基于FPGA的智能小車系統就是本地計算機通過接入Internet小車實現對遠端工作現場、危險工作地段等特殊環境進行監視和控制的系統。智能小車是智能行走機器人的一種,這種智能小車可以適應不同環境,不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響,可以在人類無法進入或生存的環境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領域。整個系統以遙控小車裝置為基礎,通過配置在上面的攝像頭實現圖像的采集及對行車道的檢測,通過配置的紅外測溫儀探測環境和目標的溫度,具有一定的智能性。其明顯的優點是可以通過網絡遠程控制小車運行及采集現場的溫度、圖像等相關信息,完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領域、遠程監控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統的基礎上,提出了基于FPGA的智能小車遠程監控方案。采用FPGA來實現,可以充分利用現有的IP核,功能擴展容易,設計開發成本低,上市時間快,修改方便,甚至可以遠程重構系統。與單片機相比,集成度高,可靠性好,調試和維護方便。 論文主要內容包括以下幾個部分:在對智能小車功能分析的基礎上,設計了硬件系統,并在FPGA上構建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統,配置了SPI、串行口和以太網接口模塊和驅動程序,以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統,配置嵌入式Web服務器,編寫CGI程序,設計了動態網頁;并對行車道檢測系統進行了研究,在DSP Builder中構建了該模塊,并在Matlab中進行了仿真。在研究數碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上,編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序,并對系統進行了調試,初步達到通過Internet實現遠程監控的目的。
上傳時間: 2013-05-24
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溫度是生活中最基本的環境參數。溫度的監測與控制,對于生物生存生長,工業生產發展都有著非同一般的意義。溫度傳感器的應用涉及機械制造、工業過程控制、汽車電子產品、消費電子產品和專用設備等各個領域。傳統的常用溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度計RTD和NTC熱敏電阻等。但信號調理,模數轉換及恒溫器等功能全都會增加成本。現代集成溫度傳感器通常包含這些功能,并以其低廉的價格迅速地占據了市場。Dallas Semiconductor公司推出的數字式溫度傳感器DS1820采用數字化一線總線技術具有許多優異特性。其一,它將控制線、地址線、數據線合為一根導線,允許在同一根導線上掛接多個控制對象,形成多點一線總線測控系統。布線施工方便,成本低廉。其二,線路上傳送的是數字信號,所受干擾和損耗小,性能好。本課題旨在分析和設計基于數字化一線總線技術的溫度測控系統。本系統采用FPGA實現一個溫度采集控制器,用于傳感器和上位機的連接,并采用Microsoft公司的Visual C++作為開發平臺,運用MSComm控件進行串口通信,進行命令的發送和接收。
上傳時間: 2013-04-24
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發光二極體(Light Emitting Diode, LED)為半導體發光之固態光源。它成為具省電、輕巧、壽命長、環保(不含汞)等優點之新世代照明光源。目前LED已開始應用於液晶顯示
上傳時間: 2013-04-24
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隨著現代工業的發展,人機接口在工業生產以及社會生活中發揮著越來越重要的作用,同時,人機接口的各項技術問題也日益凸現出來,越來越受到世界各國的關注。 本課題就基于便攜式儀表人機接口的設計開展研究。設計的關鍵步驟包括:人機接口的軟硬件設計、實驗系統的搭建以及在一條天然氣管道上進行管道檢測實驗,驗證人機接口的實用性。 論文中介紹了人機接口技術的發展過程與現狀、人機接口系統的軟硬件詳細設計。人機接口硬件包括:ARM處理器控制核心、通信接口電路、LCD顯示接口電路、USB接口儲存電路;軟件包括人機接口的底層軟件與應用軟件。在實驗過程中,首先獲取一段有裂紋的天然氣管道,接著使用自行設計的采樣模塊檢測磁場信號,通過串口將數據發送到人機接口平臺,人機接口平臺使用嵌入式Linux作為操作系統,使用Qt程序在LCD上顯示實時曲線。而后人機接口將數據存儲在閃盤中,同時使用一系列算法程序對數據進行處理,最后利用檢測到的漏磁場法向分量HP(Y)的具有顯著特征的最大梯度值的位置來判斷裂紋的位置,再與實際的裂紋位置對比,得出可行性結論。經過大量的實驗,該系統可以很好的實現檢測目的,驗證了人機接口的實用性。
上傳時間: 2013-06-28
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數控沖床送料系統主要用于與沖床實現配套,在沖孔過程中按照程序設定控制板料移動和沖床沖孔,實現沖孔的高度自動化。自動送料機構作為沖壓加工生產實現自動化的最基本的要求,它的自動化程度高低,直接影響著沖壓生產效率以及沖壓生產整體自動化水平,只有其自動化程度與沖壓設備相匹配甚至高于沖壓設備,才能夠實現沖壓生產的完全自動化。 嵌入式系統是繼IT網絡技術之后,又一個新的發展方向,由于嵌入式系統自身的優點,現在已經廣泛應用到軍事國防、消費電子、工業控制等各個領域。隨著電子、計算機、自動控制以及精密機械與測試技術的不斷提高和發展,自動送料裝置也在隨著數控機床的發展而在迅速發展和演變。而隨著嵌入式微處理器的發展,嵌入式系統也開始運用到數控沖床自動送料系統中來。 本文采用目前廣泛使用的32位ARM微處理器,Samsung公司基于ARM920T的S3C2440A作為系統的主控制器,該處理器主要面向嵌入式設備,具有性價比高、功耗低的特點,并且在嵌入式Linux操作系統下可移植性好,具有較強的控制能力和豐富的片內資源。該系統能實現數控沖床的自動送料,軟硬件結構簡單,定位精度高,操作簡單方便,具有良好的人機界面。論文首先根據生產實際要求和控制系統設計原則,確定了送料系統的軟硬件總體設計方案。硬件方面,在S3C2440A的基礎上擴展了NANDFlash、NORFlash、SDRAM、LCD觸摸屏模塊,并設計了X、Y軸電機及其驅動電路。軟件方面,選用Linux操作系統,在此基礎上構建了嵌入式Linux開發環境,實現了Bootloader、Linux內核、YAFFS根文件系統的移植,選用Qt/Embeded設計系統的操作界面,給出了系統各個模塊的程序設計,包括人機界面、速度預處理、插補模塊和電機控制部分,文章對系統的軟硬件的抗干擾技術也專門做了介紹。隨后,文章還介紹了積分分離的PID控制算法,并通過使用matlab對電機控制進行仿真,驗證了該算法的可行性。 文章在最后對整個設計進行了總結和展望,指出了系統存在的問題和一些可以改進的地方。
上傳時間: 2013-06-28
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在實際工程中,往往有大量分布廣泛的現場數據需要遠程采集傳輸。數據采集傳輸系統已經在實現自動化過程中發揮了重大作用。但還存在采集通道少、速率低、數據傳輸方式不靈活,操作復雜,對測試環境要求較高等問題。如何建立起新一代靈活、高效、高速、多通道、實用性強、覆蓋面廣、適應復雜監測環境的數據采集傳輸系統成為一個重要的工程問題。 隨著社會的發展和進步,環境和生態的惡化越來越明顯,日益威脅著人類的生存和發展。環境監測是環境保護的重要組成部分和基礎性工作。國家環保部于2008年制定了《污染源在線自動監控(監測)數據采集傳輸儀技術要求標準》。本文在分析數據采集傳輸系統研究現狀和發展趨勢的基礎上,依照該標準,研究了一種多種信號標準兼容,多種采集通道可選的環境監測用數據采集傳輸系統。課題來源于濟南大陸機電有限公司委托科研項目(項目編號:W0624)。本文主要進行了以下工作: (1)分析研究數據采集傳輸系統的重要意義。調研數據采集傳輸系統的研究現狀和發展趨勢。分析環境監測用數據采集傳輸系統的特點。 (2)以國家環境保護部制定的《污染源在線自動監控(監測)數據采集傳輸儀技術要求標準》為依據,分析了環境監測用數據采集傳輸系統的特殊功能需求,制定了系統技術參數。為解決系統核心板與功能板架構存在的接口防震性差,系統不穩定等問題,提出功能主板與擴展接口板的系統架構。選用ARM9處理器S3C2440和嵌入式linux操作系統。 (3)以開發達到環保標準的數據采集傳輸系統為目標,進行了系統硬件設計制作。分析了系統的地址空間。詳細分析了系統的擴展接口分配和地址空間分配,避免了總線等硬件資源的沖突。基于系統功能主板的總線擴展接口和GPIO擴展接口擴展了開關量采集單元、開關量輸出單元、串口單元、模擬量采集單元、人機交互單元等功能單元等電路。設計制作了印制電路板。 (4)研究嵌入式linux開發過程,分析嵌入式linux驅動與應用程序架構。構建了交叉的嵌入式linux開發環境。對環境監測用數據采集傳輸系統的特定功能單元進行軟件開發。主要進行了總線操作、模擬量采集、RS-232串口數據傳輸、GPRS數據傳輸、智能儀表的RS-485通訊等驅動應用程序開發。
上傳時間: 2013-07-10
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隨著半導體工藝的飛速發展和芯片設計水平的不斷進步,ARM微處理器的性能得到大幅度地提高,同時其芯片的價格也在不斷下降,嵌入式系統以其獨有的優勢,己經廣泛地滲透到科學研究和日常生活的各個方面。 本文以ARM7 LPC2132處理器為核心,結合蓋革一彌勒計數管對Time-To-Count輻射測量方法進行研究。ARM結構是基于精簡指令集計算機(RISC)原理而設計的,其指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多,使用一個小的、廉價的ARM微處理器就可實現很高的指令吞吐量和實時的中斷響應。基于ARM7TDMI-S核的LPC2132微處理器,其工作頻率可達到60MHz,這對于Time-To-Count技術是非常有利的,而且利用LPC2132芯片的定時/計數器引腳捕獲功能,可以直接讀取TC中的計數值,也就是說不再需要調用中斷函數讀取TC值,從而大大降低了計數前雜質時間。本文是在我師兄呂軍的《Time-To-Count測量方法初步研究》基礎上,使用了高速的ARM芯片,對基于MCS-51的Time-To-Count輻射測量系統進行了改進,進一步論證了采用高速ARM處理器芯片可以極大的提高G-M計數器的測量范圍與測量精度。 首先,討論了傳統的蓋革-彌勒計數管探測射線強度的方法,并指出傳統的脈沖測量方法的不足。然后討論了什么是Time-To-Count測量方法,對Time-To-Count測量方法的理論基礎進行分析。指出Time-To-Count方法與傳統的脈沖計數方法的區別,以及采用Time-To-Count方法進行輻射測量的可行性。 接著,詳細論述基于ARM7 LPC2132處理器的Time-To-Count輻射測量儀的原理、功能、特點以及輻射測量儀的各部分接口電路設計及相關程序的編制。 最后得出結論,通過高速32位ARM處理器的使用,Time-To-Count輻射測量儀的精度和量程均得到很大的提高,對于Y射線總量測量,使用了ARM處理器的Time-To-Count輻射測量儀的量程約為20 u R/h到1R/h,數據線性程度也比以前的Time-To-CotJnt輻射測量儀要好。所以在使用Time-To-Count方法進行的輻射測量時,如何減少雜質時間以及如何提高計數前時間的測量精度,是決定Time-To-Count輻射測量儀性能的關鍵因素。實驗用三只相同型號的J33G-M計數管分別作為探測元件,在100U R/h到lR/h的輻射場中進行試驗.每個測量點測量5次取平均,得出隨著照射量率的增大,輻射強度R的測量值偏小且與輻射真實值之間的誤差也隨之增大。如果將測量誤差限定在10%的范圍內,則此儀器的量程范圍為20 u R/h至1R/h,量程跨度近六個數量級。而用J33型G-M計數管作常規的脈沖測量,量程范圍約為50 u R/h到5000 u R/h,充分體現了運用Time-To-Count方法測量輻射強度的優越性,也從另一個角度反應了隨著計數前時間的逐漸減小,雜質時間在其中的比重越來越大,對測量結果的影響也就越來越嚴重,盡可能的減小雜質時間在Time-To-Count方法輻射測量特別是測量高強度輻射中是關鍵的。筆者用示波器測出此輻射儀器的雜質時間約為6.5 u S,所以在計算定時器值的時候減去這個雜質時間,可以增加計數前時間的精確度。通過實驗得出,在標定儀器的K值時,應該在照射量率較低的條件下行,而測得的計數前時間是否精確則需要在照射量率較高的條件下通過儀器標定來檢驗。這是因為在照射量率較低時,計數前時間較大,雜質時間對測量結果的影響不明顯,數據線斜率較穩定,適宜于確定標定系數K值,而在照射量率較高時,計數前時間很小,雜質時間對測量結果的影響較大,可以明顯的在數據線上反映出來,從而可以很好的反應出儀器的性能與量程。實驗證明了Time-To-Count測量方法中最為關鍵的環節就是如何對計數前時間進行精確測量。經過對大量實驗數據的分析,得到計數前時間中的雜質時間可分為硬件雜質時間和軟件雜質時間,并以軟件雜質時間為主,通過對程序進行合理優化,軟件雜質時間可以通過程序的改進而減少,甚至可以用數學補償的方法來抵消,從而可以得到比較精確的計數前時間,以此得到較精確的輻射強度值。對于本輻射儀,用戶可以選擇不同的工作模式來進行測量,當輻射場較弱時,通常采用規定次數測量的方式,在輻射場較強時,應該選用定時測量的方式。因為,當輻射場較弱時,如果用規定次數測量的方式,會浪費很多時間來采集足夠的脈沖信號。當輻射場較強時,由于輻射粒子很多,產生脈沖的頻率就很高,規定次數的測量會加大測量誤差,當選用定時測量的方式時,由于時間的相對加長,所以記錄的粒子數就相對的增加,從而提高儀器的測量精度。通過調研國內外先進核輻射測量儀器的發展現狀,了解到了目前最新的核輻射總量測量技術一Time-To-Count理論及其應用情況。論證了該新技術的理論原理,根據此原理,結合高速處理器ARM7 LPC2132,對以G-計數管為探測元件的Time-To-Count輻射測量儀進行設計。論文以實驗的方法論證了Time-To-Count原理測量核輻射方法的科學性,該輻射儀的量程和精度均優于以前以脈沖計數為基礎理論的MCS-51核輻射測量儀。該輻射儀具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等優點。用戶可以定期的對儀器的標定,來減小由于電子元件的老化對低儀器性能參數造成的影響,通過Time-To-Count測量方法的使用,可以極大拓寬G-M計數管的量程。就儀器中使用的J33型G-M計數管而言,G-M計數管廠家參考線性測量范圍約為50 u R/h到5000 u R/h,而用了Time-To-Count測量方法后,結合高速微處理器ARM7 LPC2132,此核輻射測量儀的量程為20 u R/h至1R/h。在允許的誤差范圍內,核輻射儀的量程比以前基于MCS-51的輻射儀提高了近200倍,而且精度也比傳統的脈沖計數方法要高,測量結果的線性程度也比傳統的方法要好。G-M計數管的使用壽命被大大延長。 綜上所述,本文取得了如下成果:對國內外Time-To-Count方法的研究現狀進行分析,指出了Time-To-Count測量方法的基本原理,并對Time-T0-Count方法理論進行了分析,推導出了計數前時間和兩個相鄰輻射粒子時間間隔之間的關系,從數學的角度論證了Time-To-Count方法的科學性。詳細說明了基于ARM 7 LPC2132的Time-To-Count輻射測量儀的硬件設計、軟件編程的過程,通過高速微處理芯片LPC2132的使用,成功完成了對基于MCS-51單片機的Time-To-Count測量儀的改進。改進后的輻射儀器具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等特點。本論文根據實驗結果總結出了Time-To-Count技術中的幾點關鍵因素,如:處理器的頻率、計數前時間、雜質時間、采樣次數和測量時間等,重點分析了雜質時間的組成以及引入雜質時間的主要因素等,對國內核輻射測量儀的研究具有一定的指導意義。
標簽: TimeToCount ARM 輻射測量儀
上傳時間: 2013-06-24
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隨著我國加入WTO,我國逐漸成為世界縫制設備生產和銷售中心。在縫制設備行業占據極其重要地位的繡花機行業也因此而得到迅速發展,我國繡花機產量已占據全球繡花機產量的70%。但是,我國的繡花機行業在發展的過程中仍存在和面臨著很多問題。一方面是產品結構和產品質量,我國的繡花機主要以中低檔為主,在噪聲、刺繡質量、效率、產品壽命以及維護性等方面與國外先進機型存在較大差距;另一方面是技術實力和創新能力,作為繡花機全部技術核心的控制器,國內能開發的公司屈指可數,缺乏有效的競爭,且技術實力和創新能力無法與國際企業相抗衡。 針對上述情況,本文分析了繡花機的工作原理和當前主流繡花機的控制方式及特點,在研究室已完成的中低速平繡型工業繡花機課題的基礎上,設計了一種基于硬實時嵌入式操作系統WinCE5.0,以32位RISC架構ARM9處理器S3C2440A為主控芯片,以MAXII系列CPLDEPM1270為接口芯片的高速繡花機控制器。整個繡花機以高速,高質量為目標,以伺服電機作為主軸驅動,步進電機作為X/Y軸驅動,帶USB接口和Ethernet接口,預留特種繡接口,帶高分辨率彩色觸摸屏,功能豐富,操作方便。 本文分7章,第一章闡述了課題背景,繡花機發展現狀和關鍵技術;第二章從原理出發完成了需求分析,硬件和操作系統選型和項目規劃;第三章完成了總體硬件系統設計并重點介紹了驅動系統,CPLD單元,主控制板的設計和各種資源的分配;第四章在分析WinCE及其項目開發流程和環境構建的基礎上,完成了軟件的總體框架設計并介紹了相關設計要點。第五章主要是驅動程序和運動控制模塊并以步進電機驅動的開發為例介紹了流驅動的開發過程和相關的技術要點。第六章設計了一種自主的內部花樣格式并完成了相應的測試。最后一章是對本課題的總結和展望。 本文不僅從項目研究與開發和軟件工程的高度詳細探討了基丁ARM和WinCE5.0的繡花機控制器的整個開發過程,也具體的從硬件設計,資源配置,軟件編寫,驅動開發,運動控制和花樣處理等多個方面進行了深入的分析和研究。本課題的工作對于高速高檔繡花機的開發具有很好的參考價值和實踐意義,對于提升國內繡花機行業在高端市場與國外企業的競爭力,提升民族品牌價值,改變國內繡花機控制器被少數公司所壟斷,增加良性有效競爭有積極影響。
上傳時間: 2013-06-29
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加密算法一直在信息安全領域起著極其重要的作用,它直接影響著國家的安全和發展.隨著計算機技術的飛速發展,原有的數據加密標準(DES)已不能滿足人們的保密要求.在未來的20年內,高級數據加密標準(AES)將替代DES成為新的數據加密標準.在不對原有應用系統作大的改動的情況下,3-DES算法有了很大的生存空間.該文介紹了DES和3-DES算法的概要,給出了一種電路實現模型,并基于XILINX公司的FPGA器件設計了IP核,介紹了I P核設計中主要模塊的設計方法.最后對該IP核進行了分析,給出它的性能參數.該課題系統地論述了基3-DES算法的密碼IP核設計全過程.文章首先闡述了該設計的課題背景,給出了使用VHDL方法設計密碼電路的特點和研究思路和特點,然后對IP核的設計環境和密碼算法進行了介紹.在此基礎上,詳細討論了3-DES算法的密碼芯片設計方法和各個電路模塊實現的結構圖,包括算法電路、譯碼電路、接口電路和控制模塊電路等.通過對各個模塊設計的介紹,闡明了使用VHDL語言設計專用集成電路的原理和特點.
上傳時間: 2013-04-24
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隨著安全通信數據速率的提高,關鍵數據加密算法的軟件實施成為重要的系統瓶頸.基于FPGA的高度優化的可編程的硬件安全性解決方案提供了并行處理能力,并且可以達到所要求的加密處理性能(每秒的SSL或RSA運算次數)基準.網絡的迅速發展,對安全性的需要變得越來越重要.然而,盡管網絡技術進步很快,安全性問題仍然相對落后.由于FPGA所提供的設計優勢,特別是新的高速版本,網絡系統設計人員可以在這些網絡設備中經濟地實現安全性支持.FPGA是實現設計靈活性和功能升級的關鍵,對于容錯、IPSec協議和系統接口問題而言這兩點非常重要.而且,FPGA還為網絡系統設計人員提供了適應不同安全處理功能以及隨著安全技術的發展方便地增加對新技術支持的能力.標準加密/解決以及認證算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被廣泛用于全球網絡安全系統中.本文介紹了基于PCI總線的加密卡的研制,硬件板卡的結構,著重論述了加密卡上加密模塊的實現,即用FPGA實現3DES及IDEA、MD5算法的過程,加密卡的工作原理,加密卡中多種密碼算法的配置原理,最后對3DES算法及IDEA、MD5算法的實現進行仿真,并繪制了板卡的原理圖,對PCI接口原理進行了闡述.在論文中,首先闡述了數據加密原理.介紹了數據加密的算法和數據加密的技術發展趨勢,并重點說明了3DES的算法.由于加密卡的生存空間在于其高速的加密性能與便捷的使用方式,所以,我們的加密卡采用的是基于PCI插槽的結構,遵從的是PCI2.2規范,理解并掌握PCI總線的規范是了解整個系統的重要一環,本文講述了PCI總線的特點和性能,以及總線的信號.由于遵從高速性的要求,我們在硬件選型的時候,選用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能強,速度也非常快,但目前價格仍然太高,不適合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能適中,價格低廉,產品成熟等特點,是較好的選擇.FPGA選用的XILINX公司的XC2V3000,在隨后的文章中,我們將會對這些器件特性做相應說明.并由此得出電路原理圖的繪制.文章的重點之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA實現,以Xilinx公司VIRTEXII結構的VXC2V3000為例,闡述用FPGA高速實現3DES算法及IDEA、MD5算法的設計要點及關鍵部分的設計.
上傳時間: 2013-04-24
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