液位是工業生產中常見的測量參數，化工、石油、污水處理等各類工廠企業都要進行液位測量。目前，液位檢測技術飛速發展，新的液位測量儀表量程大、精度高、功能全，我國新型液位儀表大多依靠進口。由于超聲波測量液位具有非接觸測量、可測低溫介質、能夠定點和連續測量等優點，近年來，超聲液位測量技術取得了長足的進步，己成功應用于江河水位、化學和制藥工業、食品加工、罐裝液位等多種領域。 本文研制的是基于ARM的超聲波液位計。傳統的超聲波液位計一般使用8位的單片機作處理器，采用電子元件捕捉到超聲波回波信號后產生中斷，判斷超聲波的傳播時間。本文提出了使用32位ARM芯片做處理器，采用數字信號處理的方法來判斷超聲波傳播時間的設計方案。 本文使用高性能的ARM7TDMI-S內核的芯片LPC2119作為系統的運算控制器，加強了系統對超聲波回波信號的處理能力；使用A/D轉換器將回波信號轉換為數字信號，采用數字濾波處理信號，利用數值處理來判斷超聲波回波信號的起始點，提高了液位的測量精度；采用單換能器收發一體式電路設計，簡化了液位的計算；利用LPC2119芯片內部的CAN總線控制器設計了CAN總線通信接口；選用一線式數字溫度傳感器DSl8820進行溫度補償，避免了由于環境溫度的變化而產生的測量誤差。ARM芯片豐富的內部資源和I/0口線有利于今后擴展功能，升級系統。本超聲波液位計使用方便，精度高，能滿足工業生產中的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術的飛速發展，人們對數據采集、信號處理的要求越來越高：不僅要求高速、高精度和高實時，還要求數據采集，處理設備便攜化、網絡化和智能化，并具有友好的人機界面。傳統的8/16位單片機因資源極度受限，難以滿足上述要求；而傳統的信號處理過程都是依賴于PC完成，則存在著安裝麻煩、價格昂貴且電磁兼容性差等缺點。 嵌入式系統是一個快速發展的領域，嵌入式系統的研究內容涉及到計算機學科的各個方面。將嵌入式系統引入雷達信號處理系統，能極大的提高系統的實時性和靈活性。本文的研究正是基于ARM的雷達信號處理系統。 本文在對線性調頻連續波雷達測速測距研究的基礎上，討論了一種軟硬件配置靈活、結構精簡的雷達信號處理系統，其硬件平臺以ARM處理器，可編程邏輯器件FPGA，和DSP為核心，擴展了UART、LCD、網口、IDE、觸摸屏、PS/2和USB等外圍接口，可實現對線性調頻連續波雷達回波信號進行數據采集、脈沖壓縮、恒虛警檢測、航跡相關，航跡顯示等處理，相關數據的存儲。在軟件設計方面，完成Bootloader，Linux2.4操作系統在系統上的移植，在此基礎上對實現了對網口、IDE、LCD等模塊的驅動程序編寫，并在MiniGUI上進行基于顯示終端需求的圖形用戶界面開發。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著超聲檢測理論逐漸成熟，以及現代集成電路的快速發展，超聲檢測技術以其快速、準確、無污染、低成本等特點，成為國內外應用廣泛、發展迅速、使用頻率最高的一種無損檢測技術。其中超聲儀器的發展水平直接影響著超聲檢測技術的發展。數字化、圖像化、小型化和實時化等是超聲檢測儀器的發展趨勢。傳統的超聲檢測系統中，PC機存在難以適應惡劣的工作環境，體積大，攜帶不方便，功耗大，數據傳輸率不高等問題，并且大部分便攜式超聲探傷儀缺乏對復雜數字信號處理算法的支持，因此開發與設計一種高性能、小型化的便攜式超聲探傷檢測系統尤為重要。 ARM的數字信號處理能力和DSP的系統控制能力都有其各自弱點，所以文中提出了一種基于ARM與DSP雙CPU方案的便攜式超聲探傷儀，充分利用了ARM與DSP的處理性能，接口簡單。ARM利用DSP的主機接口與DSP通信，不會打斷DSP的正常運行。本方案為復雜的信號處理算法提供硬件支持，可以有效的提高便攜式超聲探傷儀器的信號處理能力。 超聲探傷回波中的缺陷信號往往與系統的電噪聲、金屬組織噪聲混在一起，影響超聲檢測回波的信噪比。粗晶材料由于其微觀結構對超聲的強烈散射，造成嚴重的材料噪聲和信號衰減，致使超聲檢測靈敏度和信噪比嚴重下降。目前，對粗晶材料的檢測仍然是超聲檢測技術的一大難題。采用信號處理技術提高超聲檢測能力和信噪比是無損檢測領域的重要研究課題。本文在設計具備復雜信號處理能力的便攜式探傷儀的基礎上，進行了適合在便攜式儀器上實現的小波變換算法的研究，嘗試提高便攜式儀器對粗晶材料缺陷的檢測能力。
上傳時間： 2013-04-24
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超聲診斷技術具有安全、無痛苦、無損害、方法簡便、適應面廣、直觀、顯像清晰、可重復檢查、對軟組織鑒別能力強、診斷準確性高、靈活以及價廉等優點，已經成為當代醫學圖像診斷中的首選技術。眼科超聲診斷儀是超聲診斷中的一種專科設備，它可以用來診斷視網膜脫落、眼內和眼眶腫瘤、玻璃體混濁、出血、眼底病變及眼內異物等疾病。近年來，隨著數字信號處理、硬件軟件設計能力以及材料學等方面的快速發展，眼科超聲診斷儀在多方面都有了長足的進步。這其中數字化眼科超聲診斷儀是發展的重點。 本文從超聲診斷儀原理及設計入手，著重描述了該系統的軟硬件結構，同時對超聲信號進行數字化處理的各個子模塊進行了介紹，并結合各種數字信號處理方法的特點，對現成可編程門陣列的結構特點、編程原理及設計流程作了簡單介紹。在此基礎上，著重討論了FIR濾波器的設計并得以在FPGA實現，應用于信號處理各子模塊中。最后通過構建實驗模型驗證了系統各階段信號處理的有效性。對正常人體眼球田眼眶進行檢測，獲得了很好的回波信號。本設計對眼科高頻超聲回波信號具有良好的實時處理能力，達到了設計要求，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-06-05
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統)系統中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統工作的主要因素。隨著區域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關鍵技術環節一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預處理系統的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預處理系統是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎上，面向實際應用的需求，主要研究VTS雷達信號預處理算法的設計方法和實現手段，設計完成了一個數字化的雷達原始信號實時采集與處理系統。 本設計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結構上，本設計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統的體積。 在算法研究中，設計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎上，比較了各種算法的優劣，最終選擇了一種適合本次設計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現。 論文中對設計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結果和試驗實際調試結果。通過本文所述的設計和實驗，本文設計的雷達信號預處理系統對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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在船舶交管系統中，雷達信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高，大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復雜，這類處理過程又要求快速，圖像顯示系統要求及時的把接收到的雷達方位數據從極坐標轉換成直角坐標。在軟件上實現這些算法雖然精度可以達到，但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數字設備來實現。FPGA在數字信號處理領域有非常廣闊的應用前景，以其優良的性能在數字信號處理中發揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現一些函數和運算。針對以上幾點，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA來實現雷達信號處理和圖像顯示的算法研究，用硬件來實現正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數和對數等基本函數和運算，把他們設計成為可重用的IP core，這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調用，這樣在算法研究中可以節約大量的時間，在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達信號處理和圖像顯示，本次課題設計主要做了如下工作： 1．對CORDIC算法進行分析和研究，以及它在雷達信號處理和圖像顯示中的影響。 2．成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環境下編寫代碼，在Synplify和Modelsim上做了綜合和仿真。 3．對實驗結果進行精度和速度分析。 4．對雷達信號處理和圖像顯示的相關算法進行分析和研究。 5．從實例分析IP core的特點，對算法研究的影響和IP core在雷達信號處理和圖像顯示中的應用。 最終在實踐環節，成功利用CORDIC算法，在FPGA上實現可重用的IP core，這些IP core能夠以很高的精度實現一些基本函數和運算，在雷達信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
上傳時間： 2013-07-16
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多相濾波器主要應用于脈沖多普勒雷達、通信寬帶數字接收機、雷達自適應波束形成等信號處理領域。在多普勒雷達信號處理中國內外關于FIR濾波器設計研究的報道較多，而對于IIR濾波器的設計研究相對較少，原因是IIR多相濾波器的設計復雜性，使得IIR濾波器在多普勒雷達數字信號處理中難以發揮重要作用。本文以脈沖多普勒雷達信號處理為背景，主要研究數字多相濾波器的特點和設計方法；進而研究數字多相濾波器的數字仿真方法與FPGA實現技術。對于自主研究、設計和實現雷達信號處理的各種結構的濾波器具有重要的意義。 本文討論了FIR數字濾波器和IIR數字濾波器的特點和區別。對IIR濾波器的多相結構進行了理論分析，重點研究了IIR多相濾波器的設計原理。根據此原理進行IIR濾波器的多相設計并擴展到多通道和多級結構。在此基礎上，根據本文研究的多普勒雷達回波信號需要四通道處理的要求搭建軟件仿真模型，對所設計的2級4通道IIR多相濾波器組進行了仿真實驗，給出仿真結果，并進行了討論。 在完成2級4通道IIR多相濾波器組的軟件仿真后，利用FPGA設計平臺，對該IIR多相濾波器組進行了設計仿真和綜合實現。在實現過程中進行了功能仿真和時序仿真兩級仿真驗證，結果表明在模擬硬件環境中所設計的2級4通道IIR多相濾波器組能夠較好地實現多普勒雷達回波信號多通道的劃分和濾波功能要求，驗證了設計思路和方法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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本文的研究內容是在激光測距項目基礎上進行的，分析了各種激光測距方法的利弊，最終選用脈沖激光測距的實現方式，并且對脈沖激光測距系統做了深入研究。 本文設計了以FPGA為核心的信號處理模塊，實現了對激光信號的編碼和譯碼、對激光發射控制時鐘的分頻、和內部PLL倍頻實現內部高頻計時時鐘等，提高了系統的精度和穩定性。使用并行脈沖計數法，提高了計時精度，分析了可能產生誤差的原因，并且對結果做了相應的修正，減小了激光測距系統的誤差。并且制定了四種工作模式，可以根據不同的實際環境選擇相應的測距模式，以達到最好的測量效果。 在接收方面突破以往普通的被動接收方式，提出了利用窗函數接收回波的主動接收方式，結合窄帶濾光片的濾光效果，提高了系統的抗干擾性能。從課題要求出發，本激光測距系統實現了體積小、功耗低的特點，測量距離相對較近(0.5-50米)，屬于近距測量系統。
上傳時間： 2013-04-24
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-05-30
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脈沖壓縮技術是指對雷達發射的寬脈沖信號進行調制(如線性調頻、非線性調頻、相位編碼)，并在接收端對回波寬脈沖信號進行脈沖壓縮處理后得到窄脈沖的實現過程。脈沖壓縮有效地解決了雷達作用距離與距離分辨率之間的矛盾，可以在保證雷達在一定作用距離下提高距離分辨率。\r\n
上傳時間： 2013-08-31
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