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： 2013-08-04
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随着存储技术的迅速发展，存储业务需求的不断增长，独立的磁盘冗余阵列可利用多个磁盘并行存取提高存储系统的性能。磁盘阵列技术采用硬件和软件两种方式实现，软件RAID（Redundant Array of Independent Disks）主要利用操作系统提供的软件实现磁盘冗余阵列功能，对系统资源利用率高，节省成本。硬件RAID将大部分RAID功能集成到一块硬件控制器中，系统资源占用率低，可移植性好。 分析了软件RAID的性能瓶颈，使用硬件直接完成部分计算提高软件RAID性能。针对RAID5采用FPGA（Field Programmable Gate Array）技术实现RAID控制器硬件设计，完成磁盘阵列启动、数据缓存（Cache）以及数据XOR校验等功能。基于硬件RAID的理论，提出一种基于Virtex-4的硬件RAID控制器的系统设计方案：独立微处理器和较大容量的内存；实现RAID级别迁移，在线容量扩展，在线数据热备份等高效、用户可定制的高级RAID功能；利用Virtex-4内置硬PowerPC完成RAID服务器部分配置和管理工作，运行Linux操作系统、RAID管理软件等。控制器既可以作为RAID控制卡在服务器上使用，也可作为一个独立的系统，成为磁盘阵列的调试平台。 随着集成电路的发展，芯片的体积越来越小，电路的布局布线密度越来越大，信号的工作频率也越来越高，高速电路的传输线效应和信号完整性问题越来越明显。RAID控制器属于高速电路的范畴，在印刷电路板（Printed Circuit Block, PCB）实现时分别从叠层设计、布局、电源完整性、阻抗匹配和串扰等方面考虑了信号完整性问题，并基于IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型进行了信号完整性分析及仿真。
上传时间： 2013-04-24
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减摇鳍是船舶与海洋工程中的一种重要系统，目前已在多种船舶中广泛应用。减摇鳍对于提高船舶耐波性，增加船舶使用寿命，改善设备与人员的工作条件，提高舰艇的战斗力具有重要作用。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的设计与实现方案。 减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数有着很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性和海况的不确定性，经典PID控制难以获得满意的控制效果。采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。本论文将模糊控制与PID控制相结合，实现了无须精确的对象模型，只须将操作人员和专家长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，便可对PID参数实现自整定。另外，浪级调节器做为减摇鳍控制器的一个重要组成部分，本论文也对其设计进行了研究，提出了一种基于海浪谱估计的浪级调节器的设计方法，弥补了传统浪级调节器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多数的减摇鳍控制器使用单片机作为主处理器或者以工控机为基础开发而来的，前者集成度不高，稳定性也不好，而后者成本较高。因此，本课题设计了一款新型的基于ARM处理器的减摇鳍控制器，解决了上述问题。该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于飞利浦公司的LPC2214的控制器核心电路和辅助实现控制的驱动电路；软件平台主要是基于ARM的软件，包括启动代码和应用程序。 研究结果表明：开发的嵌入式减摇鳍控制系统不仅具有集成度高、性价比高、性能优越、抗干扰能力强、稳定性好、实时性高等优点。同时更能够适应减摇鳍控制系统智能化的发展趋势，所以该减摇鳍控制器具有很好的使用价值及意义。
上传时间： 2013-07-10
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运动控制系统是机器人控制系统的重要组成部分。本文将ARM与CPLD技术应用于机器人运动控制系统，使控制系统更加开放、更加模块化，同时ARM芯片的高速大容量的数据处理能力以及CPLD的高集成度，可编程性，能够逾越以往控制系统中实时、高速、高精度的技术瓶颈. 嵌入式技术是当今最热门的技术之一，由于简洁、高效等优点，使得其广泛应用在各个领域；所谓嵌入式系统就是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。 本文主要阐述了基于嵌入式处理器S3C44B0X的机器人控制器的设计过程。文章首先介绍了机器人本体规划、嵌入式系统和嵌入式微处理器S3C44B0X的结构特点；接着介绍了基于S3C44B0X的智能控制器的设计，包括硬件设计和CPLD软件设计。其中控制器硬件平台扩展了外部存储器、串行口，通过输出PWM信号进入驱动电路模块，从而实现控制机器人运动的目的。在CPLD设计过程中，引入JTAG调试接口，方便系统程序的下载和调试，通过自上而下、分块设计的思想给出了QUARTUSⅡ设计环境下的软件代码。本系统利用不同任务间的切换来实现通信过程，而不再采用无操作系统的工程文件的形式，这样不但有利于项目的调试，也有利于对其它接口的扩展。最后对该控制器进行了测试和分析。
上传时间： 2013-07-19
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基于嵌入式技术的远程监控系统可以达到动态、无死角的监控目的，可以对一些特殊环境进行远程监视和控制，且不受湿度、温度等条件的影响，广泛应用于军事、交通、智能家居、医疗监护等多个领域。可以解决传统监控系统将图像采集设备固定在一个地方而使监控范围有限，适用场合少等弊端。 本文设计了一款基于ARM和FPGA的远程监控系统。首先在对远程监控系统功能分析的基础上，设计了以ARM为主控制器和FPGA为辅助控制器的硬件电路，采用ARM芯片控制图像采集、速度采集、网络传输等干扰小的模块，采用FPGA芯片控制电机驱动、舵机驱动、电池监控等干扰大的模块，大大提高了系统的稳定性；其次设计了基于WinCE操作系统的图像采集、GPIO、PWM、外中断EINT-19的流接口驱动程序；同时设计了基于WinCE操作系统的图像采集及压缩、网络通信、车模速度采集的应用程序；FPGA内部逻辑电路采用Verilog语言完成电源监控、舵机控制、直流电机控制等功能。 本系统集图像采集和压缩、运动控制、网络传输于一体。其图像采集速度达30帧/秒，图像分辨率达640x480，JPEG压缩比达10：1，控制命令响应时间为1s，网络传输速率达10Mbps。其功能扩展容易，功耗低，体积小，抗干扰能力强，具有很好的市场前景。关键词：winCE；S3C2440A；FPGA；远程监控；流接口驱动
上传时间： 2013-04-24
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本文描述了智能直流调速系统的硬件设计思路，给出实现微型直流电机（12v—55v）的控制方案。应用运动控制芯片LM629和电动机驱动芯片LMD18200实现了直流电动机的智能控制。关键词
上传时间： 2013-04-24
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为了解决当前PVC软标生产技术落后、效率低、质量不稳定、能耗高、工作环境差等问题，本文提出研制集注标、烘烤、冷却的数控PVC软标机方案。 数控PVC软标机控制系统采用“ARM9+RT-Linux”开发模式，将数控技术与嵌入式系统应用有机结合起来，一方面发挥ARM9微处理器高性能、低功耗的特点，使PVC软标机数控系统有较强的数据处理和运动控制能力；另一方面利用实时操作系统RT-Linux的开放性、强大的功能，简化了数控系统软件的开发，缩短了应用系统开发周期。 本文研究的主要内容是基于嵌入式的PVC软标机数控系统硬件设计和软件开发。首先详细介绍了系统各功能模块的硬件电路设计，包括嵌入式最小系统搭建、伺服驱动器接口电路设计、电磁阀接口电路设计、人机交互模块设计、通信模块设计、开关量模块设计等方面内容；然后，基于RT-Linux的嵌入式系统软件实现机理的理论指导下，提出了系统软件的架构，在此基础上详细阐述了软件实现过程：通过对PVC软标机数控系统功能需求及多任务间数据依赖关系的分析，同时结合RT-Linux平台上实时应用软件的结构特点，本文在逻辑架构上对控制系统的实时任务和非实时任务进行了划分，并设计了模块间数据缓冲机制；在时序架构上提出了系统的多任务运行时机分配以及各任务之间正确合理的时序关系，以保证实时任务的实时性和非实时任务能够得到适当运行；在应用软件架构上利用RT-Linux多线程编程技术实现了系统软件的基本功能。最后，针对本系统插补所需的精度和系统实时性要求，利用数据采用直线插补算法实现了系统的插补功能。 目前，PVC软标机数控系统的基本功能已经实现，系统能够在实验平台上稳定运行，基本达到预期目标。关键字：PVC软标；数控系统；插补；RT-Linux；ARM9
上传时间： 2013-04-24
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随着我国加入WTO，我国逐渐成为世界缝制设备生产和销售中心。在缝制设备行业占据极其重要地位的绣花机行业也因此而得到迅速发展，我国绣花机产量已占据全球绣花机产量的70％。但是，我国的绣花机行业在发展的过程中仍存在和面临着很多问题。一方面是产品结构和产品质量，我国的绣花机主要以中低档为主，在噪声、刺绣质量、效率、产品寿命以及维护性等方面与国外先进机型存在较大差距；另一方面是技术实力和创新能力，作为绣花机全部技术核心的控制器，国内能开发的公司屈指可数，缺乏有效的竞争，且技术实力和创新能力无法与国际企业相抗衡。 针对上述情况，本文分析了绣花机的工作原理和当前主流绣花机的控制方式及特点，在研究室已完成的中低速平绣型工业绣花机课题的基础上，设计了一种基于硬实时嵌入式操作系统WinCE5.0，以32位RISC架构ARM9处理器S3C2440A为主控芯片，以MAXII系列CPLDEPM1270为接口芯片的高速绣花机控制器。整个绣花机以高速，高质量为目标，以伺服电机作为主轴驱动，步进电机作为X/Y轴驱动，带USB接口和Ethernet接口，预留特种绣接口，带高分辨率彩色触摸屏，功能丰富，操作方便。 本文分7章，第一章阐述了课题背景，绣花机发展现状和关键技术；第二章从原理出发完成了需求分析，硬件和操作系统选型和项目规划；第三章完成了总体硬件系统设计并重点介绍了驱动系统，CPLD单元，主控制板的设计和各种资源的分配；第四章在分析WinCE及其项目开发流程和环境构建的基础上，完成了软件的总体框架设计并介绍了相关设计要点。第五章主要是驱动程序和运动控制模块并以步进电机驱动的开发为例介绍了流驱动的开发过程和相关的技术要点。第六章设计了一种自主的内部花样格式并完成了相应的测试。最后一章是对本课题的总结和展望。 本文不仅从项目研究与开发和软件工程的高度详细探讨了基丁ARM和WinCE5.0的绣花机控制器的整个开发过程，也具体的从硬件设计，资源配置，软件编写，驱动开发，运动控制和花样处理等多个方面进行了深入的分析和研究。本课题的工作对于高速高档绣花机的开发具有很好的参考价值和实践意义，对于提升国内绣花机行业在高端市场与国外企业的竞争力，提升民族品牌价值，改变国内绣花机控制器被少数公司所垄断，增加良性有效竞争有积极影响。
上传时间： 2013-06-29
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数控机床是现代制造系统的基础和核心，而先进的数控技术是解决机床制造业持续发展的关键。随着嵌入式系统、微计算机技术和集成电路的迅速发展，高性能的32位CUP开始普及。它执行速度快、功能强大，在中、低档数控系统中已经完全可以替代PC机及8位单片机，获得更大的价格和技术优势。本文旨在打破传统基于PC机及8位单片机的数控系统，研究并设计一种基于ARM的32位嵌入式机床数控系统。 本文设计了基于ARM内核的嵌入式机床数控系统，并给出了硬件设计方案、软件程序设计思想及相应设计。硬件部分选用是日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314AL，作为数控装置电机的驱动芯片，其性能优良、接口简单、编程方便、工作可靠，给运动控制带来极大方便。采用ARM微处理器STR710负责控制MCX314AL、外围逻辑电路的管理及后台任务的实现。系统软件平台采用源代码公开的嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ，对数控系统软件模块的任务进行划分，并根据其实时性要求赋予不同优先级，采用基于优先级的抢占式调度算法，设计了任务间的通信方式及中断事件的响应，使该数控系统具有良好的实时性和稳定性，可以满足高精度加工的要求，同时也具有良好的人机界面和网络支持。
上传时间： 2013-05-25
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由于永磁伺服电机具有转子转动惯量 小，响应速度快，效率高，功率密度高，电机体积小，消除电刷而减少噪音和维护等其他电机难以比拟的优点，在高性能位置伺服领域，尤其为伺服电机组成的伺服系统应用越来越广泛。 永磁无刷电机有两种形式:方波式和正弦波式。本文主要研究以pmsm 为伺服电机的伺服系统 目前实现永磁同步电动机的控制主要采用dsp、dsp+fpga和dsp+asic三种途径。而前两种方式实现位置控制编程量较大，美国国际整流器公司针对高性能交流伺服驱动要求，基于fpga技术开发出了完整的闭环电流控制和速度控制的伺服系统单片解决方案—irmck201。本文就是基于这种数字运动控制芯片，设计了dsp和irmck201的交流伺服控制系统。该系统具有性能优越，结构简单，编程任务小，开发周期短等优点，对其他交流位置伺服控制系统也具有很好的推广意义。
上传时间： 2013-06-07
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