温室技术是我国实现农业信息化的重要环节，温度是温室中的重要环境参数。实时控制是指在规定的时间内，系统必须做出相应的响应，是现代温室控制发展的更高要求。随着精细农业的发展，传统的大棚已经不能满足现代高精度、快速采集及响应的要求，由于温度的滞后性和难调控性，温度实时控制一直是温室控制的一大难题。 本课题整合了CPID与ARM的优点，提出运用CPID硬件来实现数据采集，移植实时操作系统到ARM来实现复杂算法控制，采用高精度数字传感器DS18820，并设计出混合PID模糊控制器来实现温室的变温管理，这对于现代温室的智能化控制有着十分重要的实际意义。较传统温室，优点在于(1)它改变以往依靠单片机软件来实现传感器周期性采集，改用CPID硬件产生数字传感器所需的读写时序，这种“以硬代软”的方案实时性好，且大大避免了软件运行时的不稳定性、系统冗余等先天缺陷。(2)操作系统能实现多任务、多线程以及友好的人机界面。 试验以华中农业大学的华北型机械通风式连栋塑料温室为试验模型，选择了ALTERA公司的EPM7128SLC84-15芯片和SAMSUNG公司的S3C44BOX芯片为目标板，以PC机为宿主机，设计了实时温度控制平台。 主要工作： (1)概述了温度实时测控的必要性并介绍了CPLD、ARM技术及嵌入式实时操作系统的发展。 (2)介绍了温度采集模块及CPLD与ARM通讯接口模块的设计。 (3)通过ARM存储模块、LCD显示模块、串口模块、Rt18019AS网口模块、uClinux操作系统模块等系统完成了本试验平台。 (4)介绍混合PID模糊控制算法并通过Simulink工具箱进行了仿真，得出混合PID模糊控制器较经典PID控制具有更快的动态响应、更小超调、抗干扰强的结论。 (5)最后，通过试验数据验证了整套系统实时采集的稳定性及可靠性，指出了本课题的不足之处和待改善的问题。
上传时间： 2013-04-24
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心血管系统疾病是现今世界上发病率和死亡率最高的疾病之一。T波交替(T-wavealtemans,TWA)作为一种非稳态的心电变异性现象，是指心电T波段振幅、形态甚至极性逐拍交替变化。大量研究表明，TWA与室性心律失常、心脏性猝死等有直接密切的关系，已成为一种无创独立性预测指标。随着数字信号处理技术和计算机技术的迅速发展，微伏级的TWA已经可以被检出，并且精度越来越高。本文以T波交替检测为中心，基于ARM给出了T波交替检测技术原理性样机的硬件及软件，实现实时监护的目的。 在TWA检测研究中，需要对心电信号进行预处理，即信号去噪和特征点检测。小波分析以其多分辨率的特性和表征时频两域信号局部特征的能力成为我们选取的心电信号自动分析手段。文中采用小波变换将原始心电信号分解为不同频段的细节信号，根据三种主要噪声的不同能量分布，采用自适应阈值和软硬阈值折衷处理策略用阈值滤波方法对原始信号进行去噪处理：同时基于心电信号的特征点R峰对应于Mexican-hat小波变换的极值点，因此我们使用Mexican-hat小波检测R峰，通过附加检测方案确保了位置的准确性，并根据需要提出了T波矩阵提取方法。 随后文章介绍了T波交替的产生机理及研究进展，分别从临床应用和检测方法上展现了目前TWA的发展进程，并利用了谱分析法、相关分析法和移动平均修正算法分别从时域和频域对一些样本数据进行T波交替检测。在检测中谱分析法抗噪能力较强，但作为一种频域检测方法，无法检测非稳态TWA信号，而相关分析法受呼吸、噪声影响较大，数据要求较高，因此可以在谱分析检测为阳性TWA基础上，再对信号进行相关分析，从而克服自身算法缺陷，确定交替幅度和时间段。最后对影响检测结果的因素进行讨论研究，从而降低检测误差。 文章还设计了T波交替检测技术原理性样机的关键部分电路和软件框架。硬件部分围绕ARM核的Samsung S3C44BOX为核心，设计了该样机的关键电路，包括采集模块、数据处理模块(外部存储电路、通信接口电路等)。其中在采集模块中针对心电信号是微弱信号并且干扰大的特点，采用了具有高共模抑制比和高输入阻抗的分级放大电路，有效的提取了信号分量：A/D转换电路保证了信号量化的高精度。利用USB接口芯片和删内部异步串行通讯实现系统与外界联系。系统软件中首先介绍了系统的软件开发环境，然后给出了心电信号分析及处理程序设计流程图及实现，使它们共同完成系统的软件监护功能。
上传时间： 2013-07-27
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该文进行的设计作为数控系统大课题中的一个子课题,主要研究利用PCI总线来实现对外围IO的操作,硬件上包括设计一块PCI接口卡并测试通过,软件上实现了PCI接口卡在Linux下的驱动和用软PLC来实现对外围IO的操作.该文在比较几种微机总线的基础上,为了实现数控系统高速、高精度、低功耗的要求,采用PCI总线进行设计.随着可编程逻辑器件的发展,为在一片PLD芯片内实现复杂的逻辑控制提供了条件.该文在综合比较开发PCI卡的几种方法的基础上,选择了使用FPGA来实现PCI接口卡设计.用VHDL语言对FPGA编程,采用模块化的设计方法进行设计,用状态机来控制PCI逻辑的时序.设计首先在EDA软件上仿真通过后,制作成PCI板卡并在现场调试通过.为方便所设计的PCI卡在数控系统及其它系统中应用,该文设计了PCI卡在Linux下的设备驱动程序,主要包括设备的注册与注销、与Linux内核的接口、相关的入口函数、驱动程序的编码、编译、加载与卸载等,并编写了相应的测试代码,在Linux环境下调试通过.为了解决数控系统中PLC的应用问题,该文还设计了PCI卡在软PLC中的应用.采用的软PLC软件是Linux下的MatPLC软件.在详细讨论MatPLC工作原理的基础上,设计了一个输入模块、一个输出模块和一个MatPLC配置文件.输入模块通过驱动程序从PCI卡中读取数据,传送到MatPLC内核的全局变量中,输出模块从内核全局变量读取数据并进行逻辑运算,再输出到PCI卡.将他们编译通过,并进行测试,最终实现软PLC对外围IO端口的读写.该论文受到广东省科技攻关项目[2002A1040402]、广东省科技攻关项目[2003C101002]、广州市重大科技攻关计划[2002Z1-D0051]的资助.
上传时间： 2013-07-18
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传感器是测控系统的重要组成部分，但有些传感器，如增量式或绝对式旋转编码器，因无配套的二次仪表，给使用带来不便。有些传感器虽然可以买到配套的仪表，但价格昂贵，功能单一且功能无法扩展。为此，本课题以设计一种通用性强，功能扩展方便的测量仪表为目的，将计算机技术与嵌入式微处理器技术用于测量仪表当中，设计一种基于ARM的嵌入式智能仪表。课题主要研究工作包括： 1.在分析比较各种二次仪表功能的基础上，提出了基于ARM的嵌入式智能仪表设计方案。搭建了仪表的硬件平台。 2.软件设计实现了μC/OS-Ⅱ嵌入式系统在ARM7微控制器上的移植。在此基础上，对嵌入式系统进行了一定的扩展，编写了LCD驱动程序，调用了串口通信，A/D转换等模块的API函数，建立了多任务环境，使仪表兼具PWM脉宽调制功能、数据采集、显示和传输功能。 3.通过增量式、绝对式旋转编码器实验、转矩转速传感器实验、输出模拟信号的角度传感器实验和PWM输出实验验证仪表的功能。 RTOS平台的构建，降低了软件设计的复杂度，提高了系统的实时性和灵活性，缩短了开发周期。经过实验验证，该仪表能够准确测定频率信号、模拟信号及数字信号。
上传时间： 2013-04-24
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软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术，已成为现代电力电子技术研究的热点之一。微处理器的出现促进了电力电子变换器的控制技术从传统的模拟控制转向数字控制，数字控制技术可使控制电路大为简化，并能提高系统的抗干扰能力、控制灵活性、通用性以及智能化程度。本文提出了一种利用耦合输出电感的新型次级箝位ZVZCS PWM DC/DC变换器，其反馈控制采用数字化方式。 论文分析了该新型变换器的工作原理，推导了变换器各种状态时的参数计算方程；设计了以ARW芯片LPC2210为核心的数字化反馈控制系统，通过软件设计实现了PWM移相控制信号的输出；运用Pspice9.2软件成功地对变换器进行了仿真，分析了各参数对变换器性能的影响，并得出了变换器的优化设计参数；最后研制出基于该新型拓扑和数字化控制策略的1千瓦移相控制零电压零电流软开关电源，给出了其主电路、控制电路、驱动电路、保护电路及高频变压器等的设计过程，并在实验样机上测量出了实际运行时的波形。 理论分析与实验结果表明：该变换器拓扑能实现超前桥臂的零电压开关，滞后桥臂的零电流开关；采用ARM微控制器进行数字控制，较传统的纯模拟控制实时反应速度更快、电源稳压性能更好、外围电路更简单、设计更灵活等，为实现智能化数字电源创造了基础，具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。
上传时间： 2013-08-03
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近年来，LED(light emitting diode，发光二极管)电子显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息，具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通信息报导等诸多领域。 LED显示屏的核心技术主要集中在控制器中。目前，大部分异步显示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微处理器的处理速度、体系架构、寻址范围、外围接口资源等诸多限制，已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。 针对以上情况，本文研究开发了一种全新的，由32位高性能ARM微处理器组成的LED显示屏控制系统，就控制平台、硬件结构和软件开发实现给出了驱动部分和控制部分的详细分析与设计。 本文根据LED显示屏在列车车厢和火车、汽车车站旅客导向系统中为应用背景，结合LPC2138的功能特点和LED显示屏的功能需求。详细介绍了显示屏控制系统中包括电源模块、复位模块、RS485通讯电路等主要模块的设计。成功实现了数据扫描、数据发送、数据通讯等LED显示屏所需的功能。 结合控制系统RS485通讯协议和系统显示的要求，分析了LED显示屏通讯和控制系统的软件开发流程。并详细分析了显示屏的静、动态图文显示软件流程结构；系统从上位机接受数据到信息显示的整个软件处理流程。 最后本文分析了LED显示屏控制系统研发中所遇到的几个难点问题，包括：提高RS485总线可靠性和抗干扰问题、系统在频繁更换内容死机的问题、显示内容较多时视觉效果的处理问题，并给出了解决方法。 经过实际测试，本文所述LED显示屏控制系统性能良好，工作稳定可靠，易于维护升级，具有很高的性价比。
上传时间： 2013-05-28
上传用户：chongchong2016
PROFIBUS现场总线技术是当今控制领域的一个热点。目前国内对于PROFIBUS-DP的应用和研究主要以西门子等国外大公司的成套设备为主，用单片机+固态程序的方法做PROFIBUS-DP接口控制器的技术比较成熟，而自主开发PROFIBUS-DP通用接口的研究却比较少。针对这一现状，本论文采用FPGA做控制器，提出了基于FPGA技术的从站接口通信模块的设计方案，使具有RS-232接口的从站可以通过该接口通信模块与PROFIBUS-DP主站进行通讯连接。 论文首先对PROFIBUS现场总线技术进行概述，主要从现场总线的技术特点、协议结构、传输技术、存取协议等方面进行介绍。对PROFIBUS-DP系统组成和配置、工作方式及数据传递、DP的功能和从站状态机制等进行研究和分析。然后详细论述了基于PROFIBUS-DP的通信接口的硬件及软件实现。 在硬件设计中，本文从PROFIBUS协议芯片SPC3实现的具体功能出发，结合EDA(Electronic Design Amomation)设计自项向下的设计思想，给出了总线接口的总体设计方案。同时给出其设计逻辑框图、算法流程图、引脚说明以及部分模块的仿真结果。并充分考虑了硬件的通用性及将来的扩展。 本设计使用VHDL描述，在此基础之上采用专门的综合软件对设计进行了综合优化，最后在FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片EP1C6上得以实现。在软件设计中，详细介绍了通信接口的软件设计实现，包括状态机的实现、各种通信报文的实现、GSD文件的编写等。 再通过Siemens公司的CP5611网络接口卡和PC机做主站，使用COMPROFIBUS组态软件，组建系统进行通讯测试，得到良好结果。
标签： PROFIBUSDP FPGA 接口
上传时间： 2013-05-25
上传用户：xwd2010
在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-07-28
上传用户：heart520beat
本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU调试技术。论文研究了NiosⅡ嵌入式软核处理器的特性；实现了以Nios Ⅱ嵌入式处理器为核心的FPGA-CPU调试系统的软、硬件设计；对两种不同类型的FPGA-CPU进行了实际调试，对实验数据进行了分析。 在硬件方面，为了控制和检测FPGA-CPU，设计并实现了FPGA-CPU的控制电路、FPGA-CPU的内部通用寄存器组扫描电路、存储器电路等；完成了各种外围设备接口的设计；实现了调试系统的整体设计。 在软件方面，设计了调试监控软件，完成了对FPGA-CPU运行的控制和信号状态的监测。这些信号包括地址和数据总线以及各种寄存器的数据等；实现了多种模式下的FPGA-CPU调试支持单时钟调试、单步调试和软件断点多种调试模式。此外，设计了专用的编译软件，实现了基于不同指令系统的伪汇编程序编译，提高了调试效率。 本文作者在实现了FPGA-CPU调试系统基础上，对两种指令系统不同、结构迥异的FPGA-CPU进行实际调试。调试结果表明，这种基于IP核的可复用设计技术，能够在一个FPGA芯片内实现调试系统和FPGA-CPU的无缝连接，能够有效地调试FPGA-CPU。
上传时间： 2013-05-19
上传用户：xinyuzhiqiwuwu
随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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