随着微处理器技术与信息技术的不断发展，嵌入式系统的应用也进入到国防、工业、能源、交通以及日常生活中的各个领域。嵌入式系统的软件核心是嵌入式操作系统。然而，国内在嵌入式系统软件开发上有很多困难，主要有：国外成熟的RTOS大都价格昂贵并且不公开源代码，用好这些操作系统需对计算机体系结构有深刻理解。针对以上问题，免费公开源代码的嵌入式操作系统就倍受瞩目了，μC/OS-II就是其中之一。μC/OS-II是面向中小型应用的、基于优先级的可剥夺嵌入式实时内核，其特点是小巧、性能稳定、可免费获得源代码。 本文在深入研究μC/OS-II内核基础上，将其运用于实际课题，完成了基于ARM架构的μC/OS-II移植及实时同步交流采样的误差补偿研究。本文主要工作内容和研究成果如下： 1.剖析了μC/OS-II操作系统内核，重点研究了μC/OS-II内核的任务管理与调度算法机理，得出了μC/OS-II内核优点：任务调度算法简洁、高效、实时性较好(与Linux相比)。 2.介绍了ARM9体系架构，重点讲叙了MMU(存储管理单元)功能。为了提高交流采样系统的取指令和读数据速度，成功将MMU功能应用于本嵌入式系统中。 3.完成了μC/OS-II操作系统在目标板上的移植，主要用汇编语言编写了启动代码、开关中断、任务切换和首次任务切换等函数。 4.针对国内外提出的同步交流采样误差补偿算法的局限性，本文从理论上对同步交流采样的准确误差进行了研究，并尝试根据被测信号周期的首尾过零点的三角形相似法，求出误差参数并对误差进行补偿。此外，考虑到采样周期△T不均匀，经多次采样后会产生累积误差，本文也给出了采样周期△T的优化算法。 5.完成了系统硬件设计，并根据补偿算法和△T优化法则，编写了相应采样驱动和串口驱动。最后对实验数据进行了分析和比较，得出重要结论：该补偿算法实现简单，计算机工作量小，精度较高。
上传时间： 2013-04-24
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智能城市公交系统为解决城市交通拥堵、空气污染，降低交通事故提供了解决方案，并在世界各国达成广泛的共识。我国政府为改善城市公共交通系统投入了大量的财力对公交系统进行升级和改造，智能调度、自动报站、车辆监控等新技术应用于城市公交系统中。IEEE802.15.4/ZigBee标准的制定，不仅为工业控制、家居自动化控制和遥测遥控等领域提供了一种无线互联互通的标准，而且给智能公交系统带来了新的生机，为智能交通系统及相关产业的发展提供了有力的契机。 本文给出了IEEE802.15.4/ZigBee标准的介绍，给出了协议栈框架结构，从物理层到应用层进行了分析，并将ZigBee技术与其他无线通信技术做了比较，分析了ZigBee技术应用的场合。 在查阅大量参考文献的基础上，，设计了基于ZigBee技术的智能公交系统的框架结构，分析了始发站、中间站、终点站的功能，并尝试采用挪威Chipcon公司的ZigBee—CC2430无线模块来代替GPS技术实现公交车辆自动报站。 在始发站停车场监控系统中，重点研究ZigBee定位机制，研究了多边定位算法、几何算法、加权质心算法等，并改进现有的定位算法，并使用MATLAB工具进行仿真分析，实现了基于ZigBee技术的公交车定位系统；在中间站电子站牌设计中采用能量检测算法实现了与车载终端的通讯，编写了电子站牌和公交车载终端的通信协议并实地测试了自动报站功能。 最后设计了以Philips公司的ARM7芯片LPC2364为微处理器的智能公交车载终端，并给出了各部分的硬件电路设计。
上传时间： 2013-05-25
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轨道电路是列车运行实现自动控制和远程控制的基础设备之一，铁路信号系统是保证运输安全的基础设施，是实现铁路统一指挥调度，保证列车运行安全、提高运输效率和质量的关键技术设备，也是铁路信息化的重要技术领域。 基于ARM与DSP的铁路信号测试仪主要作用是及时测试铁路信号状况，反映铁路运行的情况。开发此套系统是集测试25Hz相敏轨道电路的电压自动记录仪以及相位差监测仪、ZPW-2000A的载频与低频测试功能于一体，是性价比较高、功能齐全的监测管理系统，它发挥了ARM控制性好与DSP计算速度快的优势，实现了互补。由于采用的主要是集成芯片，所以体积小，重量轻，功耗低和便于携带，便于现场检测。在满足要求的前提下，为降低开发成本提高可靠性，CPU采用LPC2210的ARM7芯片。为使测试仪直观、操作简便，系统提供了良好的人机界面，包括显示，按键操作等。 论文对FFT以及相关算法进行了分析和Matlab仿真；论文中给出了时钟电路、LCD电路、数据存储器Flash、JTAG等各功能模块的设计原理，完成了硬件电路设计；系统软件设计遵循模块化、自顶向下的设计思路。在软件设计方面，首先采用的是传统主循环控制方法，功能上主要实现了A/D采样程序、LCD显示程序、数据存储程序等的设计，对两路25Hz信号电压相位差的计算，其误差不人于1度。为了改善系统性能提高系统的实时性，系统中引入实时操作系统μC/OS-Ⅱ，也有利于代码移植及系统功能扩展。
上传时间： 2013-04-24
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目前运动控制主要有两种实现方式,一是使用PLC加运动控制模块来实现：二是使用PC加运动控制卡来实现。两者各有优缺点,但两者有以下共同的缺点：一是由于它们儿乎都是采用通用微控制器(MCU和DSP)来实现电机控制,由于受CPU速度的限制,以及CPU的多个进程同时处理,故无法在控制精度和控制速度比较高的场合中应用。二是它们的设计只是把运动控制部件当作系统的一个部分,如果要完成一个机械设备的完整控制,还需要辅助有其他的数字量/模拟量控制设备。这样在提高了系统成本的同时,也降低了系统的可靠性。 论文设计了一种基于ARM+CPLD的高速运动控制器,该控制器采用高速的CPLD处理器来完成电机的闭环控制,辅助以NXP的32位ARM7TDMI处理器LPC231X来实现复杂的运动规划,使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳；同时为系统扩展了常规运动控制卡不具备的通用I/O接口,除开4轴运动控制所需要的8点高速脉冲输入和8点高速脉冲输出外,系统具有24点数字量输入(可选共阴或共阳),25点继电器输出,仅一台这样的专用设备就可以完成4轴运动控制和设备上其它开关量控制。 系统采用可移植的软、硬件设计。硬件上以运动控制部件为核心,可以方便的在ARM处理器预留的资源上扩展出数字输入,数字输出,AD输入,DA输出等常用功能模块。系统软件构架如下：在最上层,系统采用μC/OS-Ⅱ操作系统来完成系统任务调度；在底层,将底层设备的操作打包编写成底层驱动的形式,可直接供用户程序调用；在中间层,可根据不同的用户要求编写用户程序,再将其传递给μC/OS-Ⅱ来调度该用户程序。 将该运动控制器应用于工业应用中的套标机,在对套标机进行运动分解之后,结合套标机的电气特性,很好的实现了运动控制器在套标机上的二次开发,满足了套标机在现场中的应用。
上传时间： 2013-04-24
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T-Kernel作为一种嵌入式操作系统，由于实时性和开源性，在嵌入式操作系统领域中的应用越来越广泛。ARM是一款比较好的微处理器，T-Kernel在ARM上的应用研究基本上是空白，所以结合两者进行研究促进T-Kernel在国内嵌入式领域的发展。同时，T-Kernel内部调度机制存在着优先级反转缺陷，优先级反向使得高优先级任务的执行时间无法预测，增加了实时系统的不确定性。早期的解决协议较好地解决了优先级反转问题，但同时也存在着自身不足之处。 针对T-Kernel存在的缺陷，在深入研究相关协议的基础上，本论文提出了一种新的改进的优先级继承协议。该协议设置超时保护机制，避免任务在获取信号量时长时间的阻塞，结合Havender提出的“有序资源使用法”防止死锁发生，给出该协议的分析过程，并把该协议结合到T-Kernel中。在这个基础之上，建立研究开发平台；针对硬件设备，研究引导程序的执行原理，实现系统的引导程序；构建T-Kennel内核；移植内核到开发板；最后对T-Kernel的启动过程进行了详细的分析。 T-Kernel在ARM上的移植研究，为嵌入式系统开发的提供了一种开发流程，同时对于T-Kernel的启动过程的分析，为以后的应用程序开发提供了一个接口；对于T-Kernel存在的优先级反转问题的解决，可以改进T-Kernel的实时性和灵活性，同时为实时系统的性能改进提供了参考。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式操作系统是嵌入式系统应用的核心。完成简单功能的嵌入式系统一般不需要操作系统，但是随着所谓后PC时代的来临，嵌入式系统设计日趋复杂，嵌入式操作系统就必不可少了。一般而言，嵌入式操作系统不同于一般意义的计算机操作系统，它有占用空间小、执行效率高、方便进行个性化定制和软件要求固化存储等特点。 本文在讨论了嵌入式操作系统的基本理论之后，论述了MINIX 3操作系统的特点，指出了MINIX 3向嵌入式操作系统方面发展的意义和可行性。建立可移植代码是操作系统移植的首要步骤和重要途径，本文又论述了建立可移植代码的一般方法和过程。而后深入分析了MINIX 3操作系统的内核结构及组成部分，重组了内核目录树，列出了移植MINIX 3内核需要重新编写的内核接口。在MINIX 3已有代码的基础上，分离了一部分机器相关代码和体系结构不相关代码，建立了相应的可移植代码。 提到嵌入式，就不能不提ARM，ARM体系结构是目前最流行的嵌入式微处理器体系结构。本文就是针对ARM处理器体系结构来展开的，文中简单介绍了ARM处理器的情况，并且对应ARM体系结构修改了MINIX 3内核的部分代码。最后在深入分析了MINIX3操作系统进程调度算法和代码之后，结合软实时操作系统进程调度特点和要求，改进了MINIX 3进程调度策略，使之适合软实时操作系统的要求，并给出了修改后的相关源代码。
上传时间： 2013-06-24
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嵌入式测控系统和测控装置在工业生产过程控制、仪器仪表及自动化系统、智能楼宇监控等方面得到广泛的应用。由于嵌入式测控系统监控对象的多样性，因此通用性不是很强，传统的设计方法都是从底层的硬件设计开始，再设计专用的软件，导致设计周期长，重复工作多，成本增加。微电子技术和计算机技术的飞速发展，使得微处理器的性能和功能得到极大的提高，为通用型测控平台的构建奠定了基础。 本文提出了一种嵌入式测控平台的设计思路。采用主板和扩展板相结合的模块化设计，使嵌入式测控系统可以在一个标准化平台上进行构建。平台主板选用基于32位ARM7TDMI-S内核的微控制器LPC2292作为核心，加上以太网芯片、CPLD以及其它外围电路，构成了一个维持系统正常运行的最小系统。扩展功能模块包括ZigBee无线通信、USB、A/D、D/A、液晶触摸屏等模块，通过层叠式结构与主板连接。测控开发平台在功能、电路、结构上实现了可裁剪、可扩展，能满足大多数嵌入式测控系统的需求。 在实现嵌入式测控开发平台硬件设计的基础上，嵌入式测控平台引入了Nucleus Plus实时操作系统来完成系统资源的管理和任务的调度。文中提出了启动代码模版的概念，简化了移植操作系统的工作，提高了效率。 基于ARM的嵌入式测控开发平台为开发各种智能化、小型化现代测控系统提供了可重用、高性能、图形化、网络化软硬件基础平台和高效的开发模式。从而，大大缩短了软、硬件开发的周期，具有十分重要的意义。 作为在测控开发平台的基础上构建测控系统的实例，研制了气门弹簧负荷计算机自动分选系统的现场级控制器。
上传时间： 2013-06-16
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随着国内工业化、数字化的迅速发展，嵌入式开发在IT行业中的重要性越来越显著。嵌入式开发领域对产品的功能性、稳定性、实时性等方面的要求也越来越高。 采用嵌入式实时操作系统作为开发平台，以高性能的嵌入式处理器为工业控制等领域的主控制器可以有效地提高系统的可靠性、实时性、和软件编程的灵活性。在嵌入式处理器方面，ARM构架已经在高性能、低功耗、低成本的嵌入式领域里占领先地位。而在嵌入式操作系统方面，适合国内发展方向的解决方案以及系统基础结构方面并不理想。首先，国外成熟的嵌入式实时操作系统大都成本高、结构复杂，不适合强实时应用；其次，因大部分实时操作系统不公开源码，使开发的产品存在安全隐患。而类似μC/OS-II的小型强实时嵌入式操作系统内核虽然具有低成本、易控制、小规模、高性能等特性，但这类系统的基础较为薄弱，面临产品化和商业化还有一定的距离。 本文针对这种情况，结合现有的操作系统内核理论及嵌入式强实时系统的特殊需求，特别是对μC/OS-Ⅱ的研究分析基础上，面向强实时应用，设计、构造了一种适合在32位ARM处理器环境下使用的内核。这样做的目的是为了提供一个基础牢固、值得信赖的基本平台。 本文研究工作主要集中在以下几个方面： 针对嵌入式环境中高效、简洁、易扩展、易剪裁的要求，对内核体系结构框架进行了设计。内核整体上采用分层结构，在各层中采用功能相对独立的模块：在最底层借鉴微核的原理，只提供最基本的功能模块。 针对系统快速和稳定的实时响应能力需求，为IRQ中断建立了统一的中断入口，采用合理的半嵌套工作方式；保留FIQ为不可屏蔽中断，在快速反应场合使用；引入中断分段处理机制解决中断和任务的ITC机制共享，需要硬保护机制相互协调所引起的硬保护机制被隐性地泛滥使用问题。 针对应用提出的系统行为的可预测性需求，在调度算法方面采用基于优先级位图的抢占阈值调度算法，提高了处理器的利用率和任务集合的可调度性，减少了内核存储开销；在共享资源访问控制方面，以优先级天花板协议为依据，使用互斥事件解决优先级反转和死锁问题的发生。 为了保障系统的强实时性能，本文还对内核的时钟管理、内存管理等方面进行了设计。最后，通过实时性能测试，结果表明该实时内核有很好的强实时特性。
上传时间： 2013-04-24
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AGV(Automated Guided Vehicle)即自动导引车，是具备一定自主能力的运输设备，在自动化物流系统和工厂自动化系统中具有重要的应用价值。 AGV是一种高度自动化产品，它所涉及的技术包括针对特定用途的车体结构、货物移送机构、路径导引技术、货位检测技术、防碰撞技术、驱动技术和控制技术。更深入的研究还包括多车协调与优化调度技术、智能控制技术等。 本文首先对AGV的发展及关键技术进行了总结与归纳，并分析了现有技术的特点与不足，在此基础上设计了一个模拟货物分拣的小型AGV系统。车体采用二轮驱动和前后万向轮支承的结构，可以实现灵活的转向和快速移动。导引方式采用光电传感器路径导引，以计数方式实现货位识别检测。ARM是一种高性能的嵌入式微处理器，AGV控制系统采用了基于ARM7核的微控制器LPC2210，其丰富的片上资源可以很方便地实现AGV的所有检测、信息处理及控制功能。利用LPC2210的串行通信功能，再配合无线通信模块建立与PC机的通信联系，通过PC机实现对AGV小车的控制与调度。 制作完成后的AGV样机在实验室模拟环境下进行了性能测试，其性能指标均满足设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着新的控制算法的应用和电子技术的发展，移动机器人正朝着高速度、高精度、开放化、智能化、网络化方向发展，对控制系统也提出了更高的要求。移动机器人要实现高速度、高精度的位置控制和轨迹跟踪，必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统。 导航是移动机器人最具挑战性的能力之一，机器人感知、定位、认知及运动控制的性能是决定导航成功的关键因素。根据课题“仿生导航系统”的要求，本文选择“主控制器+运动控制器+英特网远程无线监控”结构进行导航移动机器人控制系统的设计。首先分析导航移动机器人体系结构，建立机器人运动学模型，最后详细阐述控制系统的全部开发过程，包括控制系统需求分析、总体设计、功能模块的划分及软硬件的设计与实现，并对无线通信及英特网通讯做了一些基础研究，开发了无线通讯模块软件和上位机软件。 在控制系统的硬件设计方面，主要包括基于 LPC2138 的主控制单元、基于HCTL-1100 的运动控制单元、基于 6N137 的光电隔离单元、基于 LMD18200 的功率放大单元、传感器接口单元及上位机无线通讯单元的电路设计。软件方面，在μC/OS-Ⅱ实时操作系统的多任务环境下，利用其任务调度功能，合理地协调和组织了控制系统的各项硬件资源，提高了整个系统的实时性和可靠性。上位机采用的无线通讯、Internet 通讯以及可视化监控程序界面，让用户可以方便直观地远程观察和控制机器人。 该控制系统的研制为仿生传感器性能测试提供了一个良好的实验平台，经过实验，验证了系统的可行性，系统的各项功能及控制精度满足设计要求。
上传时间： 2013-05-22
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