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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谐波带来的影响已经严重危及到电力系统的安全、经济、稳定运行。解决谐波污染的关键在于精确实时地确定谐波的成分、幅值和相位等因素。而今普通工业控制计算机已越来越不能满足系统运行的高效性、高实时性、高稳定运行性和高可靠性等要求,给谐波的测量带来误差,因而开发新一代基于ARM平台和嵌入式Linux系统的电力谐波检测装置来满足这些要求显得很重要。 同时,友好的图形界面也已经成为人们普遍关注的一个热点问题。电力谐波检测装置的图形用户系统更是存在着进程独立、网络通信能力、跨平台等特殊需求。在众多的图形用户界面软件中,因QT/Embedded具有跨平台、面向对象、能设计精美的人机界面等优点,系统便选取QT/Embedded作为支撑平台,并解决了QT/Embedded跨平台移植和中文化等问题。 因频谱泄露和栅栏效应以及系统基本频率的波动,普通的FFT算法不能准确测量谐波和间谐波成份。为了提高测量精度,本文先用频域插值法确定系统的基本频率,以及插值多项式方法重构时域采样信号,接下来用FFT计算整数次谐波成份,以及频域插值方法计算间谐波成份。 系统选用长沙科瑞捷机电有限公司提供的基于ARM处理器的SAM7430模块,在此基础上开发谐波检测软件,包括数据采集、FFT分析以及界面显示程序。经初步调试系统工作稳定可靠,具有一定的实用参考价值。
上传时间: 2013-08-02
上传用户:lijinchuan
针对现代中低压电网电能质量的监测及谐波治理的需要,论文综合运用嵌入式技术、现代信号处理技术、虚拟仪器技术设计了一种新型低功耗、集成化的电网参数监测仪。此系统实现了对三相电网相/线电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电网频率、功率因数以及三相电压、电流的31次以内谐波的实时监测。 论文分析了基于微处理器的电力系统基本参数的测量原理;对被测信号的交流参量通过抽样方法获得,由多点的抽样数据统计得到的结果可以减小随机误差的影响;基于DFT和FFT的谐波测量原理,将FFT应用于谐波分析获得信号的频域参数;针对谐波测量中的混叠误差设计了二阶抗混叠滤波器;分析了非同步采样和对非时限信号的截断造成的频谱泄露和栅栏效应及其对谐波测量精度的影响。讨论了常用的几种窗函数对频谱泄漏的抑制作用,在此基础上选择加海明窗对采样信号进行处理;针对DDS具有高精度频率合成的特点,将其应用到电网信号的采样上,提高了采样的同步性,使得测量精度满足了系统的要求。上述方法需要大量快速的迭代运算,系统微处理器选用了32位ARM芯片LPC2132,提高了系统的数据处理能力和实时性。系统供电电源采用了开关电源、减小了体积,提高了效率;完成了下位机数据采集部分、二阶抗混叠滤波器、测频电路及通信模块电路的设计;最后介绍了软件设计部分,主要包含了数据采集的实现过程,FFT程序的设计,给出了各部分程序的流程图;系统上位机软件设计了电网数据处理程序,该软件以LabWindows/CVI6.0为开发平台,利用CVI丰富的库函数,完成对数据的处理、显示和记录等工作,并采用双线程运行模式,在数据采集和处理的同时完成了显示、命令的发送和运行曲线等功能。 按上述方案设计的样机经过三次电路制作与软件调试,主要技术参数达到了设计要求,通过了实验室测试,目前正在电力系统谐波治理系统中进行工业实验。
上传时间: 2013-04-24
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本课题针对当前煤矿企业对水的依赖性和企业自身发展对水源的需求等实际问题,研制了基于ARM的煤矿水源井监控系统。 论文主要介绍了监控系统监控终端(RTU)的硬件设计、软件算法设计以及通讯技术、电机的保护原理和监控系统上位机的软件设计。 监控终端(RTU)的算法设计方面,针对系统数据信号的特点和系统分析的需要,对水位、流量、出水口压力采用直流采样,对相电流、相电压采用交流信号采样。对采样后的数据进行数值分析和计算,获得了高精度的煤矿水源井参数的测量和系统的控制。 通讯部分采用的是具有接收灵敏度高、频率稳定、传输效率高等优点的无线数传电台与RS-232组成无线网络,实现了数据的上下传输。 监控终端(RTU)的硬件设计方面主要采用ARM芯片作为监控分站的终端处理核心,实时检测水源井的水位,出水口压力、流量等参数。实时显示水源井各参数的动态特性,并查看水位的历史变化。同时,ARM处理器通过互感器对数据采集处理后,可计算出水泵电机的三相电流、电压的实际值,根据电机的相序电流、电压的大小,可对电机实时有效的微机保护。并根据监控中心命令进行相应的数据处理和数据传送。 监控终端软件方面主要考虑到时实采样的准确性,uClinux系统在ARM系统上数据处理的快速性与实时性,以及与监控系统软件的通信显示方面的可行性与有效性。 系统监控的软件利用VC++6.0中的编程进行实时数据的采集处理和控制、数据的实时显示、报表打印和报警等功能。通过ADO对象和SQL Sever,与windows系统上的数据库服务器进行实时数据的交互。
上传时间: 2013-05-16
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随着生物工程及医学影像学的发展,磁共振成像在医学诊断学方面发挥着越来越重要的角色。磁场的均匀性是大型医疗设备——核磁共振(MRI)成像的理论基础,是评价该设备的一个重要的技术参数,磁场的均匀性分析也是电磁场理论分析的一个重要方向。良好、稳定的磁场均匀性对核磁共振图像的信噪比(SNR)的提高有重要的意义,同时也是饱和压脂序列实现的唯一条件。 该课题的主要内容是在介绍磁共振成像原理与磁共振超导磁体的超导匀场线圈的形状及位置的基础上,分析各个线圈中电流的大小与空间某点磁场强度的关系。同时借鉴磁共振成像原理,设计辅助测量水膜,对空间某一特定半径的球体腔内各点的磁场强度进行自动化测量。在当前使用的被动式匀场的基础上,利用分析软件,对线圈的选择及电流的大小进行计算与优化。实验结果表明效果良好,磁场均匀度有很大的改善。 采用的主要方法是利用磁共振成像原理及傅里叶转化技术去设计一种精确、方便、快捷的匀场方法。通过计算机模拟及有限元分析的方法进行计算、优化,最终得到理想的磁场均匀度。 良好的磁场均匀性是磁共振成像的基础,是饱和压脂序列(FATSAT)、平面回波成像(EPI)、弥散成像、频谱分析等一系列近几年新出现的先进序列实现的前提条件。从而为临床医学提供了一种先进的检查手段,为疾病诊治的及时性、准确性、可靠性及病灶确切位置的判断都提供了基础。 该文所介绍的磁场均匀性测量、分析方法以及在此基础上设计的匀场计算分析软件已在多台磁共振安装调试过程中得到应用,达到了预期的目的,能够满足现场调试的要求。该方法对于今后超导磁体磁共振的磁场均匀性调试,及在医学影像学方面的发展有很好的应用价值。该项技术在该领域的推广必然会提高磁场均匀性的精度,推动医学影像学及临床诊断学的发展。并能带来良好的社会效益及经济效益,具有关阔的应用前景。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:tianjinfan
利用集成UGN—3501M 霍尔传感器和集成AD522 型双端差动输入测量放大器设计出了直流电流检测电路,该电路具有良好的线性度(绝对线性度为1.4﹪)和高精度(最大相对误差为0.53﹪);电
上传时间: 2013-07-07
上传用户:KIM66
目前国内的大多数通用直流电参数测量设备,精度等级一般为0.5级或0,2级,精度更高的测量仪表(校表)一般为0.1~0.05级。而数字仪表使用的CPU大多数仍采用8位或16位单片机,由于其处理速度慢,不易实现更多的功能。软件上还是采用汇编语言编程,流程上沿用传统的线性程序,不便于软件的升级和维护。而国外高精度的测量设备往往价格很高。为了更好地满足计算过程中准确性、精确性、快速性以及日后客户对仪表功能上的升级要求,克服目前国内现行的直流电参数测量仪器存在的局限,同时获得更高的性价比,本文在充分分析和吸收当前国内外数字仪表的先进技术和经验后,研制了一种基于32位ARM和嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的智能直流校验表,精度已达到了0.05级,该仪器是目前国内直流电参数测量的最高性能仪器之一,可广泛用于实验室、计量院所、电力系统等部门作为0.1级、0.05级直流电压、电流测量标准或现场检测。 本文首先对直流表的各种测量功能和精度要求进行了分析,提出了仪器的总体框架和满足测量精度要求的措施。本装置硬件上采用ARM结构,以恩智浦公司的ARM微控制器(LPC2134)为控制核心,实现测量、校准、通信和显示功能。软件上则基于嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ进行了仪表的总体程序设计。 在介绍了对直流表硬件电路的设计及驱动程序的编写后,再简单阐述了μC/OS-Ⅱ的一些基本概念和在ARM微控制器(LPC2134)上的移植,并详细介绍了基于μC/OS-Ⅱ平台应用程序的任务划分,在设计了全部程序后,探讨了误差的分类和产生原因,并对实验结果进行了分析。
上传时间: 2013-06-25
上传用户:元宵汉堡包
随着水声技术研究的不断深入,各类水声设备也得到迅速发展,在海洋探测、水下通信、军事国防等方面广为应用。与此同时,水声数据采集系统也受到越来越多的关注。由于信道复杂、信号衰减大以及环境恶劣等因素的影响,设计一个可靠性高、功耗低、实时性强且符合水声工程要求的数据采集系统成为一项重要任务。 本课题研究内容来源于某型水下测量系统。论文在分析了水声信号特点的基础上,阐述了用于水声信号数据采集系统的设计原则。针对水声数据采集的应用需求,采用嵌入式ARM9处理器和嵌入式实时操作系统VxWorks设计并研制了一套基于ARM_VxWorks的高可靠水声数据采集系统。 本设计以S3C2410嵌入式处理器,高精度ADC和以太网控制器CS8900以及大容量数据存储器为系统的关键部件,对VxWorks操作系统进行了移植,设计了配用的板级支持包,并开发了相应的驱动程序。 在上述基础之上,针对水声数据采集系统的特点和要求,开发了以网络通信为数据传输手段的数据采集系统,并实现串行通信和大容量数据本地存储功能。 对系统的测试结果表明,采用ARM_VxWorks结构的数据采集系统能够有效地完成水声数据采集任务。
标签: ARMVxWorks 水声数据 采集 系统研究
上传时间: 2013-06-10
上传用户:jichenxi0730
从制成世界上第一台激光器开始,激光优异的单色性、方向性和高亮度特点引起了各界的关注。激光测距技术是目前应用较为广泛的一种激光技术,它与一般测距方法相比,具有操作方便,精度高和昼夜可用的优点。目前激光测距技术分成脉冲式和连续式两种类型,连续式测距系统随着近年来激光技术的发展逐渐引起人们的关注,在民用领域,尤其是在一些对数据的实时性要求不很高的系统中得到普遍应用。 小型化、智能化、高精度、对人眼安全是激光测距的发展方向,但是目前的测距仪普遍存在元器件较多、功耗相对较高、灵活性不够、适应能力不强、抗干扰能力不强等缺点,不利于整机的一体化和小型化设计。 基于上述局限性,本文提出一种新的思想,将数字信号处理技术应用到连续式相位激光测距技术中,具体是利用DDS(直接数字频率合成)技术产生用于调制激光器的正弦信号,利用FPGA与DSP技术实现高速数字化处理。该方法不仅克服了上面所述的缺点,而且还具有以下的优点:可以通过软件的方法改变调制频率,大大简化了测相电路,提高了使用的方便性:解决了激光连续测距中频率输出不稳定和相位抖动的问题,使测距仪的稳定性更高;采用DSP处理芯片对信号进行处理,处理速度更快,提高了实时性;采用FFT技术测相,不仅精度高,而且随着微电子技术的不断发展,精度还有上升的空间。 本文从理论和实验上验证了该测距方案的可行性。在采用实时取样补偿技术的情况下,该测距方案的测距精度可达到毫米量级,该测距方案设计新颖,系统受环境因素影响较小,可在恶劣环境下进行短距离(一般小于15米)的测量。实验结果表明,该设计方案基本上达到预期的指标要求。
上传时间: 2013-06-08
上传用户:manking0408
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