隨著計算機和自動化測量技術的日益發展，測量儀器和計算機的關系日益密切。計算機的很多成果很快就應用到測量和儀器領域，與計算機相結合已經成為測量儀器和自動測試系統發展的必然趨勢。高度集成的現場可編程門陣列（FPGA）是超大規模集成電路和計算機輔助設計技術發展的結果，由于FPGA器件具備集成度高、體積小、可以利用基于計算機的開發平臺，用編寫軟件的方法來實現專門硬件的功能等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性。 本文研究基于網絡的高速數據采集系統的設計與實現問題。論文完成了以FPGA結構為系統硬件平臺，uClinux為核心的系統的軟件平臺設計，進行信號的采集和遠程網絡監測的功能。 論文從軟硬件兩方面入手，闡述了基于FPGA器件進行數據采集的硬件系統設計方法，以及基于uClinux操作系統的設備驅動程序設計和應用程序設計。 硬件方面，FPGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述語言在Xilinx公司提供的ISE輔助設計軟件中實現FPGA編程。將微處理器MicroBlaze、數據存儲器、程序存儲器、以太網控制器、數模轉換控制器等數字邏輯電路通過CoreConnect技術用OPB總線集成在同一個FPGA內部，形成一個可編程的片上系統（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC設計的突出優點是不必更換芯片就可以實現設計的改進和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。 軟件方面，為了更好更有效地管理和拓展系統功能，移植了uClinux到MicroBlaze軟處理器上，設計實現了平臺上的ADC設備驅動程序和數據采集應用程序。并通過修訂內核，實現了利用以太網TCP/IP協議來訪問數據采集程序獲得的數據。
上傳時間： 2013-05-23
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高速大容量數據采集存儲技術在通信、航天、氣象、雷達等多個領域中擁有著廣泛應用。各領域科技與信息技術不斷發展，對數據的采集和傳輸速率要求越來越高，對數據存儲的速度和容量要求也越來越高。高速數據存儲主要包括存儲介質選取、存儲器控制、數據存儲和總線應用等，如何實時、高速、連續大量地采集存儲數據是一個關鍵性問題。 本文設計了一種基于FPGA控制的高速數據采集存儲系統。該系統選用符合ATA-6規范的IDE硬盤作為數據存儲介質，采用RAID0配置的磁盤陣列形式，并配合板載的128MB內存實現對數據的高速大容量穩定存儲。 該磁盤陣列同時管理五個IDE硬盤，平均數據流達到250MB/s，峰值傳輸速率達到500MB/s，也可以擴展更多硬盤構成大容量的磁盤陣列。系統采用PCI-9054橋芯片與計算機連接，可同時存儲四路AD數據，可以通過人機交互界面實時監控數據采集情況，在計算機上實現整個磁盤陣列的實時控制。
上傳時間： 2013-06-14
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近紅外光譜法是血液成分無創檢測方法中的熱點，也是取得成果最多的方法之一。但是，個體差異和測量條件是影響近紅外光譜血液成分無創檢測的一個較突出的問題。而動態光譜法就是針對這個問題而提出的一種全新的近紅外無創血液成分濃度檢測方法。它從原理上消除了個體差異和測量條件等對光譜檢測的影響，為基于近紅外光譜法的血液成分無創檢測方法進入臨床應用去除了一個較為關鍵的障礙。因此，本文根據動態光譜檢測原理設計了基于FPGA的動態光譜數據采集系統。 在分析了動態光譜數據采集系統的性能要求后，采用DALSA的高性能線陣CCD IL-C6-2048C作為光電轉換器件；根據CCD輸出數據的高速度和信號微弱及含有噪聲等特點，選用了高速、高精度、并帶有相關雙采樣芯片的圖像處理芯片AD9826作為模數轉換器件；以FPGA及其內嵌的NIOSⅡ處理器作為核心控制器，并用LabVIEW對采集得到的數據進行顯示。 在FPGA中，利用Verilog HDL語言編寫了CCD和AD9826的控制時序；利用兩塊雙口RAM組成乒乓操作單元，實現高速數據的緩存，避免利用NiosⅡ處理器直接讀取時的頻繁中斷。將NIOSⅡ處理器系統嵌入到FPGA中，實現整個系統的管理。NiOSⅡ處理器利用中斷方式讀取緩存單元中的數據、經對數變換后傳遞給計算機。其中緩存數據的讀取及對數變換均采用自定義組件的方式將硬件單元添加到NIOSⅡ系統中，編程時直接調用。NIOSⅡ系統通過串口將處理后的數據傳遞給LabVIEW， LabVIEW對數據簡單處理后顯示，以實時觀察采樣數據是否正確。 最后對系統進行了實驗測試，實驗結果表明，系統能夠很好的采集并顯示數據，能夠初步完成光信號的檢測。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機技術的突飛猛進以及移動通訊技術在日常生活中的不斷深入，數據采集不斷地向多路、高速、智能化的方向發展。本文針對此需求，實現了一種應用FPGA的多路、高速的數據采集系統，從而為測量儀器提供良好的采集數據。 本文設計了一種基于AD+FPGA+DSP的多路數據采集處理系統，針對此系統設計了基于AD9446的模數轉換采集板，再將模數轉換采集板的數據傳送至基于FPGA的采集控制模塊進行數據的壓縮以及緩沖存儲，最后由DSP調入數據進行數據的處理。本文的設計主要分為兩部分，一部分為模數轉換采集板的設計與調試，另一部分為采集控制模塊的設計與仿真。 經設計與調試，模數轉換模塊可為系統提供穩定可靠的數據，能穩定工作在百兆的頻率下；采集控制模塊能實時地完成數據壓縮與數據緩沖，并能通過時鐘管理模塊來控制前端AD的采樣，該模塊也能穩定工作在百兆的頻率下。該系統為多路、高速的數據采集系統，并能穩定工作，從而能滿足電子測量儀器的要求。關鍵詞：數據采集；FPGA；AD9446
上傳時間： 2013-06-04
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本文研究的視頻處理系統是上海市科委技術攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現”的一部分，主要完成計算機視覺系統的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結合視頻模數轉換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構成計算機視覺系統必不可少的一部分；圖像預處理則是計算機視覺系統進行高層處理的基礎，優秀的預處理算法能有效改善圖像質量，提高系統分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統整體架構的基礎上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設計方案用于實現YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉換； 2.針對采集的視頻圖像，根據VGA顯示的要求，給出了一種實現圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等，在比較和總結各算法特點的基礎上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應濾波法； 4.根據算法特點設計了多種采用FPGA實現的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結果，在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預處理算法的實現充分利用了FPGA的片內資源，體現了FPGA在圖像處理方面的特點及優勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現，從而簡化了系統整體結構。視頻采集和預處理系統在FPGA上的成功實現為“計算機視覺及其芯片化實現”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據。
上傳時間： 2013-07-26
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著嵌入式的廣泛應用，對傳統的數據采集系統的改造，開發新型的嵌入式采集系統，目前已成為研制的熱點。起重機采集系統類似于飛機上的“黑匣子”，能自動記錄起重機運行數據，并能以文件的形式存儲起重機的運行數據，而且可以通過USB通信接口實現數據的轉移。與傳統的采集數據相比，此系統有采集速度快，性能穩，功耗低，讀取數據方便的優點。只需插入U盤，幾分鐘內就可以將數據取走，避免了傳統將電腦帶入現場采集數據的缺點。在起重機采集系統的項目開發過程中，本人的主要工作是實現數據采集模塊的設計，通過構建基于ARM微處理器和開源Linux操作系統的平臺，實現起重機運行數據的U盤存儲。 本研究首先對課題研究的背景和整個系統做了概述；其次詳述了系統的硬件設計和Linux移植到AT91RM9200平臺的方法；然后詳細討論了系統的軟件設計即基于Linux的U盤驅動的實現以及Mass Storage類協議及其子類UFI命令集，并采用單批量傳輸協議實現了部分UFI子類命令以實現對U盤邏輯扇區讀、寫等操作的驅動程序；在U盤上采用目前主流操作系統（Windows，Linux等）所支持的FAT32文件格式，實現了文件的讀寫等API函數，并在此基礎上按文件系統的實現層次對其進行設計與優化，實現了起重機運行數據的可靠存儲；最后對課題研究做了總結。
上傳時間： 2013-07-09
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近些年來，隨著以計算機技術、通信技術為主的信息技術的快速發展和Internet的廣泛應用，嵌入式系統也受到了越來越多的重視，日益廣泛的應用與工業控制、移動通訊、家用電器以及消費電子設備中。 而數據采樣在現代工業中發揮著非常重要的作用，工業設備的監測和控制都離不開數據的采集。但傳統的基于單片機系統的數據采樣模塊因為無法或很難完成操作系統的嵌入、文件的管理、各種接口的連接、與Internet的互聯、大容量存儲器的擴展等功能，所以在許多領域的應用受到限制。針對這些問題，設計開發了基于Linux操作系統的嵌入式數據采集模塊。 本文在綜合分析了現有數據采集系統存在問題的基礎上，新設計的嵌入式數據采集系統采用板卡式結構提高了系統的可擴展性和靈活性；采用嵌入式Linux內核作為系統的運行、調度的核心，提高了系統的軟件可移植性和穩定性；采用基于ARM9核的32位嵌入式微處理器，作為控制、處理和通信的核心，提高了整個硬件系統的處理能力、控制靈活性以及抗干擾能力，并降低了功耗。系統有強大的網絡通信能力，為接入Internet提供了可能。 基于ARM的嵌入式數據采集與處理系統結構清晰、通用性好、可擴展性強，可為各種嵌入式應用提供一套完整的硬、軟件解決方案，在工業測量與控制領域具有較為廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著多媒體技術和網絡技術的發展，嵌入式圖像采集系統的研究與實現越來越受到人們的重視。傳統的圖像采集系統一般采用基于PC機平臺和視頻采集卡的形式，該方案系統體積大、成本高，在遠距離、多點系統中實現困難。在這種背景下，設計一種輕便小巧的采集系統來采集、存儲并顯示所需的圖像成為市場所需。 本論文研究設計了一種基于嵌入式的圖像采集與傳輸系統，具有體積小、成本低、穩定性高等優點。該系統硬件平臺采用基于ARM920T核的S3C2410X處理器，軟件采用嵌入式Linux操作系統，利用USB攝像頭采集圖像并在目標板的LCD上進行顯示，通過網絡還可將采集到的圖像傳輸到PC機上顯示。該方案大大降低了系統的復雜性，同時提高了系統的穩定性和圖像質量，可以擴展應用在遠程監控系統等諸多領域，具有廣闊的市場和應用前景。 本論文首先介紹了課題研究的時代背景、實踐意義和研究現狀，并對嵌入式系統開發的基礎理論知識作了介紹，在此基礎上給出了嵌入式圖像采集與傳輸系統的總體結構設計；接著詳細分析了嵌入式Linux操作系統的開發技術，包括嵌入式開發環境的建立、Bootloader移植、Linux內核移植和根文件系統的制作，并介紹了嵌入式Linux下的設備驅動程序，實現了USB攝像頭驅動的移植，完成了利用攝像頭采集圖像的功能；然后完成了MiniGUI圖形用戶界面的移植和圖像在LCD上的顯示；最后實現了基于socket的網絡通信，完成了視頻采集和傳輸系統的整體功能，并給出了最終的實驗結果。 論文的最后是對全文的一個總結，對系統設計所完成的工作進行了概括，指出所存在的不足，對后續的研究工作做了進一步的展望，并給出了改進方法。
上傳時間： 2013-04-24
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對溫度、濕度、壓力等數據的采集在很多工農業生產中都普遍存在著。目前大部分的數據采集系統使用8位單片機作為控制器，由于單片機自身功能的限制，它的采樣速率，數據采集的方式等均受到一定的限制，而且它沒有自己的操作系統，可視性和可操作性相對比較差。因此，研究一種新型的、具有高速的采樣速率、多樣化的數據采集方式以及操作性非常強的數據采集系統非常的有必要。 本論文采用三星公司的ARM9內核的S3C2410作為主控制器，嵌入式Linux作為操作系統，通過S3C2410的RS-485、I2C總線來控制和傳輸由不同類型數據采集器采集到的數據；利用嵌入式圖形用戶界面GUI的編程工具Qt/E(Qt/Embedded)設計的用戶界面，結合開源嵌入式數據庫Sqlite3，實現對各種不同數據采集器的控制和數據的采集；利用Linux系統中的Video4linux編程實現對現場的視頻監視；同時利用S3C2410的GPIO和中斷口設計的鍵盤能夠像PC鍵盤那樣方便的對用戶界面進行操作，整個系統完成數據的采集、傳輸、存儲、監視等功能。此系統不但減少了使用處理器的數量，而且采樣速率，采樣精度等都有比較大幅度的提高，同時通過實時的視頻監視還可以及時知道數據現場的情況，這些對復雜環境下的數據采集尤為有利。 本論文的重點是完成用戶界面的設計、鍵盤驅動及與Qt/E的鍵值映射、RS-485及I2C總線驅動和視頻監視的實現。本論文完成了整個數據采集系統的初步設計，在油氣田開采現場的數據采集中運行效果良好，雖功能尚待進一步完善，但具有一定的實用價值。
上傳時間： 2013-06-12
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