随着计算机和微电子技术的飞速发展，基于数字信号处理的示波器、信号发生器、逻辑分析仪和频谱分析仪等测量仪器已经应用到各个领域并且发挥着重要作用，但这些仪器昂贵的价格阻碍了它们的普遍使用。 本文针对电子测量仪器技术发展和普及的情况，结合用FPGA实现数字信号处理的优势，研究一种基于FPGA的辅助性独立电予测量仪器的软件系统。这种仪器可以作为数模混合电路测试和验证的工具，用来观察模拟信号波形、数字信号时序波形、模拟信号的幅度频谱，也可以用来产生DDS信号。在硬件选择上，使用具有Altera公司CycloneⅡ器件的平台来实现单片DSP系统，这种芯片成本低廉、工作速度快、技术兼容性好；在软件设计上，采用基于FPGA的可编程数字逻辑设计方法，这种方法具有开发难度小、功能扩展简单等优点。设计中采用的关键技术包括：基于FPGA和IP Core的Verilog HDL设计、数据采集、数据存储、数据处理以及数据波形的实时显示。对这些技术的研究探讨不仅有理论研究价值，在科学实验和产品设计中同样具有重要的实用价值。系统的设计以低资源、高性能为目标，设计中采用了科学的模块划分、设计与集成的方法，在保持原四种信号处理功能不变的前提下，尽量多的节约各种FPGA资源，为实现低成本的辅助电子测量仪器提供了可能。
上传时间： 2013-06-05
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串联电池组广泛应用于手携式工具、笔记本电脑、通讯电台、便携式电子设备、航天卫星、电动自行车、电动汽车及储能装置中。本文就电动汽车的串联电池组加以研究。 随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统(BMS)，是电动车产业化的关键。电动汽车的快速发展，它的能量源-动力电池组，成了电动汽车发展的瓶颈。电池技术和电池能量管理系统(BMS)的研究成为解决这一问题的关键，越来越受到人们的关注。 电动汽车电池组相关技术中的电池管理系统是目前国内外研究的热点。本文描述了电动公交用锂电池配套的电池管理系统的设计与实现。 该电池管理系统在拓扑结构上采用集散式的检测方法，即每箱电池都配备检模块，将各模块所检测的相关电池数据通过内部总线传送给主控模块，再由主模块对整体数据进行分析和存储，并由CAN总线发送给电动公交各车载装置。 本论文首先比较了现有的几种电动汽车常用的电压测量方法，然后提出了电池管理系统中的串联电池组电压测量方法的整体设计方案。即采集各个电池单体的基本信息到BMS控制芯片(单片机MC9S12D64)中进行处理计算，从而得出电池工作状态等信息。 介绍了CAN总线与电动汽车中心控制器进行通信，实现整车的控制。在硬件设计中详细介绍了小系统的设计，电压采集系统的设计，CAN通信接口电路的设计，以及抗干扰等方面的电路设计。并介绍了一些重要器件的选择与参数确定。软件实现方面，着重讲述了检测板电压检测的的功能模块，最后对电池管理系统的进一步发展给出了一些展望。 目前，本课题的研究在理论和实践中都取得了很大的进展，在经过大量的软硬件调试与改进的基础上，该方法已经实现了良好、可靠的运行，取得了很好的效果，为下一阶段的准备打下了很好的基础。
上传时间： 2013-06-01
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断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，对维护电力系统的安全、稳定和可靠运行起着重要的作用。如何使断路器高度智能化，并且更安全和可靠，是电力系统保护的发展要求，也是本论文研究的目的。 本文在深入研究了智能断路器国内外发展状况的基础上，精心设计了以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心的系统硬件。DSP是智能断路器测控单元的核心器件，它实现断路器的各种保护、报警、显示与控制功能。CPLD完成状态量的监测，以及各种逻辑信号的输出。两种器件相互配合使得断路器系统更加智能化。研究了断路器测控单元的测量原理及保护算法，并进行了具体的硬件和软件模块的设计，旨在实现断路器的智能保护、远程控制和集中管理。本设计以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407为核心。硬件设计主要包括信号调理模块设计、信号采样模块设计、保护执行模块设计、CPLD模块设计和输入输出模块设计。并且利用TMS320LF2407本身具有的CAN2.0模块，通过CAN总线实现断路器和上位机的通信，实现遥测、遥调、遥控、遥信等“四遥”功能。软件采用模块化设计，每一个模块相对独立，完成某个特定功能，便于维护和添加新功能，并且调试灵活方便。文中给出了主程序及各个子程序的流程图，其中子程序有数据采集子程序、FFT计算子程序、液晶显示子程序、短路瞬时保护子程序、过载长延时保护子程序、接地故障保护子程序和短路短延时保护子程序等。并且设计中充分考虑了断路器工作环境的恶劣性，分析了各种干扰的来源，并针对各种干扰采取了对应的软件和硬件的抗干扰措施。最后，为了验证全波傅氏算法能否满足电网数据处理精度的要求，利用MATLAB搭建仿真平台，对其进行了仿真。结果表明全波傅氏算法能达到系统的要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着煤炭、石油和天然气等化石燃料迅速消耗，以及由此带来的能源危机与环境污染日益加剧，近年来世界各国都在积极寻找和开发新的、清洁、安全可靠的可再生能源。太阳能具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，是理想的可再生能源。20世纪70年代后，太阳能光伏发电在世界范围内受到高度重视并取得了长足进展。太阳能光伏发电技术作为太阳能利用的一个重要组成部分，并被认为是二十一世纪最具发展潜力的一种发电方式。太阳能光伏发电系统的研究对于缓解能源危机、减少环境污染以及减小温室效应具有重要的意义。 由于太阳能电池阵列是光伏发电系统的核心部件和能源供给部分，因此在光伏发电系统仿真模型的研究中，太阳电池阵列仿真模型的研究至关重要。本文根据硅太阳电池的工程用数学模型建立了太阳能电池阵列的MATLAB仿真模型，分析了太阳辐射强度和温度对太阳电池阵列仿真模型精度的影响，提出了在不同太阳辐射强度时参数的优化设计计算公式，并将仿真结果与实际太阳电池阵列的测量结果进行了比较。 基于太阳能电池阵列的仿真模型，本文建立了太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪MATLAB仿真模型，并对两种常用最大功率点跟踪方法进行了仿真比较研究，验证了理论分析的正确性。 本文针对目前应用广泛的太阳能独立光伏发电系统进行了研究，对系统中常用的DC/DC变换器拓扑及其优缺点进行了总结，并研究了一种新的带有双向变换器的太阳能独立光伏发电系统，对其主电路参数进行了设计，完成了基于TMS320F2812 DSP控制系统的硬件电路设计和软件设计。
上传时间： 2013-04-24
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变频电源具有低损耗和高效率等显著优点，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标，随着工业上变频电源的广泛应用，对其性能参数的检测也越来越重要，因此对变频电源设备输出电参数进行测量方面的研究具有重要的意义。 论文综述了国内外各种交流变频电参数测量系统的研究现状和应用技术，根据变频设备的工作机理和输出特性，提出了系统的总体设计方案。由于变频设备的输出范围广且变化快，并且国内大部分参数测量设备都是针对工频进行设计的，基于此本文采用高速的数字处理器和改进的算法来进行控制实现。 论文首先给出了各电参数测量的国际标准和理论基础，重点分析了如何通过希尔波特变换来实现频率的测量。为了滤除不需要的高次谐波并精确的测量频率，建立了FIR滤波器模型，通过MATLAB编程进行了数字仿真，验证了算法的正确性；利用周期法进行了其它电参数的测量实现，并在Labview 中进行了仿真，作为辅助分析软件具有快速直观的特点并有很大的通用性。 在理论分析和仿真的基础上，论文设计了基于TMS320F2812 DSP的控制系统，并结合原理图介绍了各模块运行原理；重点分析了如何利用CPLD来实现时序控制的功能，并给出了VHDL设计的程序和仿真结果。最后进行软件程序上的设计，对各部分进行了程序分析和设计，各模块结构相互关联，具有很好的扩展性和移植性。
上传时间： 2013-04-24
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随着我国工业和国民经济的快速发展，电网负荷急剧增加，特别是冲击性、非线性负荷所占比重不断加大，使得供电电压发生波动和闪变，严重影响着电网的电能质量。根据国际电工委员会(IEC)电磁兼容(EMC)标准IEC61000-3-7以及国标GB12326-2000，电压波动和闪变己成为衡量电能质量的重要指标。 电压波动和闪变作为衡量电能质量的重要指标，能更直接、迅速地反映出电网的供电质量。然而，目前国内还没有很好的电压波动与闪变测量的数字信号处理方法。为此，论文在深入研究电压波动和闪变测量技术的基础上，提出一种基于Simulink/DSP Builder的数字信号处理的FPGA设计方法，利用DSP Builder工具将Simulink的模型文件(．mdl)转化成通用的硬件描述语言VHDL文件，避免了VHDL语言手动编写系统的烦琐过程，从而能够将更多精力集中于系统算法的优化上。该方法充分利用Matlab/Simulink系统建模的优势，同时也能够发挥FPGA并行执行速度快、测量精度高的优点。 论文首先介绍了电压波动和闪变的基木概念、特征量，阐述了电压波动与闪变的测量原理，分析比较了现有测量方法和装置的特点和优劣。然后依据电压波动与闪变测量的IEC标准以及国家标准，在对电压波动与闪变测量模拟仿真的基础上研究其数字化实现方法，即采用数字滤波的方式在Simulink/DSP Builder工具下设计电压波动与闪变测量系统的数字模型。同时在ModelSim SE6.1d软件下进行了系统功能仿真，并且在Altera公司的FPGA设计软件QuartusⅡ6.0下进行了系统时序仿真。 仿真结果表明，基于Simulink/DSP Builder窗口化的数字信号处理的FPGA设计方案，设计简单、快捷高效，能够满足电压波动和闪变测量最初的系统设计要求，为进一步从事电压波动和闪变测量研究提供了一种全新的设计理念，具有一定的理论与现实意义。
上传时间： 2013-07-10
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便携式B型超声诊断仪具有无创伤、简便易行、相对价廉等优势，在临床中越来越得到广泛的应用。它将超声波技术、微电子技术、计算机技术、机械设计与制造及生物医学工程等技术融合在一起。开展该课题的研究对提高临床诊断能力和促进我国医疗事业的发展具有重要的意义。 便携式B型超声诊断仪由人机交互系统、探头、成像系统、显示系统构成。其基本工作过程是：首先人机交互系统接收到用户通过键盘或鼠标发出的命令，然后成像系统根据命令控制探头发射超声波，并对回波信号处理、合成图像，最后通过显示系统完成图像的显示。 成像系统作为便携式B型超声诊断仪的核心对图像质量有决定性影响，但以前研制的便携式B型超声诊断仪的成像系统在三个方面存在不足：第一、采用的是单片机控制步进电机，控制精度不高，导致成像系统采样不精确；第二、采用的数字扫描变换算法太粗糙，影响超声图像的分辨率；第三、它的CPU多采用的是51系列单片机，测量速度太慢，同时也不便于系统升级和扩展。 针对以上不足，提出了基于FPGA的B型超声成像系统解决方案，采用Altera公司的EP2C5Q208C8芯片实现了步进电机步距角的细分，使电机旋转更匀速，提高了采样精度；提出并采用DSTI-ULA算法（Uniform Ladder Algorithm based on Double Sample and Trilinear Interotation）在FPGA内实现数字扫描变换，提高了图像分辨率；人机交互系统采用S3C2410-AL作为CPU，改善了测量速度和系统的扩展性。 通过对系统硬件电路的设计、制作，软件的编写、调试，结果表明，本文所设计的便携式B型超声成像系统图像分辨率高、测量速度快、体积小、操作方便。本文所设计的便携式B型超声诊断仪可在野外作业和抢险（诸如地震、抗洪）中发挥作用，同时也可在乡村诊所中完成对相关疾病的诊断工作。
上传时间： 2013-05-18
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随着社会的发展，人们对电力需求特别是电能质量的要求越来越高。但由于非线性负荷大量使用，却带来了严重的电力谐波污染，给电力系统安全、稳定、高效运行带来严重影响，给供用电设备造成危害。如何最大限度的减少谐波造成的危害，是目前电力系统领域极为关注的问题。谐波检测是谐波研究中重要分支，是解决其它相关谐波问题的基础。因此，对谐波的检测和研究，具有重要的理论意义和实用价值。 目前使用的电力系统谐波检测装置，大多基于微处理器设计。微处理器是作为整个系统的核心，它的性能高低直接决定了产品性能的好坏。而这种微处理器为主体构成的应用系统，存在效率低、资源利用率低、程序指针易受干扰等缺点。由于微电子技术的发展，特别是专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)设计技术的发展，使得设计电力系统谐波检测专用的集成电路成为可能，同时为谐波检测装置的硬件设计提供了一个新的发展途径。本文目标就是设计电力系统谐波检测专用集成电路，从而可以实现对电力系统谐波的高精度检测。采用专用集成电路进行谐波检测装置的硬件设计，具有体积小，速度快，可靠性高等优点，由于应用范围广，需求量大，电力系统谐波检测专用集成电路具有很好的应用前景。 本文首先介绍了国内外现行谐波检测标准，调研了电力系统谐波检测的发展趋势；随后根据装置的功能需求，特别是依据其中谐波检测国标参数的测量算法，为系统选定了基于FPGA的SOPC设计方案。 本文分析了电力系统谐波检测专用集成电路的功能模型，对专用集成电路进行了模块划分。定义了各模块的功能，并研究了模块间的连接方式，给出了谐波检测专用集成电路的并行结构。设计了基于FPGA的谐波检测专用集成电路设计和验证的硬件平台。配合专用集成电路的电子设计自动化(EDA)工具构建了智能监控单元专用集成电路的开发环境。 在进行FPGA具体设计时，根据待实现功能的不同特点，分为用户逻辑区域和Nios处理器模块两个部分。用户逻辑区域控制A/D转换器进行模拟信号的采样，并对采样得到的数字量进行谐波分析等运算。然后将结果存入片内的双口RAM中，等待Nios处理器的访问。Nios处理器对数据处理模块的结果进一步处理，得到其各自对应的最终值，并将结果通过串行通信接口发送给上位机。 最后，对设计实体进行了整体的编译、综合与优化工作，并通过逻辑分析仪对设计进行了验证。在实验室条件下，对监测指标的运算结果进行了实验测量，实验结果表明该监测装置满足了电力系统谐波检测的总体要求。
上传时间： 2013-04-24
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近红外光谱法是血液成分无创检测方法中的热点，也是取得成果最多的方法之一。但是，个体差异和测量条件是影响近红外光谱血液成分无创检测的一个较突出的问题。而动态光谱法就是针对这个问题而提出的一种全新的近红外无创血液成分浓度检测方法。它从原理上消除了个体差异和测量条件等对光谱检测的影响，为基于近红外光谱法的血液成分无创检测方法进入临床应用去除了一个较为关键的障碍。因此，本文根据动态光谱检测原理设计了基于FPGA的动态光谱数据采集系统。 在分析了动态光谱数据采集系统的性能要求后，采用DALSA的高性能线阵CCD IL-C6-2048C作为光电转换器件；根据CCD输出数据的高速度和信号微弱及含有噪声等特点，选用了高速、高精度、并带有相关双采样芯片的图像处理芯片AD9826作为模数转换器件；以FPGA及其内嵌的NIOSⅡ处理器作为核心控制器，并用LabVIEW对采集得到的数据进行显示。 在FPGA中，利用Verilog HDL语言编写了CCD和AD9826的控制时序；利用两块双口RAM组成乒乓操作单元，实现高速数据的缓存，避免利用NiosⅡ处理器直接读取时的频繁中断。将NIOSⅡ处理器系统嵌入到FPGA中，实现整个系统的管理。NiOSⅡ处理器利用中断方式读取缓存单元中的数据、经对数变换后传递给计算机。其中缓存数据的读取及对数变换均采用自定义组件的方式将硬件单元添加到NIOSⅡ系统中，编程时直接调用。NIOSⅡ系统通过串口将处理后的数据传递给LabVIEW， LabVIEW对数据简单处理后显示，以实时观察采样数据是否正确。 最后对系统进行了实验测试，实验结果表明，系统能够很好的采集并显示数据，能够初步完成光信号的检测。
上传时间： 2013-04-24
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温湿度是影响粮食储藏的重要参数，两者之间是相互关联的，温湿度控制不好必然引起粮食发热和霉变，且极易产生连锁反应，从而造成难以挽回的损失。温湿度的控制直接影响到粮食存储系统的性能。冈此，粮食温湿度测控技术在农业上的应用是十分重要的。本文研究基于FPGA的粮仓温湿度监制系统。 设计了基于FPGA的粮仓温湿度监控系统，该系统主要由温湿度传感器、控制电路、单片机和上位机构成。单片机主要完成温度数据的采集和上位机的通讯；控制电路基于FPGA进行设计，主要负责采集湿度信息，计算温湿度偏差及其变化率，通过调用模糊控制算法对温湿度进行模糊控制，单片机通过RS485总线和上位机进行串口通信，使上位机能够实时记录，显示温湿度变化值和控制过程曲线。该系统实现了粮仓内温湿度的实时监测，使管理人员可以实时掌控粮仓内的温湿度情况。 采用FPGA设计控制电路简化了系统的组成和外围数字电路，易于系统扩展和升级，内部集成了信号处理、控制、检测电路，减少了系统的体积，缩短了开发周期，大大增强了系统的可靠性；配合功率驱动、电源等外围电路，完成信号采集、处理和控制等功能，节省了开发成本，使粮仓温湿度控制系统更加集成化。这也恰恰更加符合当今电子产品高精度，集成化的要求。 系统采用直接输出数字量的DS1820温度传感器和湿度传感器HS1101并将HS1101与555定时器组成振荡电路，其输出为频率脉冲信号，与湿度值成线性关系，该频率脉冲信号可直接送入FPGA进行计数，这样温湿度传感器输出的信号都没有经过放大、A/D转换，进一步减少了测量误差。控制电路采用了VHDL硬件描述语言进行编写。本装置已作出实样，通过了调试，已达到预期效果。
上传时间： 2013-06-16
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