目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-21
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水泵效率是反映水泵经济性能和综合性技术指标的参数。随着我国节能减排工作的深入开展，用泵企业要求准确、经常性地测试水泵的效率值，掌握设备的能源利用率和设备自身状况，评估设备运行经济状况的合理程度。目前，国内水泵效率检测仪器的测量精度低、实时性和可靠性较差，现场可操作性差，人机界面不够友好。 本课题是利用ARM嵌入式系统来实现水泵效率检测仪器的研制，旨在开发一种操作简单、便于携带又能满足指导经济运行精度要求的泵效测量装置，将计算机技术、传感器技术、数据采集处理技术、嵌入式系统技术相结合，实现水泵效率检测的同时，也实现了水泵各项主要参数的测试、数据保存、传输及曲线拟合等功能。研究了数据采集与处理、曲线拟合、数据库开发、通信等实现中的重点、难点问题，并采取了有效的硬件和软件抗干扰措施，确保了系统的稳定性和可靠性。 本文以模块化和结构化的思想搭建了基于ARM9的硬件平台，设计了专用模拟电路，研究了嵌入式操作系统WinCE4.2的移植，利用Platform Builder进行了操作系统内核的定制和编译，分析了WinCE4.2 Bootloader的工作原理和架构，根据系统的功能需要和硬件资源分配、设计了设备的Bootloader。 应用层开发使用embedded Visual C++4.0开发工具，集成IDE环境，快速的开发Windows CE应用程序。主要内容包括：开发友好的人机界面、实现仪器的基本功能、显示水泵机组的性能参数、绘制水泵性能曲线并显示和构建水泵性能数据库、实现通信。 在样机试制完成后，对多台水泵进行了试验，试验结果证明本检测仪器具有稳定可靠、测试精度和自动化程度高、管理维护方便的特点，具有较好的技术经济性能。
上传时间： 2013-06-02
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随着水声技术研究的不断深入，各类水声设备也得到迅速发展，在海洋探测、水下通信、军事国防等方面广为应用。与此同时，水声数据采集系统也受到越来越多的关注。由于信道复杂、信号衰减大以及环境恶劣等因素的影响，设计一个可靠性高、功耗低、实时性强且符合水声工程要求的数据采集系统成为一项重要任务。 本课题研究内容来源于某型水下测量系统。论文在分析了水声信号特点的基础上，阐述了用于水声信号数据采集系统的设计原则。针对水声数据采集的应用需求，采用嵌入式ARM9处理器和嵌入式实时操作系统VxWorks设计并研制了一套基于ARM_VxWorks的高可靠水声数据采集系统。 本设计以S3C2410嵌入式处理器，高精度ADC和以太网控制器CS8900以及大容量数据存储器为系统的关键部件，对VxWorks操作系统进行了移植，设计了配用的板级支持包，并开发了相应的驱动程序。 在上述基础之上，针对水声数据采集系统的特点和要求，开发了以网络通信为数据传输手段的数据采集系统，并实现串行通信和大容量数据本地存储功能。 对系统的测试结果表明，采用ARM_VxWorks结构的数据采集系统能够有效地完成水声数据采集任务。
标签： ARMVxWorks 水声数据 采集 系统研究
上传时间： 2013-06-10
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核地球物理勘探是集核探测技术、电子技术、计算机技术为一体，能够快速、准确地分析出核素的相关信息及参数的一门综合性很强的学科。目前己广泛应用于铀矿勘探、地质填图、油气勘测以及寻找各种金属和非金属矿产等诸多领域。其中核地球物理数据的采集和处理是核地球物理勘探研究的重要课题之一，它将直接对测量结果产生影响。 本系统设计是架构在基于ARM7TDMI核的16/32位处理器S3C44BOX的硬件基础上，移植了嵌入式μCLinux操作系统、JFFS2文件系统、以及MiniGUI图形开发库。通过利用S3C44BOX处理器快速的运算速度、丰富的外围设备和嵌入式μCLinux操作系统及其丰富的软件资源，编写了系统引导代码、集成了LCD、MCA硬件设备的驱动程序、开发了GPS、GPRS应用程序。本论文研究成果主要有： 1.研制了基于高端的16/32位ARM7TDMI处理器S3C44BOX为控制核心、外围电路带有LCD显示以及时钟和存储电路的核数据采集系统。该系统能够稳定运行在60MHz频率，无需上位机，用户就可与之进行交互工作，能够独立完成能谱数据的采集、分析、存储等功能。系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。 2.实现了嵌入式μCLinux操作系统在采集系统上的移植。随着嵌入式系统的迅速发展，嵌入式操作系统在核仪器研制中的应用不仅能够提高系统的稳定性，而且通过充分利用Linux丰富的软件资源，能够快速的完成系统的定制和开发，构建复杂的软件系统。 3.实现了基于μCLinux的JFFS2嵌入式文件系统的移植，安全可靠的管理了系统引导代码、＃CLinux操作系统内核映象文件、谱处理程序和数据等。 4.初步实现了GPS定位、GPRS数据无线传输的功能。
上传时间： 2013-04-24
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核能谱仪中的数据采集系统，集核探测技术、电子技术、计算机技术为一体，以多道脉冲幅度分析器为核心部件，能够快速、准确地提取出核素的相关信息及参数。现已于勘探、建材放射性检测及环境放射性监测等领域得到广泛应用。随着嵌入式技术的发展，以32位ARM为核心的微控制器已被引入进来，提高了数据采集的速度和精度，同时嵌入式操作系统的引入也为功能扩展、系统集成提供了高效的开发平台。 本论文介绍的核数据采集系统即以ARM微控制器LPC2148和实时操作系统μC/OS-II为平台，谱数据采集为基本功能，在此基础上扩展GPS和GPRS模块，可实现GPS信息和核信号的实时、同步接收，保存和显示，并可将采集的数据通过GPRS网络及时传到采集中心进行谱数据处理和GPS差分定位，为野外多点测量及远程监测提供了有效的手段。 课题以教育部的高等学校博士学科点专项科研基金项目“基于3GS技术的便携式核地球物理数据采集系统研究(项目编号：20040616014)”为依托，本人在已有研究成果的基础上，进行了相关改进和系统集成： (1)选用轨对轨运算放大器，改进了峰值检测电路，增大了脉冲峰值的测量精度。 (2)数据采集系统以32位ARM微控制器LPC2148为核心，外围电路带有LCD显示，系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。 (3)实现了核数据采集系统对GPS、GPRS的集成。 (4)完成嵌入式μC/OS-II操作系统在LPC2148上的移植、操作系统的搭建，及各功能模块的设计与集成。
上传时间： 2013-04-24
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液位是工业生产中常见的测量参数，化工、石油、污水处理等各类工厂企业都要进行液位测量。目前，液位检测技术飞速发展，新的液位测量仪表量程大、精度高、功能全，我国新型液位仪表大多依靠进口。由于超声波测量液位具有非接触测量、可测低温介质、能够定点和连续测量等优点，近年来，超声液位测量技术取得了长足的进步，己成功应用于江河水位、化学和制药工业、食品加工、罐装液位等多种领域。 本文研制的是基于ARM的超声波液位计。传统的超声波液位计一般使用8位的单片机作处理器，采用电子元件捕捉到超声波回波信号后产生中断，判断超声波的传播时间。本文提出了使用32位ARM芯片做处理器，采用数字信号处理的方法来判断超声波传播时间的设计方案。 本文使用高性能的ARM7TDMI-S内核的芯片LPC2119作为系统的运算控制器，加强了系统对超声波回波信号的处理能力；使用A/D转换器将回波信号转换为数字信号，采用数字滤波处理信号，利用数值处理来判断超声波回波信号的起始点，提高了液位的测量精度；采用单换能器收发一体式电路设计，简化了液位的计算；利用LPC2119芯片内部的CAN总线控制器设计了CAN总线通信接口；选用一线式数字温度传感器DSl8820进行温度补偿，避免了由于环境温度的变化而产生的测量误差。ARM芯片丰富的内部资源和I/0口线有利于今后扩展功能，升级系统。本超声波液位计使用方便，精度高，能满足工业生产中的要求。
上传时间： 2013-04-24
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直流电动机由于具有良好的调速特性，宽广的调速范围，在某些要求调速的地方，特别是对调速性能指标要求较高的场合，如轧钢机、龙门刨床、高精度机床、电动汽车等中，得到了广泛地应用。国外这类调速系统的价格高，而国内的同类产品性能指标不够稳定，因此设计一个性能价格比较高的直流调速系统，对工业生产具有重要的现实意义。 本文采用ARM S3C2410为控制芯片，以模糊PID为智能控制方法，设计了基于实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的直流电机调速系统。首先对模糊控制及嵌入式系统作了简单介绍，构建了模糊PID控制的直流电机调速系统模型，并在MATLAB环境下，对设计模型进行了仿真，在仿真的基础上设计了控制系统硬、软件，主要包括MOSFET驱动、光电隔离、键盘显示、转速测量、H桥可逆控制部分等，并将嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ移植到该系统中，实现了对直流电机的良好调速性能。 控制系统硬件实现模块化设计，线路简单，可靠性高。软件设计采用可读性强的C语言，自底层向上层的原则设计，程序逻辑性强、易于修改维护。以ARM为核心的控制系统，结构简单，抗干扰能力强，性价比高。仿真和试验表明：基于模糊PID智能控制的直流电机调速方法是可行的，有很好的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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本文所研究的是基于微处理器ARM和操作系统Linux的嵌入式继电保护应用的设计与实现。 主要内容包括以下几个方面： 1.介绍了研究的背景、意义及国内外研究的现状等内容。 2.介绍了嵌入式系统的发展现状和发展趋势。 3.介绍了嵌入式系统实现的硬件核心一嵌入式处理器以及软件环境。本系统的硬件核心是Samsung公司推出的基于ARM的嵌入式处理器S3C2410X，软件平台则采用嵌入式操作系统Linux。 4.详细分析了装置的功能需求，并在此基础上提出了装置的总体设计方案及设计原则。 5.叙述了系统的硬件模块及功能配置。 6.叙述了装置软件的设计以及具体实现过程。 通过硬件模块的配置和软件的设计，提高了装置的精度和动作的可靠性以及软件的可扩展性，不仅可以完成传统继电器的所有保护功能，还具有对电网参数的实时测量、事件记录功能，各种信号的测量值和保护动作值都可通过LCD显示，并且同时通过RS—485通讯接口可进行远方通讯。
上传时间： 2013-06-10
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超声波流量计以非接触、精度高、使用方便等优点，在气象、石油、化工、医药、水资源管理等领域获得了广泛的应用。近年来，随着数字处理技术和微处理器技术的发展，超声波流量计作为一种测量仪表也得到了长足进步。本课题将ARM微控制器用于流量测量仪表的研制，拓展了仪表的开发空间，符合嵌入式技术的发展方向。 本文详细介绍了超声波时差法流量测量原理及基于LPC2214的超声波流量计系统设计方案和软硬件实现方法，并对测时算法进行了详细讨论。通过分析和借鉴国外超声波流量测量的先进技术和方法，得出了改进的时差法测量方案。系统硬件设计了超声波发射、接收及放大电路，采用高速模数转换器数字化接收信号，并对ARM系统电路中的电源电路，存储器电路，通信接口电路等进行了详细介绍。系统软件详细分析了嵌入式操作系统uClinux的移植方法，给出构建ARM-uClinux平台的步骤，并基于此平台，完成了系统软件设计。测时算法运用数字滤波技术提高信号信噪比，采用方差比检验方法和插值算法，提高测时定位精度。 系统设计良好的人机交互界面和通信调试接口，提高了ARM系统的软件开发调试效率；在保证流量计系统功能的同时，尽量简化硬件电路设计，降低研制成本，使设计更具合理性。
上传时间： 2013-04-24
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GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，而一体化GPS接收机更是具有全内置、防水、耐寒以及操作方便、适用范围广等优点，己经广泛应用于控制测量和大地测量中。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。 本文介绍了GPS系统的特点、工作原理、课题背景、国内外相关产品的现状以及发展趋势，阐述了GPS接收机的设计原理。文章认为，GPS接收机中的微处理器的性能直接影响整机的性能，相比较其它微处理器，ARM微处理器具有一些独特的优势。文章了ARM系列微处理器尤其是ARM7微处理器的性能特点，并给出了利用ARM7微处理器LPC2138芯片和xc3s1000型FPGA设计GPS接收机的实际设计和调试方案，并对此方案进行了论证，同时给出了各个功能模块的软硬件实现过程，并对样机进行了性能指标测试。
上传时间： 2013-04-24
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