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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自20世纪90年代以来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术和通信及网络技术的发展，微机保护和测控装置的性能得到大幅提升，以此为基础的变电站自动化系统在我国的电力系统中得到长足的发展和广泛的应用。 @@ 为增加产品的市场竞争力，电力系统二次设备生产厂商紧跟市场需求，将各种具有高性价比的新型处理器芯片和外围芯片大量应用到变电站自动化系统的保护、测控装置上，如32位CPU、数字信号处理芯片DSP、高速高精度A/D转换芯片、大容量Flash存储芯片、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些功能强大的器件的应用使保护测控装置在外形上趋于小型化集成化，而在功能上则较以前有显著提升。同时，各种成熟的商用嵌入式实时操作系统的采用使处理器的性能得到充分发挥，装置通信、数据存储及处理能力更强，性能大幅提高，程序移植升级更加方便快捷。 @@ 本论文以现阶段国内外变电站自动化系统测控技术为参考，根据变电站自动化系统的发展趋势和要求，研究一种基于ARM和FPGA技术并采用嵌入式实时操作系统的高性能测控装置，并给出硬软件设计。 @@ 装置硬件采用模块化设计，按照测控装置基本功能设计插件板。分为主CPU插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控出口插件、直流采样及输出插件。除主CPU插件，其他插件的数量可以根据需要任意增减，满足不同用户的需求。 @@ 装置主CPU采用目前先进的基于ARM技术的微处理器AT91RM9200，通过数据、地址总线和其他插件板连接，构成装置的整个系统。交流采样插件采用FPGA技术，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10实现交流采样的控制，降低了CPU的负担。 @@ 软件采用Vxworks嵌入式实时操作系统，增加了系统的性能。以任务来管理不同的软件功能模块，利于装置软件的并行开发和维护。 @@关键词：测控装置；嵌入式实时操作系统；ARM；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-04-24
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本文提出了一种基于FPGA的硬件防火墙的实现方案，采用了FPGA来实现千兆线速的防火墙。传统的基于X86等通用CPU的防火墙无法支撑快速增长的网络速度，无法实现线速过滤和转发。本文在采用FPGA可编程器件+通用CPU模式下，快速处理网络数据。网络数据在建立连接跟踪后，直接由FPGA实现的快速处理板直接转发，实现了网络数据的线速处理，通用CPU在操作系统支持下，完成网络数据的连接跟踪的创建、维护，对网络规则表的维护等工作。FPGA硬件板和CPU各司所长，实现快速转发的目的。 本文设计了基于FPGA的硬件板的硬件规格，提出了硬件连接跟踪表的存储模式，以及规则表的存储模式和定义等； 防火墙系统软件采用NetBSD操作系统，完成了硬件板的NetBSD的驱动；在软件系统完成了新建连接的建立、下发、老化等工作；在连接跟踪上完成了规则的建立、删除、修改等工作。 本文完成了防火墙的实现。实现了基于连接跟踪的包过滤、地址转换（NAT），设计了连接跟踪的关键数据结构，包过滤的关键数据结构等，重用了NetBSD操作系统的路由。本文针对地址转换应用程序的穿透问题，新增了部分实现。 在DoS攻击是一种比较常见的攻击网络手段，本文采用了软硬件结合的方法，不仅在软件部分做了完善，也在硬件部分采取了相应的措施，测试数据表明，对常见的Syn洪水攻击效果明显。 在实践过程中，我们发现了NetBSD操作系统内核的软件缺陷，做了修正，使之更完善。 经过测试分析，本方案不仅明显的优于X86方案，和基于NP方案、基于ASIC方案比较，具有灵活、可配置、易升级的优点。
上传时间： 2013-06-21
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矢量网络分析仪是一个复杂的测试系统，由测试信号源、 功率分配器、定向耦合器、驻波比桥、测试接收机、检测 器、处理器及显示等部分构成。主要用来测试高频器件、 电路及系统的性能参数，如线性参数、非线性参数、变频 参数、混合S参数等
上传时间： 2013-06-07
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基于FPGA的智能小车系统就是本地计算机通过接入Internet小车实现对远端工作现场、危险工作地段等特殊环境进行监视和控制的系统。智能小车是智能行走机器人的一种，这种智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响，可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务。适用于国防及民用多个领域。整个系统以遥控小车装置为基础，通过配置在上面的摄像头实现图像的采集及对行车道的检测，通过配置的红外测温仪探测环境和目标的温度，具有一定的智能性。其明显的优点是可以通过网络远程控制小车运行及采集现场的温度、图像等相关信息，完成人类在特定条件下无法完成的工作。对人类的科学研究、探索未知领域、远程监控等有着重要的意义。 论文在深入研究SOPC和嵌入式操作系统的基础上，提出了基于FPGA的智能小车远程监控方案。采用FPGA来实现，可以充分利用现有的IP核，功能扩展容易，设计开发成本低，上市时间快，修改方便，甚至可以远程重构系统。与单片机相比，集成度高，可靠性好，调试和维护方便。 论文主要内容包括以下几个部分：在对智能小车功能分析的基础上，设计了硬件系统，并在FPGA上构建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系统，配置了SPI、串行口和以太网接口模块和驱动程序，以及各种存储器。移植了μClinux操作系统，配置嵌入式Web服务器，编写CGI程序，设计了动态网页；并对行车道检测系统进行了研究，在DSP Builder中构建了该模块，并在Matlab中进行了仿真。在研究数码相机模块和红外测温模块的基础上，编写了图像采集和温度测量程序以及小车运动控制程序，并对系统进行了调试，初步达到通过Internet实现远程监控的目的。
上传时间： 2013-05-24
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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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低压电力线通信(PLC)具有网络分布广、无需重新布线和维护方便等优点。近年来，低压电力线通信被看成是解决信息高速公路“最后一英里”问题的一种方案，在国内外掀起了一个新的研究热潮。电力线信道中不仅存在多径干扰和子信道衰落，而且还存在开关噪声和窄带噪声，因此在电力线通信系统中，信道编码是不可或缺的重要组成部分。 本文着重研究了在FPGA上实现OFDM系统中的信道编解码方案。其中编码端由卷积码编码器和交织器组成，解码端由Viterbi译码器和解交织器组成，同时为了与PC机进行通信，还在FPGA上做了一个RS232串行接口模块，以上所有的模块均采用硬件描述语言VerilogHDL编写。另外，峰值平均功率比(PAR)较大是OFDM系统所面临的一个重要问题，必须要考虑如何降低大峰值功率信号出现的概率。本文重点研究了三种降低PAR的方法：即信号预畸变技术、信号非畸变技术和编码技术。这三种方法各有优缺点，但是迄今为止还没有一种好方法能够彻底地解决OFDM系统中较高PAR的弊病。本论文内容安排如下：第一章介绍了课题的背景，可编程器件和OFDM技术的发展历程。第二章详细介绍了OFDM的原理以及实现OFDM所采用的一些技术细节。第三章详细介绍了本课题中信道编码的方案，包括信道编码的基本原理，组成结构以及方案中采用的卷积码和交织的原理及设计。第四章详细讨论了编码方案如何在FPGA上实现，包括可编程逻辑器件FPGA/CPLD的结构特点，开发流程，以及串口通信接口、编解码器的FPGA设计。第五章详细介绍了如何降低OFDM系统中的峰值平均功率比。最后，在第六章总结全文，并对课题中需要进一步完善的方面进行了探讨。
上传时间： 2013-04-24
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双足机器人是一个多自由度、多变量、非线性的复杂动力学系统。其控制平台的研究往往涉及嵌入式技术、传感器技术、步态规划、路径导航、人工智能、自动化控制等多种理论与技术，体现了信息科学和人工智能技术的最新成果，应用领域广大，具有重要的研究价值。其中，双足机器人导航控制系统是双足机器人控制平台研究中的重点和难点，将在自动驾驶、未知区域的探索、危险环境作业、核电站的维护等领域中发挥极大的作用。 本文以双足机器人导航控制系统的设计为研究背景，结合嵌入式系统开发的关键技术，主要论述了两个核心内容：一是双足机器人导航决策系统的设计。该系统是基于一种新式的ARM&DSP主从控制模式下的设计。该设计借助内外传感器系统的反馈，通过对多传感器信息的融合与处理，在导航决策算法的作用下，实现双足机器人在未知环境下平滑的自主导航。二是为增强双足机器人导航的人机交互性和控制系统对突发事件的处理能力，在基于MiniGUI的系统平台上设计了双足机器人的导航控制系统界面。论文的主要内容包括： 首先，设计了双足机器人的本体模型，并对双足机器人的步态规划做了理论研究，为步态控制获得理论上的支持。 然后，就双足机器人导航控制平台的搭建做了详细的介绍，并着重对主从控制器间通讯的CAN接口做了详细的设计。 接着，从两个层面设计了导航决策系统，一是根据内部传感器得到的关节信息，比对决策层中的步态规划算法，对关节的运动进行实时的补偿和调整，实现各关节动作的协调，得到标准的步态，保证每一步的稳定和准确。二是对外部传感器获得的外界环境信息进行处理，构建出供决策层使用的外部环境模型，之后在基于模糊神经网络的导航算法的指引下，实现双足机器人对外界环境做出合理、平滑的响应。 最后，介绍了导航控制界面的设计与实现。重点介绍了MiniGUI开发平台的搭建、基于MiniGUI的界面程序的设计以及程序在开发板上的移植，实现了控制界面在双足机器人导航上的应用。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式系统是当前最为热门的研究领域之一，也是“后PC时代”最有发展前景的方向之一。目前，它已经被广泛地应用于信息家电、手持通信设备、仪器仪表、汽车、航空航天、工业控制以及数据采集等应用领域，为人们的工作和生活带来了极大的便利。其中，GPRS DTU是嵌入式系统在工业控制和数据采集领域的重要应用，它可以实现将串口数据通过GPRS网络进行数据传输，提供了无线备份链路，增强了数据传输的可靠性。伴随着对智能化的需求日益增长，提出了智能化GPRS DTU的概念。除了原有的基本功能，还需要增加智能化功能模块，比如支持自动心跳、保持永久在线，支持远程登录，远程Web管理，远程自动更新等。这样就极大地节省了后期维护费用，降低了成本。因此，对智能化GPRS DTU的研究具有广泛的意义和良好的商业前景。 本文主要是设计并实现智能化GPRS DTU的应用平台，对关键技术进行了深入研究。首先从理论的层次介绍了嵌入式系统的基本概念和设计流程，在理论研究和项目实践的基础上，总结了抓住本质、分层整合、协同分工、情景分析等学习方法；介绍GPRS DTU硬件平台的组成，以ATMEL公司的AT91RM9200为核心控制单元，以Telit的GM862作为GPRS功能模块，以实现工业级指标要求；总结出Linux下ELF文件转换为binary文件的方法，然后重点解决了U-boot应用于AT91RM9200重映射机制的修正，设计出面向智能化GPRS DTU的嵌入式混合文件系统（Cramfs+JFFS2+Initramfs），针对该文件系统对Linux-2．6．20进行了移植和裁剪；最后以串口/Ethernet数据网关的设计来说明应用开发的基本模型。 本系统研发的关键技术均已获得相应的成果，对智能化GPRS DTU的发展给予了有力的技术支持。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着UPS电源的广泛使用，对UPS电源的监控要求也越来越高，而嵌入式系统的使用和Internet的普及，使得这种需求成为可能。将嵌入式系统和Internet结合用于UPS电源网络监控是一种必然趋势，它可以借助Internet网络完成对UPS电源现场的监控任务，从而将监控扩展到更广的空间。目前，基于嵌入式系统的网络监控已经成为监控领域研究的一个热点。 本课题以UPS电源为监控对象，在综合分析UPS电源、嵌入式系统、CAN总线的基础上，从实际应用出发，对嵌入式技术在UPS电源网络监控系统的应用进行了深入研究。通过对比和分析工业监控网络的现状之后，确定采用基于Internet和CAN总线的嵌入式系统对UPS电源进行网络监控，完成了基于Linux操作系统的监控系统开发。在监控系统硬件设计中，主控芯片选用了SAMSUNG公司低功耗高性能的ARM9系列的S3C2410，CAN控制器使用了新型的独立CAN控制器MCP2510，网络控制器选用了Cirrus公司的CS8900，并完成了CAN接口模块、以太网接口模块和人机交互模块的设计。软件设计中移植了嵌入式Linux操作系统和嵌入式图形用户界面，以及对MCP2510驱动的开发，由于系统要实现网络浏览和大量的数据交换，引入了嵌入式服务器Web server和嵌入式数据库SQLite，方便了数据的管理，提高了浏览速度。 经实验调试，该UPS电源网络监控系统能够通过浏览器对UPS电源运行状态、故障等信息进行监控、统计和查询，实现了小体积，低功耗，高性能的网络监控。该网络监控系统的研究具有广阔的应用前景，对其它工业监控网络也具有一定的指导和借鉴意义。
上传时间： 2013-04-24
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