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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嵌入式技術與GPRS、GPS的結合實現了許多傳統的數據終端通過遠程聯網進行無線監控,如車載GPS監控系統、農業現場環境信息監控系統、航標定位監控系統等等。此類系統的終端具有以下特點:一是監控終端自身是智能設備:二是監控終端需要將GPS測量的位置報告給監控中心;三是監控終端本身無法通過網線接入互聯網而需要采用GPRS無線通信技術接入互聯網。 本論文主要研究GPS無線監控系統中的無線監控終端部分的理論與實現技術。利用現有成熟的無線網GPRS通信技術,采用嵌入式處理器ARM的無線監控終端,并給出軟硬件實現方案。系統主要完成GPS數據采集和GPRS無線數據收發,主要包括四個部分:第一,PPP撥號程序pppd和chat的移植;第二,撥號腳本的修改與配置;第三,多進程技術實現GPS數據的串口讀取;第四,通過socket套接字編程實現監控終端和監控中心無線收發數據。 本設計是基于RedHatLinux9.0操作系統和立宇泰公司的ARMSYS2410開發平臺下完成的,軟件部分全部用Linux C語言實現。本文以理論聯系實際,給出了一個監控終端的具體實現方案,并在實驗室內使用服務器監控程序進行完整的系統設計與初步仿真實現。
上傳時間: 2013-07-06
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智能電表、水表、煤/燃氣表、熱量表等大量地出現在人們的生活中,同時這些儀表的抄錄工作變得越來越煩瑣,工作量大,工作效率低,不僅給用戶帶來不便,而且會存在漏抄、誤抄、估抄的現象。隨著電子技術、通信技術和計算機技術的飛速發展,人工抄表已經逐步被自動抄表所代替。 集中器是一個數據集中處理器,是多對象自動抄表系統的通信橋梁,負責對各智能表的數據進行采集、存儲和管理,及時有效地向上位機傳輸數據并執行上位機發送的指令。提高多對象集中器數據處理能力,有效完成上下行通信是多對象自動抄表系統AMRS(Automation Meter Reading System)目前需要解決的關鍵問題。 本文針對多對象集中器這樣一個較復雜的通信與控制系統,提出采用32位的高性能嵌入式微處理器。32位ARM9微處理器處理速度快、硬件性能高、低功耗、低成本,集成了相當多的硬件資源,硬件的擴展和設計大大簡化,ARM9(S3C2410)為工業級芯片,抗干擾能力強,能夠適應運行現場的較惡劣環境,8/16位微控制器運算能力有限,對于較復雜的通信與控制算法難以順利完成;硬件平臺依賴性強,不利于軟件的開發、升級與移植;在缺乏多任務調度機制的情況下,應用軟件不僅實現難度大,且可靠性難以保證。 本文首先對多對象遠程抄表系統的總體結構進行研究,主要研究了多對象遠程抄表系統中集中器的軟件和硬件實現,對硬件資源進行了外圍擴展,對S3C2410微處理器芯片的外圍硬件進行了擴展設計,使之具備了滿足使用需求的最小系統硬件資源,包括時鐘、復位、電源、外圍存儲、LCD、RS-485通信模塊、CAN通信模塊等電路設計。實時時鐘為多對象集中器定時抄表提供時間標準;電源電路為多對象集中器系統提供穩定電源;看門狗電路的設計保證多對象集中器系統可靠運行,防止系統死機;數據存儲器主要用于存儲參數、變量、集中器自身的參數,負責智能表的參數以及智能表用量等。上行通道即多對象集中器與上位機之間的通信線路,采用CAN現場總線進行通信;下行通道即多對象集中器與智能表之間的通信,采用RS-485總線進行通信。軟件設計上,主要針對多對象集中器的數據存儲功能和串行通訊功能進行程序編寫。基于ARM的多對象遠程抄表系統集中器可以實現多對象遠程抄表,提高了數據處理能力,有效完成了上下行通信,可靠性強,穩定性高,結構簡單。
上傳時間: 2013-06-07
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海洋臺站自動觀測系統是一套應用于海濱觀測的儀器設備,負責對氣象、水文參數進行實時觀測。諸多的參數通過相應的傳感器進行測量,海洋臺站自動觀測系統對測量的信息進行匯總,再將其通過有線或無線的通訊方式傳輸到各級海洋環境監測預報中心,供天氣預報和海洋預報使用。 本文以我國“海洋臺站自動觀測系統政府采購計劃”為背景,重點設計了低成本、低功耗、高性能、高可靠性的新型海洋臺站自動觀測系統。本課題主要研究基于arm7+uClinux海洋臺站自動觀測系統的設計與開發。根據實際的需要,分析海洋臺站自動觀測系統的整體要求,對傳感器進行選型,進行方案設計,完成整個系統的搭建。為了降低系統功耗,CPU所采用的是Samsung公司推出的無內存管理單元的處理器S3C44BO,設計了8MFLASH、64MSDRAM、液晶、USB以及鍵盤等相關電路。同時,為了減少驅動開發所帶來的不便,使用TL16C554A對串口電路進行了擴展,便于數據處理,也使得系統具有更好的可擴展性。軟件方面設計主要涉及了BootLoader引導裝載程序的建立,選用uClinux操作系統,并對其內核進行配置和裁剪,添加源代碼中沒有的驅動程序。為了縮短研發周期和降低開發難度,選用MiniGUI作為圖形用戶界面系統,深入分析了MiniGUI的結構、原理,并將其移植到uClinux系統中。本系統采用的是MiniGUI-Threads多線程模式,主線程協調各個線程進行相應的數據處理。為了使系統操作變得直觀、簡單,對用戶界面進行了初步設計,使用復用I/O的方法解決多串口通訊容易造成的數據阻塞問題。此外,為了更好的將臺站所測得的信息量發送給海洋環境監測預報中心,需要完善通訊協議以便于數據交換。 最后,根據本系統實際研究開發結果,總結分析了系統的特點,并對下一步設計工作進行了展望。
上傳時間: 2013-07-12
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基于PC、圖像采集卡和存儲設備的傳統數字視頻監控系統,體積龐大、功耗高、價格昂貴,只局限于特定范圍的應用。而嵌入式網絡視頻監控系統以其價格低、便攜式等特點在安防、智能家居等場所得到了越來越廣泛的應用。 本文基于S3C2440\Windows CE5.0平臺設計了一款具有網絡傳輸查看功能的嵌入式網絡視頻監控系統。重點研究了OV9650 CMOS攝像頭芯片流接口驅動的實現過程和開發方法,設計了基于TCP/IP網絡傳輸協議的網絡視頻通信系統。并應用H.263壓縮編解碼算法對采集到的視頻數據進行壓縮,提高了視頻傳輸效率。同時,針對H.263視頻解碼算法設計了一款簡易視頻回放軟件,對H.263視頻進行回放。為進一步滿足小型化、便攜式、低成本需求,開發定制了一款基于S3C2440\Windows CE5.0平臺的手持式接收終端。 本系統整合了圖像采集、網絡通信、H.263編解碼、視頻回放等多項技術,實現了嵌入式技術、以太網絡、視頻監控三大前沿領域的有機結合。由于采用了ARM9單芯片控制方案,系統具有集成度高、可靠性高、功耗低、成本低、體積小、穩定性好等特點,可應用在遠程監控、工業控制、視頻會議、智能家居等諸多領域。該系統架構也為視頻監控系統的發展提供了一種新思路。關鍵詞:ARM;WinCE;S3C2440;嵌入式;網絡視頻監控
上傳時間: 2013-04-24
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我國是世界上設施農業面積最大的國家,設施面積占世界總面積的70-80%。目前國內設施溫室應用的主要環境參數采控系統大多為進口產品,這些產品技術含量高,采控效果好,但相對價格較高,通常適用于現代化的大型或高檔連棟溫室。少數國產品牌無論技術水平還是采控效果均不甚理想,尤其缺少能夠適用于我國常見的中小型日光溫室的低成本智能采集控制裝置。本文基于國家高技術研究發展計劃(863計劃)課題“設施農業精準生產技術系統構建與應用”,對設施溫室環境和生物信息數據采集、傳輸、備份、調控問題進行了研究。 論文分析了目前國內中小型日光溫室環境監控需求,提出并實現了一套網絡型設施農業日光溫室智能控制系統從硬件到軟件的完整方案。主要研究工作如下: (1) 開發了面向常用環境信息傳感器和生物信息傳感器的數據采集模塊,該數據采集模塊具有可定制、可擴展的特點。 (2) 開發了基于CF卡的數據備份及存儲模塊,為實現現場數據的大容量存儲和本地化自主控制提供了基礎。 (3) 構建了傳感器數據的局域傳輸網絡和以太網絡接口,滿足了節點環境參數及視頻信息寬帶傳輸與溫室集中監控的需要。 (4) 開發了面向中小型日光溫室的可擴展核心設備管理模塊,實現了在決策服務器支持下的環境參數本地自主調控。 (5) 移植了嵌入式操作系統、開發了設備驅動程序,使用戶可以靈活方便地調用板載設備進行系統的二次定制開發。 (6) 對系統軟件、硬件進行了模擬調試和現場實驗,驗證了系統在設施溫室環境采控中的各項功能。 論文結構如下:首先分析了課題的研究背景、意義、研究現狀和相應關鍵技術;然后在溫室控制的需求分析上提出了智能控制系統的方案;接著給出了智能PAC系統子/主節點的硬件設計及實現,給出了基于U-BOOT與uClinux的智能PAC系統軟件設計和驅動開發;其次設計了實驗平臺對智能PAC系統進行仿真調試和現場實驗。論文最后展望了我國設施農業溫室環境監控的發展。 現場實驗表明,該智能PAC系統解決了日光溫室環境和生物信息數據采集、傳輸、備份問題,并且具有可定制化、可編程、運行穩定可靠的特點,達到了預期的設計要求。
上傳時間: 2013-04-24
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現場總線技術以其先進性、實用性、可靠性、開放性等優點,已經成為自動化技術發展的熱點。現場總線控制系統作為一種開放的、具可互操作性的、徹底分散的分布式控制系統,已經對傳統的PLC、集散控制系統形成了巨大的沖擊,具有廣闊的發展前景。 作為現場總線之一的CAN總線以其可靠性高、實時性好、價格低廉、容易實現等優點,被廣泛應用于工業控制領域。與傳統的控制系統相比,基于CAN總線設計的工業控制系統可以減少系統控制的復雜性,降低成本,并能提高系統的穩定性和擴展性。 本論文針對某石材加工廠的具體應用需求,在分析了CAN總線協議的基礎上,給出了工業控制網絡的總體解決方案,主控節點硬件設計、軟件設計,人機界面設計,以及網絡通訊結構模型及具體實現流程,完成的主要工作如下: 軟硬件平臺設計,基于ARM處理器LPC2378開發了工控網絡主控節點。設計了該節點的硬件電路,包括CAN總線接口電路、串行接口電路、AD、DA轉換隔離電路等。在硬件平臺上進行μC/OS-II操作系統移植,基于該操作系統編寫了各硬件模塊驅動程序,主要包括串行接口和CAN模塊的初始化、數據接收以及發送。 通訊設計,根據工業控制應用的具體需求,設計了網絡整體解決方案,包括網絡拓撲方案,通訊結構等,基于CAN總線技術規范CAN2.0B自定義了CAN總線網絡應用層通信協議CAN08。 人機界面設計,基于威綸MT505設計了工控網絡的人機界面,編程實現人機界面與主控節點的Modbus通訊。
上傳時間: 2013-07-09
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近年來,隨著電子技術的發展,消費電子產品(Consumer Electronics)已與計算機(Computer)、通信(Communication)兩項產品的技術結合在一起,成為目前所統稱的3C產品,并使家用電子電器產品步向智能家居的方向。但是目前大多數智能家居系統其控制器一般由8位或16位的單片機控制,其控制功能比較簡單,很難實現網絡化和無線傳輸,對于未來的智能家居系統的擴展性也比較有限。本文針對目前國內智能家居系統的局限性,提出一種基于嵌入式處理器ARM平臺以及以太網和GPRS網絡通信技術的智能家居系統,它不僅能對小區內住宅的安全狀況進行實時監控,還能實現家用電器的遠程控制、“三表”(即水表、電表、燃氣表)的遠程抄送。同時該系統還提供了規范的串行通信接口,對于未來的系統的擴展提供了廣闊的空間。 本文首先詳細的介紹了ARM處理器及嵌入式操作系統uClinux的發展概況,接著討論了GPRS網絡通信技術的工作原理,最后給出了智能家居控制系統的硬件設計和軟件設計。該智能家居系統的硬件主要包括ARM主控模塊的選型、報警I/O電路設計、以太網接口電路設計、圖像處理模塊電路和“三表”的串行口電路組成。軟件上主要包括uClinux在S3C4510上的移植、圖像采集與壓縮程序、以太網驅動及通訊程序、RS-485串行接口程序、GPRS網絡通信程序和報警I/O接口程序。 該系統主要部分包括小區內住宅的安防監控,GPRS無線智能家電的遠程控制和無線報警以及抄表的遠程傳送。利用當前較為成熟的GPRS技術和以太網實現對小區內用戶進行集中安防監控與管理,同時給出了系統的功能和結構以及硬件原理框圖和軟件設計思路及主要程序。
上傳時間: 2013-07-12
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隨著人們安防意識的增強,視頻監控系統應用越來廣泛,許多公共場所,如學校、工廠、政府、銀行都設有視頻監控系統。網絡技術、圖像處理技術及嵌入式技術的快速發展,使得視頻監控系統技術有了很大的進步,功能也越來越豐富,單純的視頻畫面的監控已經不能滿足人們的要求。兼容豐富的通信協議、強大的系統控制管理功能和智能化的監測能力的視頻監控系統就成了當今視頻監控系統的研究開發的熱點。 現在流行的視頻監控的構架大致分為兩類,一種基于數字信號處理器,一種基于通用微處理器。數字信號處理器擅長復雜的計算、音視頻處理,而通用微處理器適用于系統控制、管理。兩種方案可以滿足簡單的視頻監控的要求,各自功能也相對單一。如果把兩種方案結合在一起,必定可以達到易于擴展多種功能的滿意的效果。 本文分析了現有的數字視頻監控系統的幾種方案,為了滿足視頻監控系統功能越來越豐富全面的要求,設計了一款基于ARM和DSP的雙處理器的視頻監控平臺,該平臺易于進行功能的擴展和升級。系統采用三星公司的S3C2410 ARM9處理器和TI公司的TMS320DM642數字信號處理器,ARM負責視頻的傳輸和外圍控制,DSP負責視頻的采集和壓縮。本文主要著眼于平臺的軟件方面。硬件電路方面,主要介紹了視頻采集電路和ARM與DSP的通信電路。軟件方面,搭建了ARM嵌入式Linux操作系統平臺,開發了主機口(HPI)驅動程序,以及基于實時傳輸協議RTP的服務器端和客戶端程序。DSP部分,基于DSP/BIOS實時操作系統和RF5參考框架,開發了多任務的上層應用程序。移植并優化了MPEG-4編碼器,依據DSP/BIOS的類/微驅動開發模型,開發了SAA7111視頻編碼器的驅動程序。 經過實驗測試,ARM端搭建的嵌入式Linux軟件平臺運行良好。DSP端視頻采集效率基本達到了25幀/秒的采集要求,經過優化的MPEG-4編碼器對CIF格式的圖像的壓縮編碼率為13幀/秒,視頻服務器可滿足視頻傳輸的實時性需要。該設計的基于ARM和DSP雙處理器架構視頻監控平臺在視頻監控領域將會有很好的應用前景。關鍵詞:視頻監控;嵌入式系統;Linux;驅動程序;視頻壓縮
上傳時間: 2013-04-24
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21世紀是“信息世紀”,隨著人們生活水平的不斷進步,對于家居環境要求也日益增高。如何將信息產業的最新成果,應用于構建一個舒適和諧的家居環境,已日益引起人們的關注和重視。傳統的家庭電子電器類產品具有單個控制的特點,無法進一步構成網絡,和外界進行信息交互。“智能家居”概念的提出,改變了這種這種狀況。智能家居系統可以將相對獨立的電器產品“智能”地連接在一起,提供全方位信息交換功能,幫助家庭內部及外部實現信息暢通,從而優化生活環境,提高生活質量。 本文提出了一種基于GPRS網絡的以ARM和嵌入式Linux操作系統為基礎的家庭網關無線接入方案,能通過手機短信息對控制節點進行遠程控制,實時獲得當前圖像信息和家居環境的各項物理參數。 本文所做的主要工作為: 1.調研了國內外智能化家居系統的研究現狀和發展趨勢,并結合目前國內智能家居的發展特點,設計了基于嵌入式系統的智能家居監控系統。在設計中選用了ARM9 S3C2440處理器和嵌入式Linux操作系統,主要由基于ARM的主控模塊、GPRS短信發送模塊、基于nRF2401的無線(分)節點通信模塊幾個部分組成。 2.建立了嵌入式系統的平臺和開發環境。主要包括嵌入式Linux的裁減、設備驅動程序的編寫,交叉編譯和串口驅動的編寫,完成了USB驅動的移植。 3.在組網方式上選擇了nRF2401無線射頻模塊和GPRS模塊,完成了周邊器件的電路設計,實現了無線模塊的相互通信和信息傳輸。 4.實現了XMODOM協議,將圖片和物理信息傳送至GPRS模塊,并實現了彩信的MMS發送。 本文完成了智能家居監控系統的硬件設計和軟件設計,并進行了調試,驗證了所設計系統的有效性和實用性。實驗結果表明提出的監控系統設計方法是可行的,且整個系統具有良好的通用性和可擴展性。由于采用Linux作為嵌入式操作系統,符合嵌入式的發展潮流,方便了在該設計的基礎上進行二次開發和擴展。
上傳時間: 2013-04-24
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