隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
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本文結合工程需要詳細論述了一種數字相位計的實現方法，該方法是基于FPGA(現場可編程門陣列)芯片運用FFT(快速傅立葉變換)算法完成的。首先，從相位測量的原理出發，分析了傳統相位計的缺點，給出了一種高可靠性的相位檢測實用算法，其算法核心是對采集信號進行FFT變換，通過頻譜分析，實現對參考信號和測量信號初相位的檢測，并同時闡述了FPGA在實現數字相位計核心FFT算法中的優勢。在優化的硬件結構中，利用多個乘法器并行運算的方式加快了蝶形運算單元的運算速度；內置雙端口RAM、旋轉因子ROM使數據存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數據的存儲、運算在時間上達到匹配。整個設計采用VHDL(超高速硬件描述語言)語言作為系統內部硬件結構的描述手段，在Altera的QuartusⅡ軟件支持下完成。仿真結果表明，基于FPGA實現的FFT算法無論在速度和精度上都滿足了相位測量的需要，其運算64點數據僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-06-04
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Turbo碼是一類并行級聯的系統卷積碼，它是在綜合級聯碼、最大后驗概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎上的一種創新。Turbo碼的基本原理是通過對編碼器結構的巧妙設計，多個子碼通過交織器隔離進行并行級聯編碼輸出，增大了碼距。譯碼器則以類似內燃機引擎廢氣反復利用的機理進行迭代譯碼以反復利用有效信息流，從而獲得卓越的糾錯能力。計算機仿真表明，Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力，當交織長度足夠長時，其糾錯性能接近香農極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即現場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。FPGA技術具有大規模、高集成度、高可靠性、設計周期短、投資小、靈活性強等優點，逐步成為復雜數字硬件電路設計的理想選擇。 本論文以東南大學移動通信實驗室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無線傳輸技術”(MIMO-GMC)為背景，分析了Turbo譯碼算法，并針對MIMO-GMC系統的迭代接收機中所采用的外信息保留和聯合檢測譯碼迭代的特點，完成了采用滑動窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設計。整個譯碼器模塊的設計采用Verilog語言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實現。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著我國工農業生產的發展和人民生活水平的提高，作為國民經濟基礎之一的電力行業取得了迅猛的發展，電力系統輸配電的安全性和可靠性也越來越受到電力系統運行、管理和科研人員的關注。輸電線路的各種事故是影響電力線路安全運行的重要因素之一。本文正是在這一前提下，在參考國內外大量文獻及研究成果的基礎上，設計實現了一套輸電線路綜合在線監測系統。 本文研制的輸電線路在線監測終端通過測量線路的泄漏電流、分布電壓、氣候參數以及圖像信息，并將數據進行采集、處理后，將數據發送到后臺監控中心，達到對輸電線路運行狀況進行實時監測的目的，并以此為依據給出線路的評估信息提供給電力部門作為其安排檢修的依據，可以大大減少電力部門的工作量并預防線路事故的發生。 針對本系統功能豐富、監測參數眾多的特點，作者設計了基于ARM的數據采集與傳輸系統。通過對ARM資源的合理分配，實現了監測終端的數據采集處理功能。終端的數據傳輸功能由ARM和無線傳輸模塊配合完成，實現了GPRS和GSM SMS兩種數據傳輸方式。 本文是對輸電線路綜合在線監測終端數據采集與傳輸系統設計和研究工作的總結，本文內容主要偏重于監測終端硬件和軟件的研究設計。論文在最后一部分對運行得到的數據也進行了分析、總結。 本文研制的輸電線路綜合監測終端已在在幾條高壓輸電線路上掛網運行，運行結果表明系統各方面性能良好，滿足設計要求。
上傳時間： 2013-07-20
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隨著當今生產力的發展和技術的進步，生產設備的自動化程度越來越高，傳統的監控手段已不能滿足生產自動化、智能化和網絡化的需求。智能巡檢終端作為生產安全的重要輔助設備，能在復雜環境下實現對多設備多信號量的實時采集和處理，可以作為解決生產設備安全運行的主要手段之一。近來年嵌入式技術以其強大的處理能力、高度的可靠性在微控制領域的應用越來越廣泛。無線通信技術，特別是GPRS無線網絡技術的快速發展。使互聯網等寬帶數據網絡與無線通信網絡實現互聯，能夠大大提高無線監控效率。在分析研究了當前國內、外設備巡檢系統研究現狀，并結合嵌入式技術和GPRS無線網絡通訊技術的基礎上，根據實際項目企業的具體生產要求，論文提出了一種基于GPRS無線通信技術與嵌入式技術的無線智能設備巡檢系統。 本系統采用三星公司的ARM920TS3C2410芯片作為系統處理器，處理器從外部傳感器采集到的相關數據，如：溫度、濕度、壓力等，通過SIM—300GRPS無線通訊模塊的AT命令將數據通過無線網絡傳送到移動運營商GPRS網絡中，然后將數據傳送到生產監控中心(指定IP地址或域名)監控中心，監控中心可以通過專門軟件對從各監控點傳遞的數據作出分析處理，并通過GPRS網絡將相關控制命令反饋給各個監控點。 本課題主要工作集中在兩個方面：一方面是GPRS無線收發設備硬件實現，在這一部分涉及到模塊硬件功能設計、無線模塊、嵌入式處理器的選型；另一方面是軟件設計，給出了系統軟件開發流程，完成了各模塊的開發工作。研究和試驗表明，該系統具有價格低廉、穩定可靠的特點，能滿足遠程無線數據傳輸的實際需求。
上傳時間： 2013-06-01
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工程機械監控系統是利用計算機技術、現場總線技術、無線通信技術以及衛星定位技術對工程機械的運行狀態、位置等進行監測，是一個既復雜又龐大的系統，涉及的領域廣，而且由于其工作環境的特殊性，對系統的安全性、穩定性要求特別高。現在隨著嵌入式技術的不斷成熟與發展，高可靠性、小型化、人性化、網絡化和智能化將是其發展方向。 本文采用底層單元控制系統、車載監控系統和遠程監控系統三級網絡總體結構，對起重機底層安全控制單元進行監控。在底層單元中引入CAN總線，研究基于CAN總線協議的Hilon A協議實現底層各單元的通信。中間層以S3C2410和Linux為核心，融合嵌入式技術，開發Qt.Embedded界面，對實時采集起重機的吊重、風速、仰角信號狀態參數，以及通過計算比較判斷是否發生異常的狀態進行顯示。最后研究了GPRS網絡，完成遠程數據傳輸和遠程終端監控的通訊。 文中詳細介紹了系統的各部分硬件設計，結合硬件平臺實現了Linux操作系統的移植、引導加載程序BootLoader，構建了根文件系統。結合Linux操作系統平臺，實現了CAN總線通信、GPRS通訊、PPP腳本撥號、Socket網絡編程、LCD幀緩沖顯示設備Framebuffer、觸摸屏、A/D轉換器驅動程序的開發，并通過嵌入式圖形用戶Qt/Embedded在嵌入式Linux平臺上的移植，開發了友好的人機交互界面。
上傳時間： 2013-06-30
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諧波帶來的影響已經嚴重危及到電力系統的安全、經濟、穩定運行。解決諧波污染的關鍵在于精確實時地確定諧波的成分、幅值和相位等因素。而今普通工業控制計算機已越來越不能滿足系統運行的高效性、高實時性、高穩定運行性和高可靠性等要求，給諧波的測量帶來誤差，因而開發新一代基于ARM平臺和嵌入式Linux系統的電力諧波檢測裝置來滿足這些要求顯得很重要。 同時，友好的圖形界面也已經成為人們普遍關注的一個熱點問題。電力諧波檢測裝置的圖形用戶系統更是存在著進程獨立、網絡通信能力、跨平臺等特殊需求。在眾多的圖形用戶界面軟件中，因QT/Embedded具有跨平臺、面向對象、能設計精美的人機界面等優點，系統便選取QT/Embedded作為支撐平臺，并解決了QT/Embedded跨平臺移植和中文化等問題。 因頻譜泄露和柵欄效應以及系統基本頻率的波動，普通的FFT算法不能準確測量諧波和間諧波成份。為了提高測量精度，本文先用頻域插值法確定系統的基本頻率，以及插值多項式方法重構時域采樣信號，接下來用FFT計算整數次諧波成份，以及頻域插值方法計算間諧波成份。 系統選用長沙科瑞捷機電有限公司提供的基于ARM處理器的SAM7430模塊，在此基礎上開發諧波檢測軟件，包括數據采集、FFT分析以及界面顯示程序。經初步調試系統工作穩定可靠，具有一定的實用參考價值。
上傳時間： 2013-08-02
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隨著電子技術的不斷發展，各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大，人機交互不友好，不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。 隨著電子技術的發展，以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大，相比較單片機而言，它的主頻高、運算速度快，可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小，適合于功耗要求比較苛刻的地方，這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時，由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源，這樣就簡化了外設電路及芯片的使用，降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系統，為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理，甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外，還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯，兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶；小型化除了要求采用微功耗的器件，還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少，但小型化的同時必須保持系統的智能化，即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中，幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現，如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集，在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效，可修改性強，支持多種體系結構的處理器等，使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛，從x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內，ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場，ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域，例如：工業控制，無線通訊，網絡，消費類電子，成像等。 本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines，先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統，以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路，中央處理器模塊，顯示模塊，用戶交互模塊，存儲模塊，網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410，并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。 電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構，這樣增加了系統可靠性，提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心，A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器)，在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒)，滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求，并且控制簡單，簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card，安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點，所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包，為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分，并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分，這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸，系統設計中采用XML(Extensible Markup Language，可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據，通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程，來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，大多數嵌入式自動化系統都以MCU為核心，與監測、伺服、顯示等儀器、設備配合實現一定的功能。現場信息往往止步于“現場”，嵌入式自動化系統從而成為了“信息孤島”，因而制約了其本身的發展。要實現大規模的信息集成、綜合實施自動化，就需要一種能在工業現場環境下運行、可靠性高且實時性好的通信系統，形成工業現場的底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點通信。 Ethernet（以太網）和CAN-bus（控制器局域網）分別是目前全球應用最為廣泛的國際互聯技術和開放式現場總線。隨著測控技術與網絡技術日益緊密的結合，測控系統接入互聯網已經成為大勢所趨，這也促成了近年來嵌入式網絡技術的飛速發展。以太網技術正在迅猛發展，將其應用到工控領域，可以達到降低成本，簡化結構等成效。隨著技術的發展以及實際的需要，將兩者結合無疑會為控制領域的飛速發展帶來巨大的原動力。本文設計了一種以ARM7處理器為核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet網關，可以用來實現監控設備和現場設備之間穩固、簡潔的互連通信，完成對大規模現場設備的實時測控。 本文具體的研究內容如下： 1）以LPC2290為主控MCU的CAN-Ethernet互連系統的設計思想以及整體結構設計； 2）CAN-Ethernet互連系統轉換電路及外圍接口電路設計，MCS-51單片機與MCP2510實現CAN總線通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系統在LPC2290上的移植以及互連系統應用軟件設計實現與探討； 4）CAN-Ethernet互連系統核心交換模塊的設計； 5）使用HTTP協議實現Web服務的功能，并通過Web頁面實現對現場設備的遠程測控。
上傳時間： 2013-08-06
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