果园收获作业机械化、自动化是广大果农们关注的热点问题，开展果树采摘机器人研究，不仅对于适应市场需求、降低劳动强度、提高经济效率有着一定的现实意义，而且对于跟踪世界农业新技术、促进我国农业科技进步，加速农业现代化进程有着重大的历史意义。 果树采摘机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，它是由机械手固定在履带式移动平台上构成的一类特殊的移动机器人系统。本文在国家“863”高技术项目“果树采摘机器人关键技术研究”支持下，以自行设计的机器人机械结构为研究对象，对果树采摘机器人的控制系统进行了分析、研究和设计，设计了视觉伺服控制器，并对采摘机器人避障技术进行了探讨。主要工作如下： 首先，分析了果树采摘机器人机械结构，介绍了机器人运动学理论，根据自行设计的5自由度机械臂机械特性，采用几何结构算法，建立了果树采摘机器人机械臂的正、逆运动学方程。 其次，基于开放、先进和可靠的考虑，采用开放式结构设计机器人的控制系统。在开放式控制系统设计中，主要对果树采摘机器人硬件组成部分主控计算机、运动控制器、数据采集卡等进行了选型设计。在分析果树采摘机器人工作环境和工作特性的基础上，设计了果树采摘机器人的外围传感器。 再次，根据果树采摘机器人机械结构和控制系统结构组成，设计了PID控制器，应用于机器人视觉伺服控制，实现果树采摘机器人的实时控制。在详细论述关节式机器人避障方法的基础上，对果树采摘机器人避障方法进行了初步的探讨，提出了采用C—空间法实现采摘机器人实时避障。 最后，建立了传感器实验平台，通过实验验证了所设计传感器的正确性。利用固高PAN&TILT两维数控转台和实地拍摄的苹果图像，对所提出的控制方法通过转台控制实验进行了验证。
上传时间： 2013-08-05
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数字图像处理技术是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。目前，数字图像处理技术被广泛应用于航空航天、通信、医学及工业生产等领域中。数字图像处理的特点是处理的数据量大，处理非常耗时，本文研究了在FPGA上用硬件描述语言实现图像处理算法，通过功能模块的硬件化，解决了视频图像处理的速度问题。随着微电子技术的高速发展，FPGA为数字图像信号处理在算法、系统结构上带来了新的方法和思路。 本文设计的基于FPGA的图像处理系统，是一个具有视频图像采集、图像处理、图像显示功能的图像处理系统。该系统采用Altera公司FPGA芯片作为中央处理器，由视频解码模块、图像处理模块、视频编码模块组成。模拟视频信号由CCD传感器送入，经视频解码芯片SAA7113转换成数字视频信号后，图像处理模块完成中值滤波和边缘检测这两种图像处理算法，视频编码芯片SAA7121将数字视频信号转换成模拟视频信号输出。 整个设计及各个模块都在Altera公司的开发环境QuartusⅡ以及第三方仿真软件Modelsim上进行了仿真及逻辑综合。仿真结果表明，使用FPGA硬件处理图像数据不仅能够获得良好的处理效果，处理速度也远远高于软件法处理的方法。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了快速的发展，FPGA不但解决了信号处理系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且基于大规模FPGA单片系统的片上可编程系统(SOPC)的灵活设计方式使其越来越多的取代ASIC的市场。传统的通用信号处理系统使用DSP作为处理核心，系统的可重构型不强，FPGA解决了这一问题，并且现有的FPGA中，多数已集成DSP模块，结合FPGA较强的信号并行处理特性使其与DSP信号处理能力差距很小。因此，FPGA作为处理核心的通用信号处理系统具有很强的可实施性。 @@ 基于上述要求，作者设计和完成了一个基于多FPGA的通用实时信号处理系统。该系统采用4片XC3SD1800A作为处理核心，使用DDR2 SDRAM高速存储实时数据。作者通过全面的分析，设计了核心板、底板和应用板分离系统架构。该平台能够根据实际需求进行灵活的搭配，核心板之间的数据传输采用了LVDS(低电压差分信号)技术，从而使得数据能够稳定的以非常高的速率进行传输。 @@ 本系统属于高速数字电路的设计范畴，因此必须重视信号完整性的设计与分析问题，作者根据高速电路的设计惯例和软件辅助设计的方法，在分析和论证了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束的基础上，顺利地完成了PCB绘制与调试工作。 @@ 作为系统设计的重要环节，作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题，并给出了解决办法。 @@ LVDS高速数据通道接口和DDR2存储器接口设计决定本系统的使用性能，本文基于所选的FPGA芯片进行了详细的阐述和验证。并结合系统的核心板和底板，完成了应用板，视频图像采集、USB、音频、LCD和LED矩阵模块显示等接口的设计工作，对其中的部分接口进行了逻辑验证。 @@ 经过测试，该通用的信号处理平台具有实时性好、通用性强、可扩展和可重构等特点，能够满足当前一些信号处理系统对高速、实时处理的要求，可以广泛应用于实时信号处理领域。通过本平台的研究和开发工作，为进一步研究和设计通用、实时信号处理系统打下了坚实的基础。 @@关键词：通用实时信号处理；FPGA；信号完整性；DDR2；LVDS
上传时间： 2013-05-27
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随着信息技术的发展，数字信号的采集与处理在科学研究、工业生产、航空航天、医疗卫生等部门得到越来越广泛的应用，这些应用中对数字信号的传输速度提出了比较高的要求。传统的基于ISA总线的信号传输效率低，严重制约着系统性能的提高。 PCI总线以其高性能、低成本、开放性、软件兼容性等众多优点成为当今最流行的计算机局部总线。但是，由于PCI总线硬件接口复杂、不易于接入、协议规范比较繁琐等缺点，常常需要专用的接口芯片作为桥接，为了解决这一系列问题，本文提出了一种基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的实现方案，支持PCI突发访问方式，突发长度为8至128个双字长度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量为6000个逻辑宏单元，速度为-8，编译后系统速度可以达到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的核心是PCI接口模块。在硬件方面，特别讨论了PCI接口模块、地址转换模块、数据缓冲模块、外部接口模块和SRAM DMA控制模块等五个功能模块的设计方案和硬件电路实现方法，着重分析了PCI接口模块的数据传输方式，采用模块化的方法设计了内部控制逻辑，并进行了相关的时序仿真和逻辑验证，硬件需要软件的配合才能实现其功能，因此设备驱动程序的设计是一个重要部分，论文研究了Windows XP体系结构下的WDM驱动模式的组成、开发设备驱动程序的工具以及开发系统实际硬件的设备驱动程序时的一些关键技术。 本文最后利用基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑中的关键技术，对PCI数据采集卡进行了整体方案的设计。该系统采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA实现。
上传时间： 2013-07-24
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随着半导体技术的发展和信息技术以及数字化产品的普及，嵌入式系统已被应用到网络、手持通信设备、仪器仪表、国防军事以及自动化控制等各个领域。而结合视频监控的嵌入式应用系统更是应用的热点。正是顺应这一趋势，作者展开了对远程视频监控相关技术的研究，设计了基于嵌入式平台的远程视频监控系统。系统以友善之臂公司的friendly arm作为硬件平台、嵌入式linux作为软件平台、以传统的以太网来实现高速的视频数据传输实现远程视频监视、以GPRS作为扩展模块来实现远距离的用户手机报警提示。该系统主要设计应用于无人值守的家用现场环境。 论文详细的论述了基于ARM9的S3C2410A作为系统硬件平台、扩展外围的GPRS模块、视频数据采集模块和触摸屏显示模块的嵌入式应用系统。还详细的论述了在该平台上配置交叉开发环境和移植bootloader的过程，裁剪和配置嵌入式linux系统的过程。同时按照系统方案设计了视频数据采集应用软件，基于TCP/IP的以太网视频数据传输应用软件，以及基于GPRS的串口数据发送软件。系统根据现场采集的视频数据做相应的处理，启用GPRS发送警示短信息；同时用户可以根据现有接入以太网的计算机来调阅现场的视频数据信息。 最后将该监控系统应用于普通的家用环境，结果通过对现场采集的视频数据和发送的警示短信息表明该系统能够满足于同常的无人值守的家用环境。同时总结了存在的问题以及今后需要改进的方向：首先，该系统有良好的扩展性能，通过相应的总线和接口扩展可以实现智能家用电器控制系统；其次，该系统有一定的商业和社会价值。当然系统也有不足的地方，软件设计处于测试阶段，有很多需要完善的地方。最后，通过研究和实验表明：基于ARM/GPRS的远程家用监控系统具备了实时监控和即时报警功能，可以应用于实际家用监控场合。
上传时间： 2013-04-24
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随着国民经济的快速发展，我国对于电力的需求和依赖性也越来越大。同时，对变电站及电网的安全和稳定也提出了更高的要求。2008年的南方冰雪灾害造成了电力设施及输电线路的重大损失，严重危害了电网的正常工作，影响了人民的正常生活和工厂的正常运行。电力部门需要一种能够实时监控变电站设备的监控系统，第一时间监测到电力设备的损坏和人为因素的破坏，迅速做出处理，将损失减小到最低值。随着电力部门网路化的全面普及，各个变电站有了相应的通讯网络，使得监控系统网络传输成为可能。 课题探索了低功耗、高性能、低成本并具有丰富芯片资源的嵌入式处理器和内核精简、性能强悍、源码开放及开发成本低的操作系统，设计和实现了基于ARM9和嵌入式Linux操作系统的变电站监控系统，实现了对变电站设备的实时视频监控、红外线监测和烟雾火灾探测等功能。系统硬件采用模块化设计，主控制器模块采用三星公司的S3C2410A高性能芯片作为嵌入式微处理器，设计了外围接口电路和其它外围设备电路；视频监控模块采用OV511系列USB摄像头进行图像采集；红外线防盗监测模块采用热释电红外线传感器配合菲涅尔透镜设计了报警电路；烟雾火灾探测模块采用Motorola公司生产的离子型烟雾检测芯片MC14468，设计了监测电路。系统软件开发分两层，下层软件开发构建了交叉编译环境，移植了嵌入式Linux操作系统并利用Video4Linux API库函数接口完成了视频图像采集程序的设计，同时对摄像头驱动程序进行了提取和编译；上层软件开发实现了对采集的视频数据在网络中传输，使用Visual C++设计了客户端监控应用界面，实现人机交互，并对所采集视频图像进行了最优化处理。 课题针对现有监控系统存在的不足进行改进，集视频监控、红外线防盗监测和火灾报警等功能于一体，充分发挥嵌入式系统和计算机网络的优势，设计出了功能丰富，性能优良的变电站监控系统。提高了变电站运行和维护的安全性及可靠性，并逐步实现了电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。
上传时间： 2013-04-24
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WIM动态称重系统的研究对于保护公路的正常使用有着非常重要的经济利益和社会价值。针对我国公路WIM系统的研究现状和存在的问题，提出了新的思路、解决办法和改进措施，用以提高整个WIM系统的各项性能指标。 基于ARM的压电薄膜轴的车辆动态称重系统的嵌入式研究与设计，致力于提高WIM系统精度等各项性能指标，其采用了高新的软硬件技术，是一个比较有研究意义的课题。 本文首先从分析称重原理入手，提出了一个改进的系统整体设计方案，在该方案的前提下，通过不断地试验修改，搭建了一个基于Labview的现场模拟实验系统，为下一步研究和整个系统的实现打下了坚实的基础。本文所做的具体工作，概括起来有如下几点： 第一，简要地介绍了基于压电薄膜轴的WIM系统原理、影响因素以及课题研究的意义等； 第二，给出了系统整体设计方案，并设计了多个信号调理电路，诸如电荷放大电路，隔离电路以及滤波电路等； 第三，采用了32位的微处理器，并采用了一种比较完善的数据处理方法，提高了系统的软硬件技术，在此基础上研究设计了基于ARM-μgC/OS-Ⅱ的WIM嵌入式系统平台，完成了系统的软硬件设计、实现及操作系统移植； 最后，设计并实地进行了一个新的试验，即基于LabVIEW8.2的数据采集卡的现场模拟试验，给出了试验结果和分析。该试验方便于测量与数据采集，可得到较为精准的现场数据，为后续的数据处理打下了基础；
上传时间： 2013-07-29
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音频管理组件(Audio Management Unit，AMU)是先进客舱娱乐与服务系统(Advanced Cabin Entertainment Service System，ACESS)的组成部分，应用于飞机上音频资源的管理与控制。飞机运营对航空机载电子系统准确性、复杂性和安全性的高要求，使得其维修维护工作极大地依赖于自动测试设备(Automatic Testing Equipment，ATE)。本课题来源于实际工程项目， FPGA技术具备多种优点，将其与民航测试设备结合研制一个用于检测AMU故障的自动测试系统，该系统将对AMU自动完成部件维修手册(Comvonent Maintenance Manual，CMM)所规定的全部功能、性能方面的综合测试。 本文首先概述音频管理组件、自动测试系统及其在民航领域的应用，并阐述了课题的背景、研究目标和相关技术要求；文章对可编程逻辑器件CPLD/FPGA的结构原理、硬件描述语言VHDL的特点以及MAXL+plusⅡ软件的设计流程进行了说明，重点阐述了基于FPGA的DDS信号发生器以及数据采集卡的设计实现、并着重阐述了ARINC429总线的传输规范，和基于FPGA的ARINC429总线接口的设计与实现。在ARINC429接口设计中采用自顶向下，多层次系统设计的方法，用VHDL语言进行描述。在发送器中利用了FPGA内部的分布式RAM创建异步FIFO，节约了FPGA的内部资源和提高了数据传输速度；在接收器中采用了提高抗干扰性的优化设计。测试结果表明基于FPGA的设计实现ARINC429总线数据通信的要求，使用方便，可靠性好，能够克服HS-3282芯片中的数据格式固定，使用不够灵活方便，价格昂贵的缺点。
上传时间： 2013-08-06
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ASIC对产品成本和灵活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有较高的灵活性和较低的成本,然而抗干扰性和可靠性相对较低,运算速度也受到限制.常规ASIC的硬件具有速度优势和较高的可靠性及抗干扰能力,然而不是灵活性较差,就是成本较高.与传统硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的场可编程门阵列(FPGA)的出现,使建立在可再配置硬件基础上的进化硬件(EHW)成为智能硬件电路设计的一种新方法.作为进化算法和可编程器件技术相结合的产物,可重构FPGA的研究属于EHW的研究范畴,是研究EHW的一种具体的实现方法.论文认为面向分类的专用类可重构FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重构电路粒度划分的针对性更强、设计更易实现.论文研究的可重构FPGA的BCH通讯纠错码进化电路是一类ASR-FPGA电路的具体方法,具有一定的实用价值.论文所做的工作主要包括:(1)BCH编译码电路的设计——求取实验用BCH码的生成多项式和校验多项式及其相应的矩阵并构造实验用BCH码;(2)建立基于可重构FPGA的基核——构造具有可重构特性的硬件功能单元,以此作为可重构BCH码电路的设计基础;(3)构造实现可重构BCH纠错码电路的方法——建立可重构纠错码硬件电路算法并进行实验验证;(4)在可重构纠错码电路基础上,构造进化硬件控制功能块的结构,完成各进化RLA控制模块的验证和实现.课题是将可重构BCH码的编译码电路的实现作为一类ASR-FPGA的研究目标,主要成果是根据可编程逻辑电路的特点,选择一种可编程树的电路模型,并将它作为可重构FPGA电路的基核T;通过对循环BCH纠错码的构造原理和电路结构的研究,将基核模型扩展为能满足纠错码电路需要的纠错码基本功能单元T;以T作为再划分的基本单元,对FPGA进行"格式化",使T规则排列在FPGA上,通过对T的控制端的不同配置来实现纠错码的各个功能单元;在可重构基核的基础上提出了纠错码重构电路的嵌套式GA理论模型,将嵌套式GA的染色体串作为进化硬件描述语言,通过转换为相应的VHDL语言描述以实现硬件电路;采用RLA模型的有限状态机FSM方式实现了可重构纠错码电路的EHW的各个控制功能块.在实验方面,利用Xilinx FPGA开发系统中的VHDL语言和电路图相结合的设计方法建立了循环纠错码基核单元的可重构模型,进行循环纠错BCH码的电路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片进行了FPGA实现.课题在研究模型上选取的是比较基本的BCH纠错码电路,立足于解决基于可重构FPGA核的设计的基本问题.课题的研究成果及其总结的一套ASR-FPGA进化硬件电路的设计方法对实际的进化硬件设计具有一定的实际指导意义,提出的基于专用类基核FPGA电路结构的研究方法为新型进化硬件的器件结构的设计也可提供一种借鉴.
上传时间： 2013-07-01
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生物识别技术代表了未来身份验证技术的发展方向，而指纹识别技术又是最可靠、最有效的生物识别技术之一。目前，指纹识别技术是优于其它生物识别技术的身份鉴别方法。这是因为人的指纹各不相同、终生基本不变的特点已经得到公认，特别是现有的指纹识别算法已达到识别迅速、准确可靠的水平，是完全可以商业化的生物识别技术。 传统的指纹识别系统多是基于PC平台，这种系统将指纹图像处理和指纹匹配甚至指纹采集控制都放在PC平台上，在获得了较高速度和开发效率的同时，缺点也是显而易见的，其体积庞大，成本较高。而已有的嵌入式指纹识别系统多是基于单片机和DSP的，不是在运算速度上受到硬件限制，就是在系统的扩展性、可维护性及用户交互上有诸多不足。 近年来指纹识别应用的普及对自动指纹识别系统的便携性和易用性提出了更高的要求，指纹识别技术正向着小型化和嵌入式的方向发展。在微电子领域，以ARM、DSP、FPGA为代表的嵌入式微处理器的性能飞速提高，为构建嵌入式系统提供了硬件保证。 ARM是当前最为流行的32位RISC处理器架构，目前ARM占RISC处理器市场的七成左右。三星公司的S3C2410是基于ARM920T内核的通用32位微处理器，它具有高性能和低功耗的特性，被设计用于手持设备和通用嵌入式系统。 嵌入式系统对操作系统和其上运行的软件有特别的要求。针对本课题所采用的ARM硬件平台，详细介绍了嵌入式操作系统Arm-Linux的移植。分别说明了交叉编译工具链的安装、引导装载器的移植和Linux内核的裁减和交叉编译过程。为了运行应用程序，还介绍了文件系统的构建。 指纹识别系统需要指纹采集设备。FPS200是Veridicom公司推出的第三代半导体指纹传感器，是一款专为嵌入式系统设计的高性能、低成本、低功耗的电容式固态指纹传感器。本文详细阐述了基于FPS200的USB接口指纹采集卡的设计与实现。 指纹图像处理与匹配是整个系统的重要环节，论文介绍了图像处理与匹配的一般概念，并提出了新的指纹匹配方法。指纹匹配是自动指纹识别中的一个难点。现有的指纹匹配方法大致可以归结为图形匹配和人工神经网络匹配两大类，本文提出的基于线段的特征点匹配算法属于图形匹配。 嵌入式系统需要完善的软件支持。随着嵌入式技术的飞速发展，用户交互界面也由传统的字符界面向图形界面转变，图形用户界面系统得到了长足的发展。MiniGUI 是一个非常适合于工业控制实时系统以及嵌入式系统的可定制的、小巧的图形用户界面支持系统。本文介绍了基于MiniGUI的可视化指纹识别软件设计。 综上所述，本文针对特定硬件条件，构建了定制的嵌入式操作系统；设计了支持USB数据传输的指纹采集卡；指纹图像的滤波、提取特征和指纹特征匹配均针对嵌入式系统的实际情况进行了优化；利用MiniGUI图形支持库完成了界面美观友好的可视化指纹识别程序。系统具有安全可靠、易于扩展、性价比高等优点。
上传时间： 2013-08-02
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