无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量传感器节点组成，这些节点部署在监测区域内通过无线通信方式，形成的一个多跳自组织的网络。整个网络的作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息，并发送给观察者，可广泛应用于环境监测、医疗护理、军事、商业等多个领域。 媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）协议处于无线传感器网络协议的物理层和路由层之间，用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响。与传统无线网络不同，提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。 本文主要阐述基于FPGA对IEEE802．15．4 MAC层功能的实现。首先介绍了无线传感器网络的体系结构、MAC协议的设计要求以及已有的MAC层协议，讨论了无线传感器网络MAC层的主要要求和功能。然后详细介绍和分析了IEEE802．15．4的MAC协议，并在此基础上，通过NS2平台对MAC层协议进行了仿真，研究不同网络负荷下信道访问机制的各个参数对吞吐量，丢包率，传输延时的影响，分析了隐蔽站问题、确认帧机制。 本文对MAC层中的主要功能，诸如数据收发、帧处理、信道接入方式以及帧检验等提出了基于FPGA的硬件解决方法。设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模块的综合和布局布线，在QuartusⅡ和Modelsim中进行时序仿真验证，最终下载到自主设计Altera公司的Cyclone开发板中。 对设计的验证采取的是由里及外的方式，先对系统主模块的功能进行验证，然后下载到与CC2430开发板相连接的FPGA中对设计进行验证测试。验证流程是功能仿真、时序仿真和板级调试，最终通过测试，验证了该设计的功能。测试结果表明，该模块能满足无线传感器网络低速率应用环境的需要，具有优良的扩展性能，达到了预期的设计目标。
上传时间： 2013-06-14
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高速数据采集系统在信号检测、雷达、图像处理、网络通信等领域有广泛应用，不同的应用要求使用不同的总线和不同的设计，但是，无论基于何种应用，其设计的关键在接口的实现上。 @@ 随着cPCI总线技术的发展，cPCI总线逐渐代替了PCI总线、VME总线，成为测控领域中最受人们青睐的总线形式。 @@ 为满足高速采集过程中数据传输速度的要求和采集卡与PC机连接的机械强度的要求，本论文提出设计基于cPCI总线接口的数据采集系统。设计中利用单片FPGA芯片实现PCI协议，代替传统的FIFO芯片和串并转换芯片，并完成对模拟电路的控制功能；并提出将应用程序中的一部分数据读写操作放入动态链接库中，减少因应用程序反复调用驱动程序而造成的资源浪费和时间的延迟。 @@ 通过分析PCI总线协议，理解高频数字电路设计方法和高速数据采集原理，本文开发了基于cPCI接口的高速数据采集系统。经过综合测试和现场应用验证表明，采集系统已达到了要求的性能指标。 @@关键词：FPGA；数据采集系统；cPCI； PC
上传时间： 2013-07-08
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本文研究了在复杂背景下红外图像的背景和噪声抑制算法，并且完成了硬件实现，主要包括以下内容： 1.通过对实际红外图像的背景和噪声特性的研究分析，设计改进了一种基于加权广义次序统计滤波器的背景抑制的算法。红外图像的噪声通常为脉冲噪声，具有高频特性；而红外图像的背景变换比较缓慢，其频谱成分多集中在低频区域，所以本文在对图像特性分析的基础上，设计改进了基于加权广义次序统计滤波器的背景抑制的算法。在对采集的起伏背景红外图像进行背景抑制后，用全局门限可以有效的分割出目标信息，输出包含目标信息的二值化图像，为后续处理提供数据。但是出于更复杂背景条件下算法有效性的目的，深入讨论了局部自适应门限分割算法的设计。 2.在实时信号处理系统中，底层的图像预处理算法目前难以用软件实现；但是其运算结构相对比较简单，适于用FPGA进行硬件实现。本文对算法的FPGA设计作了较为深入地研究，同时介绍了算法的VHDL实现，利用模块化的优点对算法分模块设计，对各个模块的实现作了详细介绍。 3.完成了红外成像制导系统的预处理部分硬件电路设计，对FPGA中预处理算法的处理结果进行了验证。通过算法在硬件上的实现，证明了算法的有效性。
上传时间： 2013-07-02
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微处理器技术、传感器技术和无线通信技术的进步，推动了无线数据采集系统的产生和发展。数据采集技术广泛应用于雷达、通信、遥感遥测等领域。在各种信息的获取中，对高速数据采集的需求非常广泛。随着测控技术的发展，对数据采集系统的智能化和网络化水平也提出了更高的要求。并且由于通讯网络的飞速发展，移动通信与实际应用的结合使得各种基于GPRS网络的无线数据传输系统成为当前远距离无线通讯领域最为广泛的应用。本课题将广泛应用的嵌入式控制器引入到数据采集系统设计中，并结合GPRS优秀的网络特性，实现了一个低功耗、智能化、网络化、软硬件可根据具体测量任务适当裁减的无线高速数据采集平台。 本设计采用32位ARM处理器S3C2410为核心器件，配以FPGA+DDRSDRAM高速数据采集模块，GPRS数据通信模块，在Linux嵌入式操作系统和应用软件的支持下，实现了数字化高速采集，数字化无线数据网络传输的现场数据采集系统。该平台采集的现场数据主要为各种传感器输出的电压模拟量。前端数据采集模块的FPGA控制高速AD转换器将输入的模拟量信号采集后，存储在由DDRSDRAM构成的大容量缓存中，再经过嵌入式系统中的微控制器进行各种处理，然后将处理结果保存在ARM系统的SDRAM内存，最后通过在ARM系统模块扩展的GPRS模块，将采集到的数据通过GPRS网络发送出去。 IAnux由于其代码开放性以及强大的网络功能等特点，在许多的嵌入式网络设备中有着广泛应用，与其他的嵌入式操作系统相比，具有着更多的优势。因此本课题将其作为硬件平台的操作系统。基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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目前国内井下水泵电机多数采用传统的人工进行控制，即人工加继电器进行控制的方法。这种方法控制线路复杂，设备运行的自动化程度低，可靠性差，工人劳动强度大，应急能力差等缺点。针对当前国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展所遇到的实际问题，研制了基于ARM的煤矿井下水泵电机网络监控系统，不仅可以完成水位检测、轴温检测、流量检测、水泵起动、停止及其过程控制，而且还可以进行数据传输、处理等工作。它具有以下特点：水位实时在线检测与显示；水泵启动与停止控制；多台水泵实时“轮班工作制”；根据涌水量大小和用电“避峰就谷”原则，控制投入运行的水泵台数；与监控中心联网，实行集中控制。 本文所设计的监控系统由监控中心、监控终端和远程访问三部分组成，分别介绍了监控系统的硬件设计、电机保护算法设计、系统通讯网络的设计和监控系统软件的设计。 监控系统的硬件设计主要针对监控终端的硬件设计，它采用S3C440X作为监控终端的处理芯片。根据监测的主要参数如水泵电机电流、电压、水泵开停状态、电机温度、井底水仓水位、水泵出口流量的实际特点，通过ARM芯片的快速处理运算能力，实时计算出水泵的三相有功功率和无功功率、功率因数等参量，井底水仓的水位和水泵出水口的流量、水泵的三相电压和电流准确值。把处理运算的结果通过以太网传到监控中心进行存储、显示和打印，同时监控中心根据传上来的结果进行判断，然后根据判断的情况确定是否需要给监控终端发送控制命令。 电机保护算法设计方面，主要针对系统数据采集的特点，对相电流、相电压进行交流信号采样。对采样后的数据运用快速傅立叶变换（FFT）进行数值计算，获得了高精度的测量。 系统通讯网络的设计主要针对系统两层通讯网络的协议进行分析与设计。监控中心软件采用基于Basic的可视化的程序设计语言Visual Basic6．0进行开发。客户端利用计算机网络技术，使用B/S模式远程实现对系统运行数据的传输，以便可以查询实时数据和历史数据，实现资源共享。
上传时间： 2013-06-25
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近些年来，随着以计算机技术、通信技术为主的信息技术的快速发展和Internet的广泛应用，嵌入式系统也受到了越来越多的重视，日益广泛的应用与工业控制、移动通讯、家用电器以及消费电子设备中。 而数据采样在现代工业中发挥着非常重要的作用，工业设备的监测和控制都离不开数据的采集。但传统的基于单片机系统的数据采样模块因为无法或很难完成操作系统的嵌入、文件的管理、各种接口的连接、与Internet的互联、大容量存储器的扩展等功能，所以在许多领域的应用受到限制。针对这些问题，设计开发了基于Linux操作系统的嵌入式数据采集模块。 本文在综合分析了现有数据采集系统存在问题的基础上，新设计的嵌入式数据采集系统采用板卡式结构提高了系统的可扩展性和灵活性；采用嵌入式Linux内核作为系统的运行、调度的核心，提高了系统的软件可移植性和稳定性；采用基于ARM9核的32位嵌入式微处理器，作为控制、处理和通信的核心，提高了整个硬件系统的处理能力、控制灵活性以及抗干扰能力，并降低了功耗。系统有强大的网络通信能力，为接入Internet提供了可能。 基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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无线传感器网络是一项融合计算机技术、半导体技术、通信技术、传感器技术等的新兴技术，它在军事、工业、农业、建筑、医疗、交通等各个领域均有广阔的应用前景。无线传感器网络中包含众多关键技术，因此需要一种功能强大的节点支持网络的正常运行，为用户提供多功能的服务。 目前无线传感器网络节点的硬件平台绝大部分是基于单片机实现的，它们具有有限的存储和处理能力，只能完成简单的传感器数据采集、处理和转发功能。有少部分硬件平台采用32位的处理器，但是这些平台的价格昂贵或者灵活性较差，不利于无线传感器网络的实验研究及应用的拓展。 基于上述研究现状，本文设计并实现一个基于32位ARM处理器和Linux操作系统的无线传感器网络节点。该节点具有强大的存储、处理能力，而且成本和功耗较低，能够配合不同类型的传感器节点使用，便于二次开发，对于无线传感器网络各种理论和算法的验证及实现各种应用有重大意义。论文主要分为三部分： 1、无线传感器网络节点硬件设计：在分析现有硬件平台缺点的基础上，设计本文的无线传感器网络节点硬件结构，进行硬件选型并分析各个模块的结构和硬件原理，搭建好硬件平台。 2、无线传感器网络节点软件实现：根据设计的无线传感器网络节点硬件结构分析软件应包含的内容及层次结构。由于Linux支持多种体系结构、开源等优点，因此本文选择其作为无线传感器网络节点的操作系统，并分层次地实现基于Linux的整个软件系统，包括引导程序、内核、根文件系统、驱动程序。 3、无线传感器网络节点的应用：在1、2部分完成的基本功能上需要扩充具体的应用程序才能将该节点应用到实际环境中。这部分首先分析本文所实现的节点的几种典型应用场景，然后在该节点上实现几种常用的服务程序，最后设计并实现质心定位应用案例，展示了在此节点上可方便地实现功能扩充和特定应用开发，同时也说明了该节点强大的功能。
上传时间： 2013-04-24
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随着通信技术的发展，无线通信技术在工业领域的应用日益增多。以前，工业中大多采用有线或人工的方式进行数据采集与传输，虽然简单实用，却耗费了大量人力、物力资源，且很大程度上限制了应用场所的拓展。因此，选取一种相对经济、稳定而又高效的无线传输方式就变得紧迫和必要。 随着GPRS网络技术的逐渐成熟，GPRS无线网络逐渐显露出其在远距离通信应用中的优势。于此同时，嵌入式软硬件技术的飞速发展也使得嵌入式产品进入千家万户。因此，采用基于嵌入式系统和GPRS网络进行无线通信渐渐成为当今应用的热点之一。 本系统采用高性能嵌入式微处理器S3C2410和GPRS无线通讯模块MC39i构建硬件平台，以嵌入式Linux操作系统和TCP/IP协议建立软件平台，完成基于ARM-Linux的嵌入式数据采集与远传系统设计。 本文首先对嵌入式系统的概况进行了综述，接着对嵌入式处理器、嵌入式操作系统和GPRS无线网络技术进行了概要介绍，然后提出了基于ARM-Linux的嵌入式数据采集与远传系统的设计方案，并从硬件设计和软件实现两方面具体阐述了该系统的开发实现过程，包括搭建以S3C2410和MC39i为核心的硬件平台以及在该硬件平台上建立基于嵌入式Linux操作系统的软件平台，并最终实现了数据采集与远传功能。 此系统由于采用了高性能的ARM处理器和嵌入式Linux系统，因此在多任务并行处理和进程实时处理等方面具有一定的优势。该系统可以广泛应用于燃气、油田和电力等部门，具有较好的发展前景。
上传时间： 2013-07-08
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研究如何将当前流行的嵌入式技术应用于工业领域中的数据采集与记录方面，是当今工业过程测量控制领域发展的一个必然方向。 本论文所设计完成的嵌入式工业过程数据采集与记录系统，是以32位ARM7微处理器S3C44B0X为核心，取代了传统的单片机，并且引入了μClinux多任务实时操作系统。采集到的工业现场的实时数据，经A/D转换等步骤处理后，显示在高分辨率的彩色LCD上。在MiniGUI的支持下，通过丰富的图形界面功能，以曲线或表格的形式显示工业现场实时数据的变化趋势，具有良好的人机界面。输入功能通过点击触摸屏来实现，可以像使用Windows操作系统一样，点击菜单、滚动条、列表框、按钮等控件以完成相应的操作。数据的记录完全脱离PC机，显示在LCD上的数据，可以实时的以文件的形式存储在Nand Flash中，必要的时候通过USB接口用U盘导出。μClinux操作系统中移植了BOA网络服务器和CGI脚本程序，因此具有动态Web监控功能，用户可以在PC机上的浏览器中通过网络随时监测工业现场的实时数据。 经过测试，该系统可以稳定可靠的运行，完全实现了工业现场数据的实时采集、人性化显示、规范化操作、脱机化记录和网络化监测等一系列功能，取代了传统的底层智能仪表搭配PC机的构架，将其功能合二为一，对工业企业的技术进步和生产过程的现代化有着重要的作用。
上传时间： 2013-07-18
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视频监控以其直观方便、准确、信息内容丰富而广泛应用于许多场合，已经渗透到交通、城市治安、国防等多种领域，甚至家庭安防，在人们的日常生活中扮演着越来越重要的作用。 由于传统的视频监控系统存在着结构复杂、稳定性可靠性不高、价格昂贵而且传输距离明显受限的缺点。近年来，随着计算机、网络、电子与通信、图像处理等技术的飞速发展，嵌入式网络视频监控技术应用而生。 本文针对视频监控系统的实际需求，结合嵌入式技术、图像处理技术和网络技术，设计并实现了一种实时性好、可靠性高、成本低的嵌入式网络视频监控系统。该系统以ARM9微处理器作为硬件平台，以具有开发资源丰富、免费等优势的Linux操作系统作为软件开发平台。该系统采用以太网作为网络传输介质，并使用TCP/IP网络协议。视频数据的传输协议选择了支持组播技术的RTP/RTCP传输协议，客户端在Linux下实现了基于SDL库视频显示。 论文首先描述了嵌入式系统与视频监控技术的发展及相关技术，分析了国内外视频监控系统的现状和发展趋势，对视频监控系统研究的背景和意义进行了阐述，并讨论了几种常见的视频监控解决方案，对几种目前流行的视频压缩算法进行了对比；然后，提出了嵌入式视频监控系统的软、硬件总体架构，并逐步对硬件平台和软件模块设计进行了选择和细化。其中，硬件平台根据视频数据采集以及处理需要选择了摄像头和存储器；软件设计中，首先完成了嵌入式系统的交叉开发环境搭建，针对ARM-Linux特性，完成了在开发板上操作系统和文件系统等移植，最后完成了Linux下V4L视频采集、JPEG图像压缩、RTP/RTCP网络传输、SDL库视频显示以及avi格式视频文件保存等。 此外，对系统构建过程中所用到的某些关键技木进行了较为详尽的探讨和研究，这对于从事相关科研工作的同仁们具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-04-24
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