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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飞机飞行的高度、马赫数和升降速度等参数是飞机的自动控制、导航、火控、空中管制、和告警等系统必不可少的信息。随着飞机性能的不断增强，飞机上各系统对飞行参数测试的要求也越来越高，旧有的测试系统已逐渐不能适应现代高速飞机飞行参数的测试需求，本文针对项目委托方提出的技术要求，经过对飞行参数测试技术及其发展趋势的研究分析，最终确定采用嵌入式技术，设计一款基于32位微处理器ARM的集数据采集、处理、显示为一体的测试飞机飞行高度、马赫数和升降速度的系统。 基于课题的研究内容，本文在分析研究飞机飞行参数测试原理的基础上，围绕着设计目标，从整体方案的选择、系统各部分元件的选取及测试系统的软硬件设计等方面阐述了主要开展的设计研究工作。重点对系统硬件电路设计、软件设计和气压传感器的温度补偿方法进行了深入论述。 应当指出，本文介绍的大气数据参数测试专用机，选用小型化高采样速率的硅压阻式气压传感器、高性能的32位ARM微处理器、高精度A/D转换器、专用接口芯片等优化组合，集成度高，体积小，重量轻。实验结果表明了所设计的系统方案合理有效，具有较好的实时性和可靠性，基本上满足了系统的设计需要。
上传时间： 2013-06-23
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在电力现代化建设中，提高发电机发电效率是其中重要的一环，氢气作为导热性冷却介质广泛的应用于发电设备，作为冷却剂，它可以有效地提高其发电效率，但它又是一种易燃易爆气体，所以使氢气参数处于正常范围，保证发电机高效、安全正常工作就变得至关重要，因此对氢气参数进行实时监测有着重要的意义。 本论文研究和开发了基于ARM和CPLD的氢气参数监测系统，首先简要的分析了氢冷发电机系统对氢气参数进行监测的必要性以及当前电力系统氢气参数监控系统的发展情况。然后提出了一种利用无线通信手机短消息业务SMS、工控总线Modbus通信协议和RR485总线、SD卡海量存储等技术实现发电机系统多氢气参数的现场实时监测系统的设计方案。该方案以功能强大的ARM处理器作为系统的核心。采用高精度的16位AD转换芯片，并使用两种滤波算法的结合对信号进行数字滤波，满足系统对氢气参数采集精度的要求。同时系统结合CPLD技术，用于解决系统内微控器I/O口不足以及SD卡驱动的问题，本论文采用一片CPLD扩展I/O口，每一个扩展的I/O口都分配固定的地址，ARM微控器可以通过外部总线控制扩展I/O口的输出电平。SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，具有低成本，大容量的特点，系统的历史数据存储使用了SD卡作为存储介质，系统并没有直接使用ARM处理器读写SD卡，而是使用了拥有1270个逻辑单元的MAXⅡ1270 CPLD来驱动SD卡，在CPLD中使用VHDL语言设计了SD卡的总线协议，外部总线接口，SRAM的读写时序等，这样既可以提高微处理器SD卡的读写速度，增强微处理器程序的移植性，又可以简化微处理器读写SD卡的步骤并减少微处理器的负担。 本论文的无线数据传输采用GSM无线通信技术的SMS业务远传现场数据，设计了GSM模块的软件硬件，实现了报警等数据的无线传输，系统的有线传输采用了基于Modbus通信协议的RS485总线通信方式，采用这两种通信方式使系统的通信更加灵活、可靠。本论文最后分析了系统的不足并且提出了具体的改进方向。
上传时间： 2013-05-26
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随着新的控制算法的应用和电子技术的发展，移动机器人正朝着高速度、高精度、开放化、智能化、网络化方向发展，对控制系统也提出了更高的要求。移动机器人要实现高速度、高精度的位置控制和轨迹跟踪，必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统。 导航是移动机器人最具挑战性的能力之一，机器人感知、定位、认知及运动控制的性能是决定导航成功的关键因素。根据课题“仿生导航系统”的要求，本文选择“主控制器+运动控制器+英特网远程无线监控”结构进行导航移动机器人控制系统的设计。首先分析导航移动机器人体系结构，建立机器人运动学模型，最后详细阐述控制系统的全部开发过程，包括控制系统需求分析、总体设计、功能模块的划分及软硬件的设计与实现，并对无线通信及英特网通讯做了一些基础研究，开发了无线通讯模块软件和上位机软件。 在控制系统的硬件设计方面，主要包括基于 LPC2138 的主控制单元、基于HCTL-1100 的运动控制单元、基于 6N137 的光电隔离单元、基于 LMD18200 的功率放大单元、传感器接口单元及上位机无线通讯单元的电路设计。软件方面，在μC/OS-Ⅱ实时操作系统的多任务环境下，利用其任务调度功能，合理地协调和组织了控制系统的各项硬件资源，提高了整个系统的实时性和可靠性。上位机采用的无线通讯、Internet 通讯以及可视化监控程序界面，让用户可以方便直观地远程观察和控制机器人。 该控制系统的研制为仿生传感器性能测试提供了一个良好的实验平台，经过实验，验证了系统的可行性，系统的各项功能及控制精度满足设计要求。
上传时间： 2013-05-22
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现代自动化生产技术迅猛发展,对保证其产品质量的检测技术也提出了更高的要求,许多传统的检测手段已不能满足现代化大生产的需求.而在计算机视觉理论基础上发展起来的视觉检测技术以其高精度、非接触、自动化程度高等优点满足了现代生产过程在线检测的要求,逐渐由实验室走向工业现场,得到了日益广泛的应用.随着现代生产节拍的不断加快,以及检测节点的增多,处理数据量的增大,对视觉检测系统的测量速度提出了更高的要求,而在现有的检测系统中,实现100％实时在线检测的关键问题是提高视觉图像的处理速度,从而提高整个视觉检测系统的处理速度.因此该文提出基于FPGA的高速图像处理系统的设计方案,得到了国家"十五"攻关项目"光学数码柔性通用坐标测量机"的资助.该文针对以下三个方面进行研究并取得一定的成果:(一)高速图像处理硬件解决方案的研究通过分析现有的几种实现高速图像处理的方法的优缺点,提出了基于现场可编程逻辑器件FPGA(Field Programmable Gate Array)技术的高速图像处理系统的方案,并构建了其硬件平台.(二)基于USB总线的通讯采用USB专用接口芯片,实现高速图像处理系统与PC机的通讯验证硬件设计的正确性.(三)基于FPGA的图像处理的研究分析图像处理的特点及其基本的方法,初步研究了基于FPGA的图像低层次处理的硬件化方法的实现.
上传时间： 2013-04-24
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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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基于ARM的嵌入式网络电能计量系统的研究电力电子与电力传动专业随着市场经济的不断发展，人们生活水平的日益提高，用电量也持续上升。电能的计量是否公平、公正已成为人们十分关心的问题。作为电能量的计量工具电能表已成为各行各业用电不可缺少且非常重要的仪表。由于传统的电能表有计量不精确、人工抄表费时费力、统计繁琐等缺点，因此，研究开发高精度、低功耗、网络化、智能化的电能表是明显的趋势。 嵌入式系统技术是近几年电子产品设计领域最为热门的技术之一，目前已广泛应用于工业控制、智能交通、信息家电、公共服务等领域。嵌入式系统正对人类的后PC时代产生着深远的影响。 本文针对传统的机电式电能表的缺点和不足，结合当前的嵌入式系统技术和网络技术，研究并设计了一套基于ARM处理器、CAN总线和以太网传输的嵌入式网络电能表系统。此系统主要由网络中继模块和电能量采集终端两部分组成。网络中继模块硬件采用了PHILIPS的LPC2290作为中央处理器。LPC2290是一款16/32位RISC微处理器，采用ARM公司的ARM7TDMI-S内核，提供了两路CAN总线和其它一些片上通用外设接口。采用L2C2290处理器，不但降低了整个系统的设计成本，而且也大大减少了额外的接口电路。网络中继模块软件是通过μCLinux操作系统内嵌的BOA实现嵌入式WEB服务器，并应用CGI接口程序完成了动态网页程序的编制。电能量采集终端采用专用电能芯片、单片机和CAN控制器实现。网络中继模块和电能量采集终端之间通过CAN总线进行通信，保证了信息的可靠性。当客户端通过网络浏览器访问WEB服务器时，CGI程序就将电能量采集终端所采集的电能量数据上传给客户端，实现网络自动抄表。
上传时间： 2013-06-23
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本课题是江苏省“十一五”工业攻关项目“总线化智能多参数高精度检测及控制仪表开发与产业化(BE2006090)”。本项目要求多环境参数测控、多总线接口，选择具有丰富接口的高速处理器作为本项目的核心。为满足多参数测控精度和多网络接口通讯可靠性，嵌入式设计是应用系统的理想选择。本文所研究的多参数测控装置是以三星公司生产的32位ARM微处理器S3C2410为核心的嵌入式系统，该系统能实时地获取水环境参数，为水环境和多总线接口提供基本的数据和控制信息。 本文详细地介绍了MODBUS和CAN-BUS总线协议和通讯原理，阐述了水产养殖几个重要环境参数一溶解氧、温度、PH值的检测算法原理、以及传感器调理电路和温度、溶解氧的控制策略，进行了测控系统的硬件架构和各个模块的原理设计，实现了操作系统的移植，编写了驱动程序。在基于QT/E环境下实现了系统的测控和总线通讯部分上层软件设计。提出并实施了系统测试方案，成功地完成了测控系统的硬件、软件测试、以及通信功能测试和现场在线测试。 本论文的研究开发工作是在实践的基础上完成的，实验结果证明该系统充分利用了S3C2410芯片提供的资源，具有高性能、低功耗、低成本的优点，在各个方面的性能比传统的水环境参数测控系统有很大提高，通过测试实现了预期的各种功能，完全达到预期要求。
上传时间： 2013-06-28
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航天测控通信网是航天工程的重要组成部分。迄今为止，我国已建成“C频段测控网”，及正在建设的“S频段测控网”和“TDRSS测控网”。测距单元是测控系统基带设备中的重要功能单元，为航天飞行器提供定位元素。目前，在航天测距系统中侧音测距技术具有最高的测距精度。本文以中国电子科技集团第十研究所某项目为背景，对侧音测距系统中的关键技术进行了详细的研究，提出了一些改进测距精度的方法，最后用FPGA实现了侧音测距功能单元。 本论文主要完成以下工作： 1)完成了直接数字频率合成的杂散分析。采用严格的信号分析方法，运用离散傅立叶变换(DFT)和傅立叶变换(FT)，推导了理想状态和相位截短条件下的DDS输出频谱的数学表达式，并利用systemview仿真软件建立了DDS相位截短模型，通过仿真验证了分析结论的正确性。 2)改进了TT&C系统中经典的FFT频率引导算法，增加了频谱对称性分析，在实现频率引导的同时完成了防载波频率错锁的功能。 3)首次采用基于正交双通道相关原理的数字相关相位估计法来实现次侧音匹配和解模糊，降低了设备复杂度，提高了测距精度。针对低信噪比的情况，提出了基于平滑滤波的数据处理方法，提高了相位测量精度。对测距信道中加限幅器导致的测距信号信噪比恶化程度做了深入的理论分析。最后，分析了测距误差，并对其中一些引起测距误差的因素提出了改善方法。 通过本论文的工作，成功的完成了TT&C侧音测距终端的研制，系统现已通过测试，达到系统任务书的各项指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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GPS（全球定位系统）是美国建立的高精度卫星定位导航系统，高动态GPS接收机可应用于卫星、飞机、高速列车等许多场合。高动态给GPS信号带来很大的多普勒频移和多普勒频移变化率，普通民用接收机无法正常工作。适用于高动态条件的接收机可以有效消除多普勒频移及其变化率对信号接收的影响，提高导航定位精度。 本文在深入研究GPS的系统组成、工作原理以及信号格式的基础上，重点研究高动态条件下C/A码和载波的捕获与跟踪方案。论文的主要工作如下： 1．深入研究扩频信号的各种捕获算法，提出了一种适用于高动态的基于FFT的C/A码快速捕获算法； 2．研究扩频码跟踪和载波跟踪技术，设计了载波辅助的码跟踪环路——数字延迟锁定环（DLL）及一种叉积自动频率跟踪环（CPAFC）与科斯塔斯（Costas）环相结合的载波跟踪方案，并在MATLAB环境下建立系统模型，对环路参数进行了详细的设计； 3．初步完成了GPS接收机基带处理模块核心单元的FPGA设计和功能仿真。
上传时间： 2013-07-10
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