ZigBee是近年来出现的一种新型无线通信技术,其具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的特点,在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控领域具有广阔的市场空间。ZigBee的物理层和数据链路层由IEEE802.15.4工作组制定,高层(网络层、数据安全性及互边互通应用)由ZigBee联盟负责。 随着ZigBee技术在工业现场应用,越来越多的ZigBee设备终端将出现在工业现场,这就提出了将这些ZigBee设备与传统的以太网连接起来要求,为此需要设计一个无线的ZigBee网关来进行数据转发,因此对ZigBee网关的研究和设计具有重要的意义。 本系统选用基于ARM 920T内核的S3C2410作为ZigBee网关的主处理器,并且选用符合802.15.4标准的CC2420作为ZigBee网关的无线收发器。为了降低开发成本以及方便程序升级,网关选用开源嵌入式Linux操作系统,基于2.6.内核进行开发。本文主要对网关软件部分进行了深入研究。软件部分主要由2个程序组成:无线收发器的驱动程序和网关程序。其中网关程序主要包含Zigbee协议栈模块和网关通信模块。开发和测试主要语言采用标准C语言,驱动部分测试部分采用Bash脚本。 本文首先介绍了无线通信的背景知识和ZigBee协议栈,然后详细阐述了采用Linux来进行无线收发器驱动程序设计的关键点,同时对基于Linux的嵌入式ZigBee网关协议栈进行了移植,并且给出了ZigBee网关通信程序的设计方法以及程序的编译、调试和测试方法,实现了将ZigBee设备的数据及其状态转发给上位数据服务器的过程,最后还提出了作者对未来工作方向的一些改进思路和方法。
上传时间: 2013-07-17
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生物识别技术代表了未来身份验证技术的发展方向,而指纹识别技术又是最可靠、最有效的生物识别技术之一。目前,指纹识别技术是优于其它生物识别技术的身份鉴别方法。这是因为人的指纹各不相同、终生基本不变的特点已经得到公认,特别是现有的指纹识别算法已达到识别迅速、准确可靠的水平,是完全可以商业化的生物识别技术。 传统的指纹识别系统多是基于PC平台,这种系统将指纹图像处理和指纹匹配甚至指纹采集控制都放在PC平台上,在获得了较高速度和开发效率的同时,缺点也是显而易见的,其体积庞大,成本较高。而已有的嵌入式指纹识别系统多是基于单片机和DSP的,不是在运算速度上受到硬件限制,就是在系统的扩展性、可维护性及用户交互上有诸多不足。 近年来指纹识别应用的普及对自动指纹识别系统的便携性和易用性提出了更高的要求,指纹识别技术正向着小型化和嵌入式的方向发展。在微电子领域,以ARM、DSP、FPGA为代表的嵌入式微处理器的性能飞速提高,为构建嵌入式系统提供了硬件保证。 ARM是当前最为流行的32位RISC处理器架构,目前ARM占RISC处理器市场的七成左右。三星公司的S3C2410是基于ARM920T内核的通用32位微处理器,它具有高性能和低功耗的特性,被设计用于手持设备和通用嵌入式系统。 嵌入式系统对操作系统和其上运行的软件有特别的要求。针对本课题所采用的ARM硬件平台,详细介绍了嵌入式操作系统Arm-Linux的移植。分别说明了交叉编译工具链的安装、引导装载器的移植和Linux内核的裁减和交叉编译过程。为了运行应用程序,还介绍了文件系统的构建。 指纹识别系统需要指纹采集设备。FPS200是Veridicom公司推出的第三代半导体指纹传感器,是一款专为嵌入式系统设计的高性能、低成本、低功耗的电容式固态指纹传感器。本文详细阐述了基于FPS200的USB接口指纹采集卡的设计与实现。 指纹图像处理与匹配是整个系统的重要环节,论文介绍了图像处理与匹配的一般概念,并提出了新的指纹匹配方法。指纹匹配是自动指纹识别中的一个难点。现有的指纹匹配方法大致可以归结为图形匹配和人工神经网络匹配两大类,本文提出的基于线段的特征点匹配算法属于图形匹配。 嵌入式系统需要完善的软件支持。随着嵌入式技术的飞速发展,用户交互界面也由传统的字符界面向图形界面转变,图形用户界面系统得到了长足的发展。MiniGUI 是一个非常适合于工业控制实时系统以及嵌入式系统的可定制的、小巧的图形用户界面支持系统。本文介绍了基于MiniGUI的可视化指纹识别软件设计。 综上所述,本文针对特定硬件条件,构建了定制的嵌入式操作系统;设计了支持USB数据传输的指纹采集卡;指纹图像的滤波、提取特征和指纹特征匹配均针对嵌入式系统的实际情况进行了优化;利用MiniGUI图形支持库完成了界面美观友好的可视化指纹识别程序。系统具有安全可靠、易于扩展、性价比高等优点。
上传时间: 2013-08-02
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近年来,随着计算机和通信技术的飞速发展,特别是网络的迅速普及和3C(计算机、通信、消费电子)合一的加速,微型化和专业化成为发展的新趋势,嵌入式产品已经成为了信息产业的主流,嵌入式系统技术也成为目前电子产品设计领域最为热门的技术之一,目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域。本文在研究视频采集发展现状和趋势的基础上,设计了一种基于32位处理器的嵌入式图像采集和传输系统。此套硬件系统可应用于LCD显示屏、桌面视频、多媒体、数字电视机、图像处理、可视电话和远程户外图像采集等领域。 该图像采集系统在硬件系统上以ARM芯片S3C44BOX为核心,利用CMOS图像传感器采集图像;以FIFO帧存储器暂存图像数据,解决了ARM芯片与图像传感器之间速率的不同步问题;并充分利用了FPGA/CPLD高性能、低功耗、低成本的优点,用CPID器件控制整个图像采集的时序逻辑。在软件平台移植了嵌入式操作系统’uClinux,并在此基础上开发了底层的驱动程序和应用程序。体积小巧,具备图像采集、显示和远程传输功能和良好的可扩展性。 全文共分为五个章节,第一章主要介绍了论文的课题背景和图像采集技术的发展现状,介绍了论文的研究目标和研究内容。第二章从硬件和软件两方面阐述了嵌入式图像采集系统的总体设计方案,详细介绍了硬件开发平台嵌入式系统和软件开发平台嵌入式操作系统各自的定义和特点。第三章主要介绍基于ARM的图像采集系统硬件设计方面的内容,包括各个模块的具体实现方案、系统硬件性能分析和硬件电路的抗干扰设计等。第四章研究了基于uClinux平台的几个主要模块的软件设计,主要包括图像传感芯片的初始化和采集程序的实现、LCD控制器的初始化和图像显示程序的实现、以太网控制器的初始化和图像数据传输程序的实现。第五章是对全文的一个总结,概括了作者所做的工作,提出所存在的不足并对后续的研究工作做了进一步的展望。
上传时间: 2013-04-24
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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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大圆机是一种涉及到计算机、机械、电子、控制等诸多领域,比较复杂的典型机电一体化产品。近几年来,伴随着我国针织行业的快速发展,大圆机的需求日益加大,传统的基于MCU面板控制和采用薄膜按键方式的大圆机控制系统已经无法满足需求。随着微处理器技术的发展,嵌入式技术以其高集成度和高稳定性、高性价比在工控领域有着广阔的应用前景。 近几年,随着嵌入式技术的发展,对人机界面的要求越来越高,友好的图形人机界面为嵌入式系统的人机交互提供了丰富的图形图像信息。uC/GUI是一款不仅可以实现快速开发,而且能够提供低功耗型GUI支持的嵌入式GUI软件。用户可以使用它方便地定制出自己的图形用户界面,完成各种应用程序的开发。因此已经被越来越多的领域所采用。 本文在对大圆机系统的功能和控制要求进行分析的基础上,提出了一个以ARM微处理器和CPLD器件为中心构建硬件平台、基于uC/OS-Ⅱ和uC/GUI的嵌入式大圆机控制系统解决方案。 此方案中的硬件平台由主CPU核心应用系统电路、人机交互接口电路、协处理器CPLD模块电路等部分组成。主CPU采用Samsung公司的基于ARM7内核的S3C44BOX处理器,人机交互接口电路采用触摸屏和LCD液晶显示器,为了解决闭环控制的问题,采用了CPLD作为协处理器,进行外围扩展构成控制电路,软件部分包括uC/OS-Ⅱ、Boot Loader、设备驱动程序、人机界面和主控制应用程序等。其中Boot Loader支持系统启动,程序下载到RAM执行和烧写到Flash存储器等功能,而人机界面和主控制应用程序则基于设备驱动程序实现了对于大圆机系统的控制。 与传统的基于MCU或工控机的大圆机控制系统相比,基于此设计方案实现的控制系统具有低成本、高集成度和高性能等特点,具有较大的实用价值和广阔的应用前景。
上传时间: 2013-07-13
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介绍了一种通用温度监测仪。阐述了以MSP430F149 为核心的温度检测仪的硬件模块和软件设计。该温度检测仪具有低成本、低功耗、可靠性高、抗干扰能力强等特点,根据不同需要可应用于多种温度检测系统中。
上传时间: 2013-07-29
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随着信息产业的不断发展,人们对数据传输速率要求越来越高,从而对数据发送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收机的一个重要任务就是在于克服各种非理想因素的干扰下,从接收到的被噪声污染的数据信号中提取同步信息,并进而将数据正确的恢复出来。而数据恢复电路是光纤通信和其他许多类似数字通信领域中不可或缺的关键电路,其性能决定了接收端的总体性能。 目前,数据恢复电路的结构主要有“时钟提取”和“过采样”两种结构。基于“过采样”的数据恢复方法的关键是过采样,即通过引入参考时钟,并增加时钟源个数的方式来代替第一种方法中的“时钟提取”。与“时钟提取”的数据恢复方法相比,基于“过采样”的数据恢复方法在性能上还有较大的差距,但是后者拥有高带宽、立即锁存能力、较低的等待时间和更高的抖动容限,更易于通过数字的方法实现,实现更简单,成本更低,并且这是一种数字化的模拟技术。如果能通过“过采样”方法在普通的逻辑电路上实现622.08Mb/s甚至更高速率的数据恢复,并将它作为一个IP模块来代替专用的时钟恢复芯片,这无疑将是性能和成本的较好结合。 本文主要研究“过采样”数据恢复电路的基本原理,通过全数字的设计方法,给出了在低成本可编程器件FPGA上实现数据恢复电路两种不同的过采样的实现方案,即基于时钟延迟的过采样和基于数据延迟的过采样。基于时钟延迟的过采样数据恢复电路方案,通过测试验证,其最高恢复的数据传输率可达到640Mb/s。测试结果表明,采用该方案实现的时钟恢复电路可工作在光纤通信系统STM-4速率级,即622.08MHz频率上,各方面指标基本符合要求。
上传时间: 2013-04-24
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随着国民经济的发展和社会的进步,人们越来越需要便捷的交通工具,从而促进了汽车工业的发展,同时汽车发动机检测维修等相关行业也发展起来。在汽车发动机检测维修中,发动机电脑(Electronic Control.Unit-ECU)检测维修是其中最关键的部分。发动机电脑根据发动机的曲轴或凸轮轴传感器信号控制发动机的喷油、点火和排气。所以,维修发动机电脑时,必须对其施加正确的信号。目前,许多发动机的曲轴和凸轮轴传感器信号已不再是正弦波和方波等传统信号,而是多种复杂波形信号。为了能够提供这种信号,本文研究并设计了一种能够产生复杂波形的低成本任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator-AWG)。 本文提出的任意波形发生器依据直接数字频率合成(Direct Digial FrequencySynthesis-DDFS)原理,采用自行设计现场可编程门阵列(FPGA)的方案实现频率合成,扩展数据存储器存储波形的量化幅值(波形数据),在微控制单元(MCU)的控制与协调下输出频率和相位均可调的信号。 任意波形发生器主要由用户控制界面、DDFS模块、放大及滤波、微控制器系统和电源模块五部分组成。在设计中采用FPGA芯片EPF10K10QC208-4实现DDFS的硬件算法。波形调整及滤波由两级放大电路来完成:第一级对D/A输出信号进行调整;第二级完成信号滤波及信号幅值和偏移量的调节。电源模块利用三端集成稳压器进行电压值变换,利用极性转换芯片ICL7660实现正负极性转换。 该任意波形发生器与通用模拟信号源相比具有:输出频率误差小,分辨率高,可产生任意波形,成本低,体积小,使用方便,工作稳定等优点,十分适合汽车维修行业使用,具有较好的市场前景。
上传时间: 2013-04-24
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FPGA是一种可通过用户编程来实现各种数字电路的集成电路器件。用FPGA设计数字系统有设计灵活、低成本,低风险、面市时间短等好处。本课题在结合国际上FPGA器件方面的各种研究成果基础上,对FPGA器件结构进行了深入的探讨,重点对FPGA的互连结构进行了分析与优化。FPGA器件速度和面积上相对于ASIC电路的不足很大程度上是由可编程布线结构造成的,FPGA一般用大量的可编程传输管开关和通用互连线段实现门器件的连接,而全定制电路中仅用简单的金属线实现,传输管开关带来很大的电阻和电容参数,因而速度要慢于后者。这也说明,通过优化可编程连接方式和布线结构,可大大改善电路的性能。本文研究了基于SRAM编程技术的FPGA器件中逻辑模块、互连资源等对FPGA性能和面积的影响。论文中在介绍FPGA器件的体系构架后,首先对开关矩阵进行了研究,结合Wilton开关矩阵和Disioint开关矩阵的特点,得到一个连接更加灵活的开关矩阵,提高了FPGA器件的可布线性,接着本课题中又对通用互连线长度、通用互连线间的连接方式和布线通道的宽度等进行了探讨,并针对本课题中的FPGA器件,得出了一套适合于中小规模逻辑器件的通用互连资源结构,仿真显示新的互连方案有较好的速度和面积性能,在互连资源的面积和性能上达到一个很好的折中。 接下来课题中对FPGA电路的可编程逻辑资源进行了研究,得到了一种逻辑规模适中的粗粒度逻辑块簇,该逻辑块簇采用类似Xilinx 公司的FPGA产品的LUT加触发器结构,使逻辑块簇内部基本逻辑单元的联系更加紧密,提高了逻辑资源的功能和利用率。随后我们还研究了IO模块数目的确定和分布式SRAM结构中编程电路结构的设计,并简单介绍了SRAM单元的晶体管级设计原理。最后,在对FPGA构架研究基础上,完成了一款FPGA电路的设计并设计了相应的电路测试方案,该课题结合CETC58研究所的一个重要项目进行,目前已成功通过CSMC0.6μm 2P2M工艺成功流片,测试结果显示其完全达到了预期的性能。
上传时间: 2013-04-24
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8051处理器自诞生起近30年来,一直都是嵌入式应用的主流处理器,不同规模的805l处理器涵盖了从低成本到高性能、从低密度到高密度的产品。该处理器极具灵活性,可让开发者自行定义部分指令,量身订制所需的功能模块和外设接口,而且有标准版和经济版等多种版本可供选择,可让设计人员各取所需,实现更高性价比的结构。如此多的优越性使得8051处理器牢固地占据着庞大的应用市场,因此研究和发展8051及与其兼容的接口具有极大的应用前景。在众多8051的外设接口中,I2C总线接口扮演着重要的角色。通用的12C接口器件,如带12C总线的RAM,ROM,AD/DA,LCD驱动器等,越来越多地应用于计算机及自动控制系统中。因此,本论文的根本目的就是针对如何在8051内核上扩展I2C外设接口进行较深入的研究。 本课题项目采用可编程技术来开发805l核以及12C接口。由于8051内核指令集相容,我们能借助在现有架构方面的经验,发挥现有的大量代码和工具的优势,较快地完成设计。在8051核模块里,我们主要实现中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等七大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,这些都是标准8051核所具有的模块。在其之上我们再嵌入12C的串行通信模块,采用自下而上的方法,逐次实现一位的收发、一个字节的收发、一个命令的收发,直至实现I2C的整个通信协议。 8051核及I2C总线的研究通过可编程逻辑器件和一块外围I2C从设备TMPl01来验证。本课题的最终目的是可编程逻辑器件实现的8051核成功并高效地控制扩展的12C接口与从设备TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片开发的12C接口,数据的传输速率由该芯片嵌入8051微处理的时钟频率决定。经测试其传输速率可达普通速率和快速速率。 目前集成了该12C接口的8051核已经在工作中投入使用,主要用于POS设备的用户数据加密及对设备温度的实时控制。虽然该设备尚未大批量投产,但它已成功通过PCI(PaymentCardIndustry)协会认证。
上传时间: 2013-06-18
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