随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-04-24
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在当今的广播系统中，绝大部分的视频信号是隔行采样的。采用这种扫描格式，能够大幅度地减少视频的带宽，但也会引起彩色爬行、画面闪烁、边缘模糊及锯齿等现象。这种缺陷经人尺寸屏幕放大后就更加明显。为改善画面的视觉效果，去隔行技术应运而生。同时，视频信号本身的低帧频也会导致行抖动、线爬行以及大面积闪烁等视觉效果上的缺陷。增加扫描频率会把这些视觉缺陷搬移到人眼不敏感的高频区域上去从而产生较好的主观图象质量。而为了适应不同显示终端以及对图像大小变化的要求就必须对原始信号分辨率即每帧行数和每行像素数进行变换。因此去隔行、帧频转换、分辨率变换成为视频格式转换的基本内容。 FPGA 的出现是VLSI技术和EDA技术发展的结果。FPGA器件集成度高、体积小，具有通过用户编程实现专门应用的功能。它允许电路设计者利用基于计算机的开发平台，经过设计输入、仿真、测试和校验，直到达到预期的结果。使用FPGA器件可以大大缩短系统的研制周期，减少资金投入。另外采用FPGA器件可以将原来的电路板级产品集成芯片级产品，从而降低了功耗，提高了可靠性，同时还可以很方便的对设计进行在线修改。 该文在介绍了视频格式转换中的主要算法后，重点对去隔行、帧频转换、分辨率变换的FPGA综合实现方案进行了由简单到复杂的深入研究，分别给出了最简解决方案、基于非线性算法的解决方案和基于运动补偿的解决方案。最简解决方案利用线性算法将去隔行，帧频转换，分辨率变换三项处理同时实现，达到FPGA内部资源和外部RAM耗用量都为最小的要求，是后续复杂方案的基础。其中去隔行采用场合并方式，帧频转换采用帧重复方式，分辨率变换采用均匀插值方式。基于非线性算法的解决方案中加入了对静止区域的判断，静止区域的输出像素值直接选用相应位置的已存输入数据，非静止区域的输出像素值通过对已存输入数据进行非线性运算得出。基于运动补偿的解决方案在对静止区域进行判断和处理的基础上，对欲生成的变频后的场间插值帧进行运动估计，根据运动矢量得出非静止区域的输出像素值。其中为求得输入场间相应时间位置上的插值帧输出数据，该方案采用了自定义的前后向块匹配运动估计方式，通过对三步搜索算法的高效实现，将SAD 值进行比较得出运动矢量。
上传时间： 2013-07-19
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软件无线电作为一种新的无线通信概念和体制，近年来随着3G标准的提出，日益受到国内外相关通信厂商的重视。尤其是基于软件无线电和智能天线技术的TD-SCDMA作为通信史上第一个“中国标准”，有望扭转多年来我国移动通信制造业的被动局面，是实现信息产业腾飞的一个绝好机会。软件无线电使得通信体制具有很好的通用性、灵活性和可配置性，并使系统互联和升级变得容易。本文以软件无线电中的FIR滤波器为线索，贯穿了信号重构、多抽样率信号处理、积分梳状滤波器等理论分析，重点阐释了FIR滤波器的设计方法及滤波器的FPGA实现等技术问题。 本文首先针对软件无线电中的多抽样率信号处理理论进行了讨论和分析。讨论了软件无线电中如何实现整数倍抽取、整数倍内插、分数倍抽样率变换，并分析了网络结构的等效变换、多相滤波及积分梳状滤波器的设计理论。 紧接着重点阐述了软件无线电中FIR滤波器的设计理论，包括窗函数法、频率抽样法及等纹波法。分析了各种设计方法所能达到的性能指标及优缺点，并结合工程实例给出了相关的Matlab程序。并对FIR滤波器结构的选择及系数字长的确定等问题进行了分析。此外，也介绍了在Matlab进行辅助设计时一些常用函数和命令的用法。 本文选用FPGA来实现中频软件无线电，FPGA与参数化ASIC、DSP比较有很多优势，它不但在功耗、体积、成本方面优于参数化ASIC、DSP，而且处理效率高、现场可编程性能良好。不同于DSP的单流处理方式，FPGA是多流并行处理，这种处理方式使FPGA能完成DSP难以实现的许多功能。在简单介绍了FPGA的一般原理，以及FPGA设计中的关键技术和在信号处理中的设计原则以后，重点介绍了FIR滤波器的FPGA实现方法。提出了分布式算法、加法器网络法以及分段FIFO等实现方法。最后，提出了一种QuartusII与MATLAB联合仿真的方法。此方法能够直观的检验滤波器的滤波效果，提高设计效率。并结合工程实例详尽的介绍了FIR滤波器的设计开发流程。
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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本文对于全并行Viterbi译码器的设计及其FPGA实现方案进行了研究，并最终将用FPGA实现的译码器嵌入到某数字通信系统之中。 首先介绍了卷积码及Viterbi译码算法的基本原理，并对卷积码的纠错性能进行了理论分析。接着介绍了Viterbi译码器各个模块实现的一些经典算法，对这些算法的硬件结构设计进行优化并利用FPGA实现，而后在QuartusⅡ平台上对各模块的实现进行仿真以及在Matlab平台上对结果进行验证。最后给出Viterbi译码模块应用在实际系统上的误码率测试性能结果。 测试结果表明，系统的误码率达到了工程标准的要求，从而验证了译码器设计的可靠性，同时所设计的基于FPGA实现的全并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的应用场合。
上传时间： 2013-07-30
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逆变控制器的发展经历从分立元件的模拟电路到以专用微处理芯片（DSP/MCU）为核心的电路系统，并从数模混合电路过渡到纯数字控制的历程。但是，通用微处理芯片是为一般目的而设计，存在一定局限。为此，近几年来逆变器专用控制芯片（ASIC）实现技术的研究越来越受到关注，已成为逆变控制器发展的新方向之一。本文利用一个成熟的单相电压型PWM逆变器控制模型，围绕逆变器专用控制芯片ASIC的实现技术，依次对专用芯片的系统功能划分，硬件算法，全系统的硬件设计及优化，流水线操作和并行化，芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。首先引述了单相电压型PWM逆变器连续时间和离散时间的数学模型，以及基于极点配置的单相电压型PWM逆变器电流内环电压外环双闭环控制系统的设计过程，同时给出了仿真结果，仿真表明此系统具有很好的动、静态性能，并且具有自动限流功能，提高了系统的可靠性。紧接着分析了FPGA器件的特征和结构。在给出本芯片应用目标的基础上，制定了FPGA目标器件的选择原则和芯片的技术规格，完成了器件选型及相关的开发环境和工具的选取。然后系统阐述了复杂FPGA设计的设计方法学，详细介绍了基于FPGA的ASIC设计流程，概要介绍了仅使用QuartusII的开发流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII结合使用的开发流程。在此基础上，进行了芯片系统功能划分，针对：DDS标准正弦波发生器，电压电流双环控制算法单元，硬件PI算法单元，SPWM产生器，三角波发生器，死区控制器，数据流/控制流模块等逆变器控制硬件算法/控制单元，研究了它们的硬件算法，完成了模块化设计。分析了全数字锁相环的结构和模型，以此为基础，设计了一种应用于逆变器的，用比例积分方法替代传统锁相系统中的环路滤波，用相位累加器实现数控振荡器（DCO）功能的高精度二阶全数字锁相环（DPLL）。分析了“流水线操作”等设计优化问题，并针对逆变器控制系统中，控制系统算法呈多层结构，且层与层之间还有数据流联系，其执行顺序和数据流的走向较为复杂，不利于直接采用流水线技术进行设计的特点，提出一种全新的“分层多级流水线”设计技术，有效地解决了复杂控制系统的流水线优化设计问题。本文最后对芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。指出了设计中的“竞争冒险”和饱受困扰之苦的“亚稳态”问题，分析了产生机理，并给出了常用的解决措施。
上传时间： 2013-05-28
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通信领域的主导技术有两种：用于内部商业通信的局域网(LAN)中的以太网(Ethernet)和广域网(WAN)中的SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。因为在SDH网络上不直接支持以太网，当企业(客户)间需要彼此通信或企业(客户)内需要将其总部与分部连至同一LAN网时互连问题便应运而生。 该研究课题的目的是研究在EoS(EthernetoverSDH)实现过程中存在的技术难题和协议实现的复杂性，提出一种简单、快速、高效的协议实现方法。主要关注的是EoS系统中与协议帧映射相关的关键技术，例如：自定义帧结构、帧定位、全数字锁相技术、流量控制技术等，最终完成EoS中这些关键技术模块的设计。 该课题简单分析EoS系统相关协议帧结构及EoS系统的原理，阐述了FPGA技术的实现方法，重点在于利用业界最先进的EDA工具实现EoS系统中帧映射技术。系统中采用一种简化了的点对点实现方案，对以太网的数据帧直接进行HDLC帧格式封装，采用多通道的E1信道承载完整的HIDLC帧方式将HDLC帧映射到E1信道中，然后采用单通道承载多个完整的E1帧方式将E1映射到SDH信道中，从而把以太网帧有效地映射到SDH的负荷中，实现“透明的局域网服务”。这对在现有的SDH传输设备上承载以太网，开发实现以太网的广域连接设备，将会具有重要的意义。
上传时间： 2013-04-24
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本论文围绕大容量汽轮发电机的进相运行展开了研究工作。全文共分七章。第一章首先阐述了发电机进相运行的重要性和迫切性，对国内外相关方面的研究概况作了较为系统全面的综述，并对本论文的研究内容作了简单介绍。第二章给出了低频三维涡流电磁场的复边值问题，并介绍了复矢量场的一些理论基础。然后分别利用伴随算子和伴随场函数(广义相互作用原理)、最小作用原理和拉格朗日乘子法(广义变分原理)，建立了低频三维涡流电磁场中非自伴算子问题的变分描述。上述三种方法所得的结果与Galerkin法的结果完全一致。第三章介绍了圆柱坐标系下基于拱形体单元的三维稳态温度场有限元计算模型，并将变分法的结果与Galerkin法的结果进行了对比。第四章建立了汽轮发电机端部三维行波涡流电磁场的数学模型，在涡流控制方程中引入了罚函数项以使库伦规范自动满足，并应用广义相互作用原理导出了对应的泛函变分及其有限元计算格式。然后对多台大容量汽轮发电机端部的涡流电磁场进行了实例计算，并分析了罚函数项对数值解稳定性的影响以及影响端部电磁场的各种因素。第五章建立了大型汽轮发电机端部三维温度场的有限元计算模型，并应用传热学理论研究了散热系数、等效热传导系数等问题。然后求解了QFSS-300-2型汽轮发电机端部大压圈上的三维温度场分布，并与两台机组多种工况下的实测数据进行了对比。第六章介绍了二维稳态温度场的边值问题及其等价变分，导出了其有限元计算格式。然后求解了QFQS-200-2型汽轮发电机端部压圈上的温度分布，并与实测数据进行了对比。第七章首先定性研究了汽轮发电机从迟相运行到进相运行过程中不同区域上磁场强度的变化规律。然后介绍了发电机变参数数学模型，结合实测数据以及最小二乘回归分析计算了发电机稳态运行时的相关电气参数，并分析了发电机各物理量之间的相互关系。随后分析了不同工况下发电机端部结构件上的涡流损耗及温升的变化趋势。最后，利用发电机变参数模型给出了发电机的饱和功角特性、静稳极限以及运行极限图。
上传时间： 2013-07-10
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开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点，在很多领域都显示出强大的竞争力，但是位置传感器的存在不仅削弱了SRM结构简单的优势，而且降低了系统高速运行的可靠性，增加了成本，探索实用的无位置传感器检测转子位置的方案成为开关磁阻电机驱动系统(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)研究的热点。SRM高度非线性的电磁特性决定了在精确的数学模型基础上实现无位置传感器控制十分困难，而人工神经网络的出现为解决这个问题提供了新的思路。径向基函数(RadialBasisFunction，RBF)神经网络是一种映射能力极强的前向型神经网络，具有收敛速度快、全局逼近能力强等优点。本文提出一种利用自适应RBF神经网络对SRM进行控制的新方法，所采用的RBF神经网络以电机绕组的相电流、磁链作为输入，转子位置作为输出，通过离线和在线相结合的方法对网络进行训练，建立SRM电流、磁链与转子位置之间的非线性映射，从而实现SRM的无位置传感器控制。 常规的PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好，但当被控对象具有高度非线性和不确定性时，仅靠PID调节效果不好。对于SRM，它的电磁关系高度非线性，固定参数的PID调节器无法得到很理想的控制性能指标。论文提出了一种基于RBF神经网络在线辨识的SRM单神经元PID自适应控制新方法。该方法针对开关磁阻电机的非线性，利用具有自学习和自适应能力的单神经元来构成开关磁阻电机的单神经元自适应控制器，不但结构简单，而且能适应环境变化，具有较强的鲁棒性。同时构造了一个RBF网络对系统进行在线辨识，建立其在线参考模型，由单神经元控制器完成控制器参数的自学习，从而实现控制器参数的在线调整，能取得更好的控制效果。 仿真及实验结果表明，自适应RBF神经网络能够实现电机的准确换相，从而实现了电机的无位置传感器控制；基于RBF神经网络在线辨识的单神经元自适应控制能够达到在线辨识在线控制的目的，控制精度高，动态特性好，具有较好的自适应性和鲁棒性。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，嵌入式Internet远程测控系统已成为计算机控制领域一个重要组成部分，它将计算机网络、通信与自动控制技术相结合并成为新兴的研究热点。通过嵌入式Internet控制系统，用户只要在有网络接入的地方，就可以对与网络连接的任何现场设备进行远程测控。嵌入式系统可以根据应用进行软硬件的定制，特别适用于对成本、体积、功耗有严格要求的各种远程测控设备。该项技术的研究具有广阔的应用前景。 嵌入式Web远程监控不同于以往的C/S和B/S网络监控技术，它通常采用嵌入式系统作为Web服务器，使得系统的成本大大降低，且设备体积小巧，便于安装、易于维护，安全可靠，此技术自问世以来得到了业界的广泛关注，各式各样的解决方案和实现方式层出不穷。 本文提出了一种基于ARM的嵌入式网络控制系统。该系统以嵌入式Boa服务器作为远程信号的传输平台。首先对网络的系统结构和工作原理作了详细介绍，然后对嵌入式网络控制系统的实现作了深入的探讨和研究。 整个嵌入式网络控制系统主要划分为三个部分：嵌入式网络控制系统硬件设计；嵌入式网络控制器的软件设计；嵌入式网络控制系统Web服务器实现。系统选用主流的ARM微处理器LPC2210作为系统主控制器，并根据需要给出了具体的硬件电路设计，包括：存储器接口电路、网络接口电路、串行通信接口电路以及信号调理电路设计。鉴于μ Clinux对ARM技术的有力支持，且μ Clinux具有内核可裁减、网络功能强大、低成本、代码开放等特点，通过对μ Clinux的裁减、配置和编译，成功地将μ Clinux移植到LPC2210中。然后完成设备驱动开发、嵌入式网络控制系统Boa服务器的构建及系统应用开发。 该嵌入式网络控制系统融合监控网与信息网，实现了远程分布式测控和通讯。系统稳定性高、实时性好、性价比高，具有广泛的应用价值，适用于工业、交通、电力、能源等众多控制领域。
上传时间： 2013-04-24
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