运动控制卡是数控系统的重要组成部分，是上位机与驱动执行部件的之间的一座桥梁。数控加工中的定位控制的精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制卡密切相关。目前，国内研制的运动控制卡与国外专业性公司研制的先进的开放式运动控制卡相比还有较大差距。因此，对于运动控制卡的研究与开发具有很大的现实意义。 本文对运动控制卡的各种实现方案作了深入的比较，对于运动控制卡的发展趋势进行了探讨。在分析数控系统对于运动控制卡需求的基础上，提出了一种基于DSP的PCI总线运动控制卡的实现方案。该方案具有通用性好、软件易于修改升级、调试方便等特点。 文中对这一方案的具体实现做了详细的分析，给出了系统的整体结构设计，软硬件组成情况。详尽阐述了运动控制电路、总线接口电路、驱动器接口电路等硬件电路的设计过程，以及运动控制卡的制作过程。论述了DSP上的程序结构，并具体分析了插补算法、速度控制算法等在DSP上的实现方法。对PC机上的运动控制卡的驱动程序的模型以及编写方法做了介绍。 通过对制成样板的调试表明，运动控制卡具有良好的性能。
上传时间： 2013-07-29
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十多年来，随着信息技术、电子技术和通讯技术的发展，嵌入式系统已经获得了空前的应用和发展。随着嵌入式应用系统功能复杂度的提高、对软件产品的非功能约束的特别关注以及由于市场的激烈竞争导致嵌入式软件推出周期的缩短，都使得嵌入式软件开发人员面临着严峻的危机和挑战。传统的结构化开发方法已经显得力不从心，于是嵌入式软件开发人员在软件开发中引入了目前较为流行的“面向对象方法(OO)”，．但是目前对该方法的应用还只是停留在传统的以编程为中心的嵌入式软件开发方法上，不能很好地保证软件复用和代码的重用，因此难以满足市场对嵌入式软件开发效率和开发质量的要求。 本课题的研究内容是应用面向对象方法的框架技术，对嵌入式系统领域的专有结构组件进行封装，创新性地提出了面向嵌入式系统领域的通用实时框架ARTIC(Abstract real-time contrO1)。ARTIC框架除了具有框架的共有优点一最大限度实现软件重用外，最突出的是具备以下两个特点： 1、功能和非功能的分离 在应用面向对象的技术时，传统的嵌入式软件开发方法关注的重点是软件结构和功能分解，、忽略了嵌入式环境下特殊的非功能性要求。为了在实现系统功能需求的同时，保证软件系统的非功能性需求的实现，ARTIC框架引入了面向方面的思想，、把系统的非功能性需求从功能模块中分离出来，为它们单独设计组件。开发人员在应用该框架进行嵌入式软件设计时，只需要关注功能需求的实现，对于实时性、调度等非功能需求的实现可以通过调用ARTIC提供的时间管理模型和任务调度模型直接实现。 2、基于状态机的主动对象设计模式 根据嵌入式系统通常由多个控制线程组成的特点，应用基于状态机的主动对象设计模式，把嵌入式软件系统构建成多个主动对象的缉合。相对于传统的面向对象方法，本文提出的主动对象的最大特点在于：它提供对事件队列、控制线程和表示主动对象动态行为状态机等的封装，并且该模式可以直接支持嵌入式系统的并行性。 ARTIC框架的应用能够帮助嵌入式软件的开发人员快速地开发出高质量的嵌入式软件，除此之外，因为它包含了一个微小的实时操作系统(RTOS) 报包装，在某些场合可以作为一个简易的RTOS使用。为了验证ARTIC的性能，本文将该框架应用于硬币搬送实时控制系统的开发设计，从该系统的应用中充分体现了ARTIC框架的优点。
上传时间： 2013-06-21
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互联网、移动通信、星基导航是21世纪信息社会的三大支柱产业，而GPS系统的技术水平和发展历程代表着全世界卫星导航系统的发展状况。目前，我国已经成为GPS的使用大国，卫星导航产业链也已基本形成。然而，我们对GPS核心技术(即如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪)的研究还不够深入，我国GPS产品的核心部分多数还是靠进口。因此，对GPS核心技术的研究是非常紧迫的。 本文首先介绍了GPS的定位原理，之后阐述了GPS接收机的基本原理一直接扩频通信和GPS信号的结构与特性。从这些方面出发研究接收机基带处理器的捕获与跟踪设计方案。 设计过程中，先详细分析了滑动相关的捕获算法和基于FFT的快速捕获算法，并利用matlab进行了验证。由于前者灵活性好且可捕获到高精度的码相位和载波频率，适合于本文的硬件接收机，所以本文确定了滑动相关的捕获方案。 接着分析了跟踪环路的特点，跟踪模块采用码跟踪环和载波跟踪环耦合的方法实现。由于GPS系统通常工作在非常低的信噪比环境中，而非相干环在低信噪比下环路跟踪性能较好，所以码跟踪环采用非相干(DDLL)环实现。这种跟踪环路采用的鉴相器是能量鉴相器，对数据的调制和载波相位都不敏感，鉴相器不会产生不确定量。由于输入信号存在180°相位翻转，而COSTAS锁相环允许数据调制，对I支路和Q支路信号的180°相位翻转不敏感，所以载波跟踪环采用COSTAS锁相环实现。上述算法在matlab环境下得到了验证。 基带处理器电路的主要模块在Quartus II8.0开发平台上利用VHDL硬件描述语言实现。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g进行了逻辑仿真。本设计满足系统功能和性能的要求，可以直接用于实时GPS接收机系统的设计中，为自主设计GPS接收机奠定了基础。 最后，由于在弱电磁环境下，捕获失锁后32PPS信号会丢失。所以设计了一个能授时和守时的算法去得到与GPS时同步的精确授时秒信号。并且实现了这个算法。
上传时间： 2013-04-24
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运动控制技术是机电一体化的核心部分，提高运动控制技术水平对于提高我国的机电一体化技术具有至关重要的作用。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推动新的产业革命的关键技术。对于数控系统来说，最重要的是控制各个电机轴的运动，这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的，数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说，运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能，而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用，使运动控制卡的性能得到了不断改进，集成度和可靠性大大提高。 本课题通过对运动控制技术的深入研究，并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状，结合当前运动控制领域的具体需要，紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势，吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。 本课题的具体研究主要有以下几方面： 首先，通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研，和对运动控制技术的深入学习，在比较了几种常用的运动控制方案的基础上，提出了基于FPGA的运动控制设计方案，并规划了板卡的总体设计。 其次，根据总体设计，规划了板卡的结构，详细划分并实现了FPGA各部分的功能；利用光电隔离原理设计了数字输入/输出电路。 再次，利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口，达到跟控制卡通信的目的，针对运动控制中的一些具体问题，如运动平稳性、实时控制以及多轴联动等，在FPGA上设计了四轴运动控制电路，定义了各个寄存器的具体功能，设计了功能齐全的加／减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等，自动降速点运动、A／B相编码器倍频计数电路等特殊功能。最后，进行了本运动控制卡的测试，从测试和应用结果来看，该卡达到预期的要求。
上传时间： 2013-07-27
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温度的测量在工业领域最为常见，随着电子技术、计算机技术的飞速发展，对现场温度的测量也由过去的模拟刻度温度计、指针温度计向数字显示的智能温度计发展，而且，对测量的精度要求也越来越高。目前，尽管市场上也有高精度的温度测量仪，但一般价格都很昂贵。传统的8位单片机已经越来越不能适应日渐复杂的应用需求。友好的交互界面、网络互联功能、智能化的软件、高效的数据处理几乎成了智能化系统的共同需求。随着嵌入式系统的迅猛发展，这种应用系统正逐步取代传统的以PC为中心的应用，成为未来智能化仪表中的主力军。本文立足于设计一种通用性强的测温系统，可以在软硬件两方面适应多种测温元件，为系统日后升级带来方便。 本论文以对通用Linux操作系统在32位ARM微处理器上进行移植并对其实时性进行了改造。研制了铂热电阻高精度温度监测系统，阐述了其具体技术指标及相关实现方法。系统以S3C2410为硬件核心，开发了主板及数据采集调理电路。构建了以微处理器S3C2410、闪存FLASH、存储器SRAM、A/D、键盘、显示器为一体的温度监测的硬件平台。在此硬件平台上嵌入RT—Linux嵌入式实时操作系统，构建系统的多任务管理，最终完成了本课题的设计开发。
上传时间： 2013-06-07
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永磁无刷直流电动机是一种性能优越、应用前景广阔的电动机,传统的理论分析及设计方法已比较成熟,它的进一步推广应用,在很大程度上有赖于对控制策略的研究.该文提出了一套基于DSP的全数字无刷直流电动机模糊神经网络双模控制系统,将模糊控制和神经网络分别引入到无刷直流电动机的控制中来.充分利用模糊控制对参数变化不敏感,能够提高系统的快速性的特点,构造适用于调节较大速度偏差的模糊调节器,加快系统的调节速度;由于神经网络既具有非线性映射的能力,可逼近任何线性和非线性模型,又具有自学习、自收敛性,对被控对象无须精确建模,对参数变化有较强的鲁棒性的特点,构造三层BP神经网络调节器,来实现消除稳态偏差的精确控制.以速度偏差率为判断依据,实现模糊和神经网络两种控制模式的切换,使系统在不同速度偏差段快速调整、平滑运行.此外充分利用系统硬件构成的特点,采用适当的PWM输出切换策略,最大限度的抑制逆变桥换相死区;通过换相瞬时转矩公式推导和分析,得出在换相过程中保持导通相功率器件为恒通,即令PWM输出占空比D=1,来抑制定子电感对换相电流影响的控制策略.上述抑制换相死区和采用恒通电压的控制方法,减小了换相引起的转矩波动,使系统电流保持平滑、转矩脉动大幅度减小、系统响应更快、并具有较强的鲁棒性和实时性.在这种设计下,系统不仅能实现更精确的定位和更准确的速度调节,而且可以使无刷直流电动机长期工作在低速、大转矩、频繁起动的状态下.该文选用TMS320LF2407作为微控制器,将系统的参数自调整模糊控制算法,BP神经网络控制算法以及PWM输出,转子位置、速度、相电流检测计算等功能模块编程存储于DSP的E2PROM,实现了对无刷直流电动机的全数字实时控制,并得到了良好的实验结果的结果.
上传时间： 2013-06-01
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音圈电机(VoiceCoilMotor，简称VCM)是特种直线电机，其工作原理与扬声器的音圈类似。其最突出的特点是体积小、重量轻，动作速度快，可以达到很高的定位精度，推力均匀。自从问世以来，广泛的应用在计算机存储设备、航天仪器(例如航天制冷机)、精密测距仪器(例如霍尔位移测量装置)、精密车床以及移动电话中。目前，生产出的VCM电机广泛应用于消费类和生产类市场，特别是高档家用电器和计算机中。 针对目前我国VCM结构设计的不足及工艺的落后，本文结合现有的加工工艺，研究永磁VCM的设计及结构优化，具体内容如下： 首先，介绍VCM工作原理，以及内磁式与外磁式、长音圈与短音圈、动圈式与动铁式、直线式与摇臂式等不同结构VCM及相应特点，阐述了力矩常数的意义及其对电机性能的影响，并详细介绍了VCM在光盘驱动器、硬盘驱动器，以及在电刷试验台(提供静压力)中的典型应用。 其次，从电机电磁场的基本理论出发，介绍有限元及其在电磁场仿真计算中的应用，并采用有限元软件ANSYS，结合实际算例，对VCM进行建模和仿真。 再次，文中详细介绍了永磁VCM的设计过程，提出了设计方法以供参考，其中包含了定量计算，包括了永磁体材料的选择、体积的计算，音圈的设计(匝数计算及选型)，以及电机整体的机械结构设计。 最后，结合设计VCM应当遵循的原则，提出了若干结构优化设计方案。在理论推导和分析的基础上，结合仿真软件ANSYS，对几种结构分别进行了电机电磁场以及电机性能的仿真分析，其中包括：采用钕铁硼永磁的单励磁结构VCM与传统铁氧体VCM的性能差异；增加极靴对VCM性能影响；增加短路环及变换结构对VCM动态响应速度的影响等。
上传时间： 2013-06-10
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目前嵌入式系统在工业控制和智能家电方面运用地越来越广泛，嵌入式系统应用于安防报警产品，使安防报警产品越来越智能化。未来产品技术将朝着数字化、无线化、集成化方向发展，因此本文设计了一个基于嵌入式系统的安防报警器。 嵌入式防盗报警系统，由可编程主机、遥控器、各种防盗、防抢探测器组成，可通过局域网与小区的监控中心连接，组成一套有线安全防范网络。一旦发生情况，能把报警信息通过通讯网络瞬间远程传输到用户设定的电话、手机、传呼机。同时向监控中心报告，监控中心电脑确定发生警情的地址，及时调动人员作出快速处理。 本文设计以32位ARM920T处理器s3C2410A为主控芯片，操作系统采用嵌入式LINUX操作系统。本文详细阐述一下几点： （1）研究了GSM MODEM的数据传输的特点和工作原理，熟悉控制短信猫的AT指令；分析了烟雾、防盗、煤气等传感器的性能指标和门限数据。为下面的系统的设计与研究提供了必要的理论基础。 （2）建立硬件开发平台，对ARM处理器平台的集成功能进行了研究。其中重点研究了ARMS3C2410处理器，对其性能进行了分析；对处理器的内存设计进行的分析；对所应用的串口电路进行了详细的研究。 （3）采用了嵌入式Linux系统作为操作系统，对Linux系统的内核和文件系统作了进一步的研究。详细研究了Linux系统的bootloader的功能以及它的编译与烧写；Linux内核的剪切、编译和烧写；Linux文件系统的编译与烧写；加载Linux各种服务，比如NFS协议服务。为系统开发搭建了软件平台。 （4）ARM处理器与GSM MODEM通过串口进行数据传输的软件设计；ARM处理器与监控中心的网络传输的软件设计。本系统实现了Linux系统串口和网口进行数据的传输，并对系统性能进行了测试，测试表明平台达到设计要求，性能稳定。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：cy1109
近年来，随着世界上汽车保有量的快速增长，不可避免的带来了交通拥挤、交通事故、废气的排放等问题。这些问题促使人们开始致力于研究智能交通系统（ITS），以此来保障交通安全，提高交通运输效率，方便出行。 车载导航系统是智能交通系统ITS最后发布的环节，它集先进的全球卫星定位技术、地理信息技术、数据库技术、多媒体技术、现代通信技术与嵌入式计算机系统于一体，实现车辆定位、车辆导航、实时信息发布等功能，为驾驶者提供便捷的服务，帮助驾驶者准确、安全、快速地到达目的地。随着汽车工业的快速发展以及对智能化交通的需求加深，研究适合中国国情的车载导航系统，有着极其重要的意义。 本论文针对车载导航系统要求成本低、体积小、功耗低、性能可靠等问题，设计了基于S3C2440A芯片的嵌入式Linux车载导航系统，建立了相应的硬件平台和软件平台，实现车载导航系统的定位查询、最优路径查询等功能。论文的主要工作如下： （1）深入研究智能交通动态信息平台的构架、作用，根据平台需要车载导航系统实现的功能，以及系统所要满足的价格低、体积小、功耗低、性能可靠等指标，提出了嵌入式车载导航系统的整体设计构架。选择使用三星公司32位嵌入式微处理器S3C2440A来搭建系统硬件平台，使用Linux操作系统来进行车载导航系统应用程序的开发。 （2）围绕S3C2440A芯片的性能结构，构建了系统硬件平台的整体框架。根据系统所需要的性能，对框架中的存储模块、GPS模块、GPRS模块以及外围接口等进行了选型设计。 （3）建立Linux操作系统的开发环境，完成BootLoader移植，实现了在S3C2440A芯片上的移植，最后研究了车载导航系统的程序设计与开发。 （4）论文的创新点之一在于设计的车载导航系统是动态交通信息平台中的发布环节，通过GPRS通信，它能够提供实时动态交通信息，并能进行最优路径查询，最大限度地实现了交通信息资源的共享。 （5）另外的创新点在于充分考虑成本和性能的基础上，选用了S3C2440A芯片来构建系统硬件平台。它预留了多媒体接口、相机接口、音频接口、网络接口等可以丰富车载导航系统的功能。 本文所研发的嵌入式车载导航系统经实验室调试，结果表明基本实现了设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着城市高层建筑的发展，建筑的消防安全性越来越引起人们的重视。火灾报警系统是建筑自动化系统中重要的组成部分，它利用各种探测器来检测火情，对火灾的发生进行及时准确的报警，并控制各种灭火设备进行自动灭火和对相关设备进行联动控制。传统的火灾报警系统采用微机中心处理方式，每个控制中心处理2000至8000个探测单元的信息，系统的实时性与稳定性的提升受到控制中心的数据处理能力和网络通信速率的限制。 基于这一现状，本文提出了基于ARM与uC/OS-Ⅱ的网络火灾报警系统。将控制中心的数据处理任务交由各控制单元，引入嵌入式操作系统对任务进行管理，同时引入TCP/IP协议栈实现网络功能，利用Internet来进行信息传输。 本文设计了基于ARM的控制单元硬件平台，并进行了硬件模块测试。ARM作为32位RISC芯片的领导者，具有很高的处理能力，同时其成本较低，十分适用于作为系统中的控制单元，从硬件上保证了系统的数据处理能力与火灾报警的实时性。 在软件上，本文移植了uC/OS-Ⅱ作为系统的软件平台，编写了启动与移植相关代码，并做了移植测试。uC/OS-Ⅱ作为开源的嵌入式实时操作系统，拥有极为精简的内核和出色的实时性与可靠性，作为控制单元的操作系统平台对任务进行管理与调度，从软件上保证了系统的稳定性与可靠性。 最后，本文在ARM和uC/OS-Ⅱ的基础上实现了网络协议栈LwIP的移植，进行了计算机通信测试。网络协议栈的移植使控制单元通过Internet完成信息的传输与控制，提高网络的扩展性与健壮性，同时摆脱了专用网络的传输速率与范围的限制。 本文研究的系统具有分布智能化的特点，多个嵌入式控制单元取代了控制中心火灾信息处理，降低了中心数据处理压力和网络通信压力，平行的网络结构提高了系统的稳定性，个别控制单元故障不会引起整个系统的崩溃，为基于这一思路的火灾报警系统建立了一个完整的软硬件平台。
上传时间： 2013-04-24
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