目前在各行各業中應用種類繁多的測量儀器隨著儀器性能指標要求的逐漸提升以及功能的不斷拓展，對儀器控制系統的實時性和集成化程度等性能的要求也越來越高。目前發展的趨勢是開放式、集成度向芯片級靠攏的高實時性儀器。針對目前傳統的系統設計存在著功能簡單、速度慢、實時性差、對數據的再加工處理能力極為有限等問題，本文根據課題需要提出了一種基于ARM+FPGA架構的高速實時數據采集嵌入式系統方案，應用在小功率半導體測量儀器上。方案采用三星S3C2410的ARM處理器進行管理控制，處理數據，界面顯示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用來進行高速數據采集，提高了系統的實時性和集成化程度。 本文首先給出了ARM+FPGA架構的總體設計。硬件方面，簡要討論了ARM處理器的特點和優勢，FPGA在高速采集和并行性上的優勢，給出了硬件的總體結構和主要部件及相關接口。軟件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系統的構建和BootLoader的啟動以及內核和根文件系統的結構，構建了嵌入式Linux系統包括建立交叉開發環境，修改移植BootLoader和裁減移植Linux內核，并且根據課題實際需要精簡建立了根文件系統。 為了滿足測量儀器的實時性，設計了ARM與FPGA的高速數據采集接口。進行了FPGA內部與ARM接口相關部分的硬件電路設計；通過分析ARM與FPGA內部時序的差異，針對ARM與FPGA內部FIFO時序不匹配的問題，解決了測量儀器中高速數據采集與處理速度不匹配的問題。接著，通過研究Linux設備驅動基本原理和驅動程序的開發過程，設計了Linux下的FPGA數據采集接口驅動程序，并且實現了中斷傳輸。使得FPGA芯片通過高效可靠的驅動程序可以很好的與ARM進行通訊。 最后為了方便用戶操作，進行了人機交互系統的設計。為了降低成本和提高實用性利用FPGA芯片剩余的資源實現了對PS/2鍵盤鼠標接口的控制，應用到系統中，大大提高了人機交互能力；通過比較分析目前比較流行的幾種嵌入式GUI圖形設計工具的優缺點，結合課題的實際情況選擇了MiniGUI作為課題圖形界面的開發。根據具體要求設計了適合測量儀器方面上使用的人機交互界面，并且移植到了ARM平臺上，給測量儀器的使用提供了更好的交互操作。 本課題完成了嵌入式Linux開發環境的建立，針對課題實際硬件電路設計修改移植了bootloader，裁減移植了內核以及根文件系統的建立；設計了FPGA內部硬件電路，解決了接口中ARM與FPGA時序不匹配的問題，實現了ARM與FPGA之間的高速數據采集；設計了高速采集接口在嵌入式Linux下的驅動程序以及中斷傳輸和應用程序；合理設計了適合測量儀器使用的人機交互界面，并巧妙設計了PS/2鍵盤鼠標接口，進一步提高了交互操作。
上傳時間： 2013-06-21
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電液控制作為液壓控制的一個新分支，因為其本身的特點正得到越來越廣泛的應用。電液控制系統的發展對電液控制技術提出了更高的要求，這必將促進電液控制技術的發展。本文在教研室多年電液控制經驗的基礎上，提出開發通用型電液系統數字控制器。 通過對電液控制技術的研究，了解電液系統的一般構成，結合多個具體實例，本文提出數字式電液控制器概念，以ARM微處理器為硬件核心，采用多種智能控制算法解決電液系統閉環控制問題。 數字控制器以PHILIPS公司的32位ARM7微處理器LPC2292為硬件核心，配有高速AD、DA轉換器。硬件設計注重通用性，具有多種輸入、輸出通道，可以采集和輸出多種、多個模擬量信號和數字量信。具有多種通信接口，可以實現近距離監控或者遠距離操控。人機交互通道豐富，具有報警、狀態指示、參數顯示等功能。采用光電隔離、獨立電源、屏蔽外殼等措施保證控制器具有良好的穩定性、可靠性。軟件設計采用UC/OS-II嵌入式操作系統，內部集成多種智能控制算法，保證電液系統閉環控制取得良好的效果。開發模擬試驗系統，可以模擬電液系統現場的各種信號和閉環回路，實現實驗室調試。采用Visual Basic開發上位機軟件，配合控制器完成參數修改、保存，繪制實時監控曲線，控制硬件等功能。 控制器解決了電液系統多樣性難題，客服模擬控制的缺點。研發出模糊自整定PID算法，它成功解決了閉環控制過程中設定信號不斷變化的難題。經過多次現場調試，目前控制器已經成功應用于國內多家企業的輪胎耐久性試驗機和密煉機兩種電液系統，在這兩種系統中成功取代進口國外模擬控制器，并且控制效果好于國外模擬控制器。關鍵詞：電液系統；ARM7；UC/OS-II；模糊自整定
上傳時間： 2013-05-31
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表面粗糙度是機械加工中描述工件表面微觀形狀重要的參數。在機械零件切削的過程中，刀具或砂輪遺留的刀痕，切屑分離時的塑性變形和機床振動等因素，會使零件的表面形成微小的蜂谷。這些微小峰谷的高低程度和間距狀況就叫做表面粗糙度，也稱為微觀不平度。表面粗糙度的測量是幾何測量中的一個重要部分，它對于現代制造業的發展起了重要的推動作用。世界各國競相進行粗糙度測量儀的研制，隨著科學技術的發展，各種各樣的粗糙度測量系統也競相問世。對于粗糙度的測量，隨著技術的更新，國家標準也一直在變更。最新執行的國家標準(GB/T6062-2002)，規定了粗糙度測量的參數，以及制定了觸針式測量粗糙度的儀器標準[1]。 隨著新國家標準的執行，許多陳舊的粗糙度測量儀已經無法符合新標準的要求。而且生產工藝的提高使得原有方案的采集精度和采集速度，滿足不了現代測量技術的需要。目前，各高校公差實驗室及大多數企業的計量部門所使用的計量儀器(如光切顯微鏡、表面粗糙度檢查儀等)只能測量單項參數，而能進行多參數測量的光電儀器價格較貴，一般實驗室和計量室難以購置。因此如何利用現有的技術，結含現代測控技術的發展，職制出性能可靠的粗糙度測量儀，能有效地降低實驗室測量儀器的成本，具有很好的實用價值和研究意義。 基于上述現狀，本文在參考舊的觸針式表面粗糙度測量儀技術方案的基礎上，提出了一種基于ARM嵌入式系統的粗糙度測量儀的設計。這種測量儀采用了先進的傳感器技術，保證了測量的范圍和精度；采用了集成的信號調理電路，降低了信號在調制、檢波、和放大的過程中的失真；采用了ARM處理器，快速的采集和控制測量儀系統；采用了強大的PC機人機交互功能，快速的計算粗糙度的相關參數和直觀的顯示粗糙度的特性曲線。 論文主要做了如下工作：首先，論文分析了觸針式粗糙度測量儀的發展以及現狀；然后，詳細敘述了系統的硬件構成和設計，包括傳感器的原理和結構分析、信號調理電路的設計、A/D轉換電路的設計、微處理器系統電路以及與上位機接口電路的設計。同時，還對系統的數據采集進行了研究，開發了相應的固件程序及接口程序，完成數據采集軟件的編寫，并且對表面粗糙度參數的算法進行程序的實現。編寫了控制應用程序，完成控制界面的設計。最終設計出一套多功能、多參數、高性能、高可靠、操作方便的表面粗糙度測量系統。
上傳時間： 2013-04-24
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發動機的燃油系統是發動機的關鍵部分，直接影響著發動機的動力性能、經濟性能和使用性能，其中噴油泵是該系統中至關重要的部件，是燃油系統的核心，而噴油泵試驗臺是檢測和調整發動機噴油泵所必需的關鍵設備。 噴油泵實驗系統被廣泛應用在教學、科研及生產部門，成為我國噴油泵研究與制造水平的關鍵。傳統的實驗系統多屬于簡單機電式的，效率和自動化程度較低。近年來出現的一些實驗系統結合了現代計算機技術，在性能和功能上有所增強，但在硬件和軟件方面還存在著結構復雜，可靠性、穩定性差等問題，且此類系統通常只能在實驗室進行研究，難以實時的在現場進行檢測，難以方便的應用于工業生產、維修的廠況，也不能滿足科學研究及生產制造等方面的要求。 本論文將噴油泵實驗系統與計算機及嵌入式技術有機結合起來，充分發揮嵌入式系統實時性強、功能專一的特點，研制了一種基于ARM-Linux的噴油泵實驗系統。系統采用Samsung公司性價比較高的ARM9芯片S3C2410A為硬件核心，移植嵌入式Linux作為操作系統，編寫應用程序，開發了友好的人機交互界面，具有體積小、重量輕、功耗低、操作簡單、可靠性高等特點，對于我國的教學、科研及工業生產具有重大意義。 文中首先簡要介紹了噴油泵實驗系統的發展現狀、嵌入式系統的基本定義以及本課題所要研究的內容和意義，然后在對系統的需求進行分析的基礎上，給出了系統的總體方案設計，并進一步分塊探討了：系統的硬件設計；系統軟件設計(詳細闡述了將嵌入式Linux操作系統移植到ARM微處理器S3C2410A上的過程)；應用程序設計。最后對本文所開發的實驗系統進行了調試并對后續工作做了展望。結果證明，此噴油泵實驗系統運行穩定，性能可靠，能夠方便快速的應用于教學實驗、科學研究以及生產實踐中，是性能優良的噴油泵實驗系統。
上傳時間： 2013-06-08
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大量的電力電子裝置及非線性負荷在電力系統中廣泛的應用，使電能質量(Power Quality)問題日益突出。電能質量問題不僅危害電力系統本身的安全及電網的穩定運行，對系統中用戶也造成嚴重威脅。因此，對電能質量的實時監測具有十分重要的意義。 論文首先介紹了電能質量的概念，分析了國內外電能質量監測的研究現狀及開發新型電能質量監測裝置的意義，同時對影響電能質量的指標參數的數字測量原理與算法進行了深入的研究。在此基礎上，提出了以ARM9(s3c2410)芯片為CPU，以嵌入式Linux為軟件核心的電能質量監測裝置的總體設計思想。 論文建立了基于arm-1inux的嵌入式開發環境，完成了基本的硬件電路設計和軟件設計。硬件設計方面，根據電力系統中數據采集和處理的實際特點，在前置測量采集模塊中，采用了ADS7864芯片設計了多通道信號采樣保持和快速轉換電路；利用鎖相環保證了多路信號的硬件同步采樣；在通訊方式上，除了采用RS-232通訊方式外，還采用了以太網和USB通訊方式，從而提高了裝置應用的靈活性。軟件設計方面，依據裝置所要實現的功能，剪裁并成功移植了嵌入式linux內核到ARM處理器中；完成了各應用程序的編制，給出了詳細的程序流程圖；設計了基于Qt/Embedde的人機交互界面(GUI)。 基于arm-linux嵌入式電能質量監測儀不僅數據處理功能強、人機交互性好、系統升級簡單、還能進行遠程監控。在此基礎上可進一步開發，向微型化、高度智能化等方向發展，以滿足不同場合的需求，具有較大的使用價值和廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-05-16
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核地球物理勘探是集核探測技術、電子技術、計算機技術為一體，能夠快速、準確地分析出核素的相關信息及參數的一門綜合性很強的學科。目前己廣泛應用于鈾礦勘探、地質填圖、油氣勘測以及尋找各種金屬和非金屬礦產等諸多領域。其中核地球物理數據的采集和處理是核地球物理勘探研究的重要課題之一，它將直接對測量結果產生影響。 本系統設計是架構在基于ARM7TDMI核的16/32位處理器S3C44BOX的硬件基礎上，移植了嵌入式μCLinux操作系統、JFFS2文件系統、以及MiniGUI圖形開發庫。通過利用S3C44BOX處理器快速的運算速度、豐富的外圍設備和嵌入式μCLinux操作系統及其豐富的軟件資源，編寫了系統引導代碼、集成了LCD、MCA硬件設備的驅動程序、開發了GPS、GPRS應用程序。本論文研究成果主要有： 1.研制了基于高端的16/32位ARM7TDMI處理器S3C44BOX為控制核心、外圍電路帶有LCD顯示以及時鐘和存儲電路的核數據采集系統。該系統能夠穩定運行在60MHz頻率，無需上位機，用戶就可與之進行交互工作，能夠獨立完成能譜數據的采集、分析、存儲等功能。系統具有低功耗、小型化、高性價比等特點。 2.實現了嵌入式μCLinux操作系統在采集系統上的移植。隨著嵌入式系統的迅速發展，嵌入式操作系統在核儀器研制中的應用不僅能夠提高系統的穩定性，而且通過充分利用Linux豐富的軟件資源，能夠快速的完成系統的定制和開發，構建復雜的軟件系統。 3.實現了基于μCLinux的JFFS2嵌入式文件系統的移植，安全可靠的管理了系統引導代碼、＃CLinux操作系統內核映象文件、譜處理程序和數據等。 4.初步實現了GPS定位、GPRS數據無線傳輸的功能。
上傳時間： 2013-04-24
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指紋識別是在指紋圖像上找到指紋的特征，通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的特征模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結果。本文對現已存在的多種指紋識別算法進行編程比較，并對細化算法提出改進。同時采用基于ARM7TDMI內核的32位處理器S3C44B0作為主控制器，半導體電容傳感器FPS200作為指紋數據采集設備，構建了自動指紋識別系統。論文完成主要工作如下： 1、指紋采集模塊的設計：根據FPS200的相關寄存器資源和管腳特性，完成指紋傳感器FPS200的電路設計；研究FPS200主要寄存器的功能和圖像采集方式，給出FPS200在三種工作方式下的工作流程，并且對三種工作模式進行分析。 2、指紋識別算法研究：通過對現已存在的多種圖像預處理算法進行編程實現和對比研究發現，細化后的圖像多存在短線、斷線、毛刺等干擾以及細化不徹底的現象，為此提出了新的修復算法：分析目標點周圍紋線的走向趨勢，選擇去除或者保留周圍的相連點，較好地解決了細化不徹底的問題；再對細化后的圖像采用方形模板進行紋線跟蹤，去除偽特征點，克服了逐步遞進的紋線跟蹤算法過于復雜、不易實現等問題。 3、采用Sansung公司基于ARM7TDMI內核的32位RISC處理器S3C44B0，構建了自動指紋識別系統。該系統主要包括電源管理部分、指紋圖像采集模塊、存儲器模塊、JTAG調試接口以及與外設連接的串行接口。硬件部分主要完成指紋采集模塊接口的設計與開發，軟件部分主要完成指紋圖像采集程序、指紋識別算法程序和串口通信程序的開發，此外還通過串口實現指紋數據上傳到上位機，在VB環境下實現了簡易的人機交互軟件，提供指紋圖像的直觀顯示，用于對指紋識別程序進行測試，并對測試結果進行了分析。
上傳時間： 2013-05-22
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本論文研究了基于ARM+Linux的嵌入式測控系統。論文闡述了嵌入式測控系統的特點。結合目前比較流行的SOC硬件技術，嵌入式軟件技術，以及目前較前沿的無線傳感器網絡技術，對構建一個既能進行本地多傳感器信息采集又能進行數據處理以及具有人機交互界的嵌入式測控系統進行了架構設計，即采用ARM+Linux架構。 論文詳細介紹了系統的硬件設計，包括核心板設計和應用底板設計。其中核心板又包括微處理器的設計和存儲器的設計；對于應用板，介紹了基于CS8900A的網絡模塊的設計，基于RS232和RS485的串行總線設計，以及基于ZigBee的無線模塊設計。同時，本論文詳細的介紹了系統的軟件設計。結合本系統所采用的U-Boot介紹了嵌入式Bootloader設計，并針對本系統的板級硬件對U-Boot進行了移植。結合本系統采用的Linux操作系統介紹了嵌入式操作系統的概念，并對Linux進行了板級移植。在分析研究嵌入式文件系統的特點的基礎上，確定Cramfs作為本系統的根文件系統，并結合現有的開源軟件Busybox搭建了一個完整的根文件系統命令集。 在本系統硬、軟件平臺上，研究了終端應用層上的開發。并完成了在終端上的嵌入式圖形用戶界面QT的移植，并且為系統開發出相應的I/O和A/D設備驅動驅動程序。 論文在最后介紹了本系統的一個簡單應用，即利用QT圖形庫和多線程編程技術，在現有的硬件平臺上設計出了一個溫度和濕度的無線數據采集程序。顯示直觀，界面友好，體現了本平臺具有一定的應用前景。
上傳時間： 2013-07-06
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為了解決當前PVC軟標生產技術落后、效率低、質量不穩定、能耗高、工作環境差等問題，本文提出研制集注標、烘烤、冷卻的數控PVC軟標機方案。 數控PVC軟標機控制系統采用“ARM9+RT-Linux”開發模式，將數控技術與嵌入式系統應用有機結合起來，一方面發揮ARM9微處理器高性能、低功耗的特點，使PVC軟標機數控系統有較強的數據處理和運動控制能力；另一方面利用實時操作系統RT-Linux的開放性、強大的功能，簡化了數控系統軟件的開發，縮短了應用系統開發周期。 本文研究的主要內容是基于嵌入式的PVC軟標機數控系統硬件設計和軟件開發。首先詳細介紹了系統各功能模塊的硬件電路設計，包括嵌入式最小系統搭建、伺服驅動器接口電路設計、電磁閥接口電路設計、人機交互模塊設計、通信模塊設計、開關量模塊設計等方面內容；然后，基于RT-Linux的嵌入式系統軟件實現機理的理論指導下，提出了系統軟件的架構，在此基礎上詳細闡述了軟件實現過程：通過對PVC軟標機數控系統功能需求及多任務間數據依賴關系的分析，同時結合RT-Linux平臺上實時應用軟件的結構特點，本文在邏輯架構上對控制系統的實時任務和非實時任務進行了劃分，并設計了模塊間數據緩沖機制；在時序架構上提出了系統的多任務運行時機分配以及各任務之間正確合理的時序關系，以保證實時任務的實時性和非實時任務能夠得到適當運行；在應用軟件架構上利用RT-Linux多線程編程技術實現了系統軟件的基本功能。最后，針對本系統插補所需的精度和系統實時性要求，利用數據采用直線插補算法實現了系統的插補功能。 目前，PVC軟標機數控系統的基本功能已經實現，系統能夠在實驗平臺上穩定運行，基本達到預期目標。關鍵字：PVC軟標；數控系統；插補；RT-Linux；ARM9
上傳時間： 2013-04-24
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針對城市交通中的停車難問題，課題組研制了有效的泊車管理系統，泊車手持機是泊車管理系統的重要組成部分之一，完成車輛的信息輸入任務及對車輛實現有效監管。泊車手持機主要實現與泊車咪表的無線通信，讀寫會員車主IC卡，車牌圖像的采集和提供友好的交互操作界面，并實時處理車輛的進出信息，完成泊車費用的結算。 提出了泊車手持機的硬件設計方案，詳細描述了系統軟件模塊的設計及實現過程。系統硬件平臺采用了基于ARM體系架構的S3C2440作為核心處理器，外圍擴展了nRF24E1無線收發芯片、ZLG500AGT讀卡模塊、CMOS7620攝像頭。在此硬件平臺的基礎上，探討并解決了嵌入式linux系統軟件平臺的搭建，包括以下方面：交叉編譯工具鏈的建立、QT的移植、Linux內核移植、文件系統制作、嵌入式數據庫SQLite3的移植和GDB遠程調試環境的建立。完成了處理器與無線芯片的串口程序設計，讀卡設備的驅動編寫，攝像模塊的驅動編寫以及用戶界面軟件的設計，實現了泊車手持機的功能。通過調試表明，系統達到了設計要求，設計方案可行并具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-06-28
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