FPGA电路的具体方法,具有一定的实用价值.论文所做的工作主要包括:(1)BCH编译码电路的设计——求取实验用BCH码的生成多项式和校验多项式及其相应的矩阵并构造实验用BCH码;(2)建立基于可重构FPGA的基核——构造具有可重构特性的硬件功能单元,以此作为可重构BCH码电路的设计基础;(3)构造实现可重构BCH纠错码电路的方法——建立可重构纠错码硬件电路算法并进行实验验证;(4)在可重构纠错码电路基础上,构造进化硬件控制功能块的结构,完成各进化RLA控制模块的验证和实现.课题是将可重构BCH码的编译码电路的实现作为一类ASR-FPGA的研究目标,主要成果是根据可编程逻辑电路的特点,选择一种可编程树的电路模型,并将它作为可重构FPGA电路的基核T;通过对循环BCH纠错码的构造原理和电路结构的研究,将基核模型扩展为能满足纠错码电路需要的纠错码基本功能单元T;以T作为再划分的基本单元,对FPGA进行"格式化",使T规则排列在FPGA上,通过对T的控制端的不同配置来实现纠错码的各个功能单元;在可重构基核的基础上提出了纠错码重构电路的嵌套式GA理论模型,将嵌套式GA的染色体串作为进化硬件描述语言,通过转换为相应的VHDL语言描述以实现硬件电路;采用RLA模型的有限状态机FSM方式实现了可重构纠错码电路的EHW的各个控制功能块.在实验方面,利用Xilinx FPGA开发系统中的VHDL语言和电路图相结合的设计方法建立了循环纠错码基核单元的可重构模型,进行循环纠错BCH码的电路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片进行了FPGA实现.课题在研究模型上选取的是比较基本的BCH纠错码电路,立足于解决基于可重构FPGA核的设计的基本问题.课题的研究成果及其总结的一套ASR-FPGA进化硬件电路的设计方法对实际的进化硬件设计具有一定的实际指导意义,提出的基于专用类基核FPGA电路结构的研究方法为新型进化硬件的器件结构的设计也可提供一种借鉴.
上传时间: 2013-07-01
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作为新能源与汽车工业相结合的产物,燃料电池汽车已经逐渐成为了汽车家族的后起之秀。随着电子控制单元与车载设备的不断增多,传统内燃机汽车的仪表盘已经不能满足以燃料电池为动力的汽车仪表复杂信息显示的要求。本文以燃料电池汽车为研究背景,设计开发了基于嵌入式技术的仪表系统,实现了对燃料电池汽车整车运行状态以及模块数据的实时监测、存储与图形化显示。 本文介绍了燃料电池汽车仪表系统的设计原理,对仪表系统进行了需求分析,确定了系统整体框架与模块划分,提出了基于ARM微处理器、实时操作系统以及图形用户界面的仪表系统解决方案。该方案采用高性能的S3C44BOX作为底层核心处理器,以RTOS和GUI为中间层构建软件系统平台,在此基础上以实时多任务软件设计方法进行仪表系统应用程序的开发。 在上述方案的基础上,进行了仪表系统硬件平台的设计,包括存储器系统、通信总线、人机交互界面等接口电路的设计。根据高速数字电路的设计要求,在双面板上实现了基于ARM的燃料电池汽车仪表系统的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。 根据仪表系统的实际情况,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,完成了两者在仪表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。μ按照实时多任务软件的开发流程,设计了仪表系统应用程序,包括CAN总线监听任务、数据处理任务、用户界面任务以及历史数据记录任务等,划分了各个任务的优先级,确定了任务之间的通信同步机制,描述了各个任务的主要功能和实现方法,重点论述了基于μC/GUI的用户界面任务设计的思路与过程,最后介绍了在硬件平台上进行系统集成、软硬件联合调试以及系统测试的流程。
上传时间: 2013-06-20
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矿井加暖系统在矿产、冶金、化工等工业中具有广泛的应用。课题组根据热效率、寿命、自动化程度等方面存在的问题,经过调查、分析和研究开发了一套新型矿用环保热风炉系统,该系统主要由数据采集系统、火焰监测系统和主机控制系统三部分组成。 数据采集系统,要对复杂的现场环境进行监测控制,是整个新型热风炉自动控制系统的关键。本文设计的数据采集系统由MSP430单片机、模拟量采集(A/D)、模拟量输出(D/A)、开关量采集、开关量输出、存储、通信接口及其他辅助电路组成,结构简单、机构可靠性高,使用寿命长,能够对系统的各种现场数据进行实时监测和控制,对于矿井的安全可靠生产具有重要的意义。
上传时间: 2013-04-24
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