随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-04-24
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目前，大多数嵌入式自动化系统都以MCU为核心，与监测、伺服、显示等仪器、设备配合实现一定的功能。现场信息往往止步于“现场”，嵌入式自动化系统从而成为了“信息孤岛”，因而制约了其本身的发展。要实现大规模的信息集成、综合实施自动化，就需要一种能在工业现场环境下运行、可靠性高且实时性好的通信系统，形成工业现场的底层网络，完成现场自动化设备之间的多点通信。 Ethernet（以太网）和CAN-bus（控制器局域网）分别是目前全球应用最为广泛的国际互联技术和开放式现场总线。随着测控技术与网络技术日益紧密的结合，测控系统接入互联网已经成为大势所趋，这也促成了近年来嵌入式网络技术的飞速发展。以太网技术正在迅猛发展，将其应用到工控领域，可以达到降低成本，简化结构等成效。随着技术的发展以及实际的需要，将两者结合无疑会为控制领域的飞速发展带来巨大的原动力。本文设计了一种以ARM7处理器为核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet网关，可以用来实现监控设备和现场设备之间稳固、简洁的互连通信，完成对大规模现场设备的实时测控。 本文具体的研究内容如下： 1）以LPC2290为主控MCU的CAN-Ethernet互连系统的设计思想以及整体结构设计； 2）CAN-Ethernet互连系统转换电路及外围接口电路设计，MCS-51单片机与MCP2510实现CAN总线通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系统在LPC2290上的移植以及互连系统应用软件设计实现与探讨； 4）CAN-Ethernet互连系统核心交换模块的设计； 5）使用HTTP协议实现Web服务的功能，并通过Web页面实现对现场设备的远程测控。
上传时间： 2013-08-06
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TCP/IP协议作为Internet上的通信实现方式的一种，是近年来嵌入式应用领域的一个研究热点。嵌入式设备要与Internet网络直接交换信息，就需要支持TCP/IP协议。嵌入式系统具有内核小、专用性强、系统精简、实时性高、功耗和环境要求严格等特点，所以传统的TCP/IP协议不适合移植到嵌入式系统中。实现嵌入式系统网络接入有两种选择，第一种是按照TCP/IP协议的原理编写简化版的通信协议；第二种是将已有小型的，适用于嵌入式系统的网络协议移植到系统中。 首先本文简要介绍了嵌入式网络协议的研究现状和研究内容，分析了LwIP协议栈中IP协议、TCP协议、UDP协议和ICMP协议的原理。由于LwIP没有使用和操作系统相关的系统调用和数据结构，所以在LwIP和操作系统之间增加了一个操作系统封装层为操作系统服务。LwIP不仅保持了TCP协议主要功能，而且减少了对RAM的占用。 其次，移植中实现了操作系统模拟层和LwIP底层接口。操作系统模拟层为协议和操作系统提供了一个接口，使协议对操作系统透明，可以不依赖操作系统运行，需要实现信号量、邮箱、线程和临界保护。LwIP底层接口为不同的硬件提供不同的驱动程序，需要实现系统初始化、网卡初始化、线程接收、数据包的读取和发送。 最后提出测试设计框架，在ARM开发板和μC/OS-Ⅱ操作系统上对移植的协议进行测试。测试结果表明，移植协议可以正常工作，实现了基本的网络功能。
上传时间： 2013-07-11
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聚乙烯（PE）管道系统在各个行业的应用越来越广泛，特别是PE管道在燃气输送和给水排水方面的快速发展，使得PE管道正在逐步的替代金属管道系统。PE管道的连接技术是PE管道系统应用中的关键技术之一，连接的质量对PE管道系统整体寿命有重大影响。热熔对接焊是一种经济、快速有效的连接方法，具有密封、均匀、牢固的优点，同时又有焊接过程复杂，工艺参数多的特点，对焊接机的自动化程度要求较高。然而，目前国内工程上还没有全自动化的热熔焊接机，焊接过程需要人工干预，管道焊接质量难以保证。因此，研究设计焊接过程全自动化的热熔对接焊机对提高焊接质量，保证PE管道系统的使用寿命有重要意义。 本文通过分析和研究热熔对接焊的焊接流程和工艺参数，提出了一种结合嵌入式技术，使焊接过程全自动化的热熔焊接机控制系统的实现方案。本文所设计的控制系统实现了热熔对接焊的焊接时序自动控制，操作纠错及错误信息管理，焊接数据的管理及追溯。课题研究的主要内容有： （1）通过分析全自动热熔对接焊机的整体需求，构建基于ARM7处理器和μC/OS-Ⅱ的嵌入式系统平台，包括设计硬件系统和移植操作系统； （2）实现热熔对接焊过程的全自动化，包括自动控制铣削管道端面；测量拖动压力以及自动补偿拖动力；自动控制热板插入后的所有焊接阶段即：加压、成边、降低压力、吸热、抽板、加压、保压、冷却的自动控制。焊接过程中各个阶段以曲线方式动态的显示给用户，焊接完成后焊接数据自动存储； （3）实现系统必须的功能模块，主要包括LCD图形用户界面、数据管理模块、USB移动存储器读写模块。硬件主要实现电源、复位和时钟电路；USB、SPI总线和UART接口电路；A/D和D/A转换接口电路；LCD接口和JTAG接口电路等。软件方面主要包括LCD控制芯片驱动程序、基本图形处理程序、图形用户界面、数据管理系统、USB控制芯片驱动程序、USB大规模存储器协议实现、FAT16/FAT32文件系统操作程序以及自动控制程序等。
上传时间： 2013-04-24
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本文针对目前国内基于PROFIBUS-DP的产品价格昂贵，安装和维护成本高等缺点，以山西某大型煤矿的空压机监控系统自动化改造工程为例，在重点研究了PROFIBUS-DP协议的基础上自行提出了一套PROFIBUS-DP现场总线控制系统，并详细设计了该系统中的PROFIBUS-DP主站部分。 本文首先提出了一套基于PROFIBUS-DP技术的现场总线控制系统并在其基础上完成了PROFIBUS-DP主站的总体设计。其次本文选用ARM+PROFIBUS主站协议芯片的开发方式，重点论述了主站的硬件设计。再次本文根据PROFIBUS-DP协议的结构设计PROFIBUS-DP主站软件模块，确定各模块间关系并详细设计了主站与主站用户之间的共享数据结构。接着本文讨论了PROFIBUS-DP主站软件在μC/OS-Ⅱ操作系统上可靠运行需注意的几个技术细节。最后本文给出了基于ARM的PROFIBUS-DP主站的调试方案。 研究结果表明基于ARM的PROFIBUS-DP主站能够在不降低系统稳定性的基础上有效降低成本。使基于PROFIBUS-DP的现场总线系统得到大面积推广成为可能。
标签： PROFIBUSDP ARM 主站
上传时间： 2013-06-27
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臭氧（O3）作为一种无污染的强氧化剂，已在医学、卫生、食品、饲养业、养殖业、化工生产、大气净化、污水处理和饮用水杀菌消毒等行业广泛应用，取得了显著效果，其应用规模也越来越大。在使用中，如果臭氧浓度过高会加大设备造价同时对人体有危害，臭氧浓度太小又难以收到满意效果。因此在很多场合必须严格控制臭氧的浓度，以便达到既能杀菌消毒，又不危害人体健康的目的。目前，臭氧检测的方法分为两类，一类是采样后实验室分析，首先进行环境空气的样品采集，然后拿到实验室利用化学方法进行分析；一类是自动监测仪器法，利用臭氧自动监测仪进行环境空气中臭氧浓度的测定。然而在对臭氧消毒后空气中臭氧浓度检测的过程中，以上两种方法具有检测周期长、操作步骤复杂、设备体积大、不便于携带等缺点。因此设计一种检测方法简单、体积小、重量轻、低功耗、智能化程度高的便携式臭氧浓度检测仪具有一定的现实意义。 在硬件设计上，首先，为了完成臭氧浓度信号的提取，对臭氧传感器进行了精心的选择；其次，为了保证传感器稳定可靠的工作，重点设计了恒电位仪电路，同时为了满足后续A/D检测精度的要求，对检测到的电压信号进行了调理；最后，为了实现系统的基本功能，以ARM微处理器LPC2210为核心搭建了系统的硬件平台。 在软件设计上，为了提高系统的智能化程度，引入了μC/OS-Ⅱ操作系统。同时为了减少系统功耗尽量缩短CPU的运行时间。当仪器无人操作一段时间后，系统会自动关闭一部分外围器件并且使微处理器处于掉电状态以减少功耗。 在操作的可靠性方面，设计了一键开机功能；同时为了延长电池的使用寿命，设计了电源智能管理模块。
上传时间： 2013-05-21
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软硬件资源的不断成熟和完善，使得嵌入式系统应用得到了十分迅猛的发展。另一方面，互联网技术的发展，使得Internet逐渐深入到人们的日常生活中。嵌入式控制网络与信息网络的互联不仅拓宽了控制系统的控制范围，而且丰富了信息系统的内容。因此，嵌入式系统与Internet相结合将成为嵌入式系统和互联网络发展的重要方向。 现阶段，Internet规模的日益扩大与IPv4地址匮乏之间的矛盾越来越突出。为解决IPv4网络存在的各种问题而出现的IPv6协议具有海量的地址空间、优化的路由算法、自动化的地址配置等；同时还增加了对安全性、QoS等的良好支持。因此，Internet从IPv4过渡到IPv6是一种必然的趋势。综上，对IPv6协议进行研究并将其引入嵌入式系统，实现嵌入式设备接入网络的功能，具有较高的科研价值和现实意义。 本文在对嵌入式系统相关概念和嵌入式IPv6协议栈进行介绍的基础上，阐述了IPv6协议簇中核心协议的原理、报头结构和参数等。接着根据嵌入式TCP/IP协议栈的设计要点，提出嵌入式IPv6协议栈的总体设计，进一步对协议栈的进程模型、内存管理、平台无关性和通讯机制进行了研究。然后对协议栈的裁剪和数据包的处理流程进行分析，给出各模块的详细设计与实现，主要有IPv6模块、ICMPv6模块、邻居发现(ND)模块和UDP模块。最后将协议栈嵌入到uC/OS-II操作系统中并搭建测试环境对IPv6协议栈进行功能性测试，结果表明协议栈功能正常，可以完成基本的通讯功能。 协议栈根据嵌入式系统资源有限和应用相对单一的情况进行裁剪，采用分层结构实现；同时在实现基本功能的前提下，为功能的扩展提供了接口；另外，将协议栈与硬件、编译器和操作系统相关的代码独立开来，实现了协议栈在不同平台的良好移植。关键词：嵌入式系统，因特网，ARM，IPv6，ICMPv6，邻居发现协议
上传时间： 2013-04-24
上传用户：lo25643
目前，国内矿井的排水系统多采用传统的人工监测、继电器控制的方法。传统方法设备运行的自动化程度低、可靠性较差、工人劳动强度大、应急能力不足，存在一定的安全隐患，不适应数字化矿井发展的需要。本课题设计的自动排水系统采用嵌入式微控制器作为就地控制系统与上位机远程监控相结合的方式，提高了工作的可靠性和稳定性，具有运行成本低、调试方便等特点。 本文首先根据某矿井下排水的实际情况，对各种排水形式和相关设备进行了分析和比较，选择其中一种典型的排水系统形式作为模型。根据井下排水系统的运行原理展开研究和论证，制定了井下水位监控和水泵启动方案。在综合自动控制的相关理论和传感器应用技术的基础上分析了排水系统中需要监控的、能够反映排水系统工作特征的关键参数，并提出了这些参数的监测方法和这些方法的可行性。 全面分析了目前常用的微处理器和实时操作系统，详细研究了ARM和μC/OS-Ⅱ的性能和特点，充分利用ARM微处理器高性能、低功耗、低成本的优势，以及μC/OS-Ⅱ可移植性好、开发成本低的优点。选用以ARM7TDMI-S为CPU的LPC2220芯片作为就地控制系统，选用μc/OS-Ⅱ为实时操作系统。并根据排水系统工作方案和要求设计了系统和接口硬件电路，完成了系统运行程序代码的编写。 应煤矿信息化发展趋势的要求，选用LabVIEW作为上位机监控软件，以串行通讯协议与井下就地控制系统组成远程监控系统。从而实现工作人员能够在地面监控室轻松了解到井下水仓水位、各排水设备工作状态等信息，实现了排水系统运行的“避峰就谷”和水泵房的无人化值守。此项研究对矿井的安全生产、节能降耗和数字化建设等工作具有一定参考价值。
上传时间： 2013-06-04
上传用户：Kecpolo
近年来，嵌入式技术发展迅速，已经渗透到工业控制、智能设备以及电子消费品等人们日常生活的各个领域，而Internet技术也取得了巨大的发展，为人们所广为接受，于是嵌入式技术和Internet技术相结合形成的嵌入式Internet技术适时地出现了，并且成为实现远程控制、信息共享的关键技术。 本文首先阐述了课题研究的背景、目的和意义，以及嵌入式TCP/IP协议栈研究的现状，然后分析了嵌入式操作系统μ C/OS-Ⅱ的工作原理并描述了把它移植到LPC2210上的过程，为嵌入式TCP/IP协议栈实现提供了操作系统支持。接着，针对嵌入式协议栈的特殊需求，详细分析并采用了零拷贝技术、跨层技术等对LwIP协议栈进行了有效的裁剪和优化，结合μ C/PS-Ⅱ设计了一种紧凑的协议栈工作模型和内存管理机制。并且结合μ C/OS-Ⅱ设计了协议栈的工作模型和内存管理机制。在驱动程序的基础上实现了对LwIP中的IP协议、ARP协议、ICMP协议、UDP协议和TCP协议等几个协议栈的裁剪和优化。并分析了它们的安全漏洞及基于这些漏洞的攻击方式，在这个基础上提出了如攻击检测算法等填补漏洞和抵抗攻击的一些技术和措施。最后在目标板上成功移植了优化后的LwIP。 本文同时还设计了一种能够提供足够多软定时器资源的算法。在不需要操作系统支持的情况下，软定时器可以给多任务的系统提供足够的定时服务，而且不影响中断处理时间。并且具有自动回调功能，启动一次以后就可自动调用定时器。此软定时器使用方便且易移植，大大方便了本课题多次使用定时器的需要。课题结合具体项目“蓄电池状态记录仪的设计”，分析了它的各个功能模块，设计了其系统结构。对各个功能模块的设计与实现进行了代码编写和测试，借助于TFTP服务器实现了基于协议的嵌入式目标板和PC机间的网络通信。 本课题经过几个月的软硬件设计和现场测试，已实现了最初的设计目标。构建出了实验硬件平台和一个多任务多协议的基本实时系统框架。以后的开发者可以不必深入了解μ C/OS-Ⅱ实时操作系统和嵌入式TCP/IP协议栈的情况下就可以方便的创建一个嵌入式网络控制系统，并能在平台上开发其它的应用任务，为以后的研究提供了参考并奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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随着煤矿高产高效技术的推广和应用，井下长距离、大运量、大功率下运带式输送机的应用越来越普遍。其中，解决好倾角较大（大于6°）的下运带式输送机的运行制动和安全制动问题对保障全矿安全、高效生产具有重要意义。 本文在对国内外现有下运带式输送机制动系统的现状分析基础上，针对煤矿生产的特殊性，提出了基于ARM的嵌入式计算机控制液压调速软制动系统方案，所用元件可靠性和防爆性好，系统简单，动态制动性能好；结合成熟的工业PID控制经验和智能控制理论，并依据制动控制方案，设计了一种模糊自适应PID控制器用于控制电液比例调速阀的开口大小，其PID参数Kp、Ki和Kd可根据系统状态进行在线调整，结构简单、鲁棒性强，在系统结构参数发生改变时也可获得较好的控制效果；在基于S3C44BOX的最小ARM系统基础上，设计了系统控制信号的输入、输出方式及其电路；分析了实时操作系统μC/OS-ⅡBootLoader的设计及其在S3C44BOX上的移植过程；制动系统应用软件采用多任务机制，状态检测与控制任务并行运行，数据采集采用定时中断的方式；系统可扩展性、可移植性好，控制算法容易实现多样性且开发简单、维护方便。 该液压调速软制动系统可用于大型下运带式输送机的正常工作制动、紧急停车和断电防止飞车事故发生的安全制动，对输送机的辅助启动也起重要作用。制动力矩依据输送机载荷大小和输送机制动减速时速度的变化进行自动调整，制动曲线可调，输送机减速时不产生较大冲击、安全平稳，并按照规定的减速度大小减速停车。
上传时间： 2013-07-09
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