智能化住宅小區，是指在一定范圍內通過有效的傳輸網絡，將多元住處服務、物業管理、安防以及住宅智能化等系統結合在一起，為該小區的服務與管理提供高技術的智能化手段。從而實現快捷高效的超值服務管理和安全舒適的家居環境，使業主生活得更安全、更方便。 隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術和控制技術的迅速發展，促進了智能小區在我國的推廣和應用。目前這些小區的智能化建設大多數是采用Lonworks、FF等現場總線技術。但是現場總線協議標準化程度還不成熟，且成本較高。隨著寬帶Internet進入家庭，利用Internet來構建智能小區已成為大勢所趨。 本文介紹了一種基于以太網和FPGA的嵌入式智能小區管理系統的組建方法。首先，以Altera的FPGA為核心，通過在外圍添加適當的存儲設備和通信接口設備，構成一個嵌入式系統的硬件平臺。其次，在此平臺的基礎上，通過在FPGA中定制Nios Ⅱ軟核處理器以及在外圍的Flash存儲器中下載uClinux操作系統，從而構建出一套資源豐富的嵌入式操作系統。該系統帶有一個網絡功能齊全的Web服務器。最后，將此操作系統作為智能小區的樓宇集中器，再根據需要配置適當的采集器和顯示器，就可以組建成一套功能強大的智能小區管理系統。它可以完成圖像抄表、定時圖像采集、實時溫度監控、樓宇廣播、智能語音報警等功能。 這種利用當前流行的嵌入式系統來組建的智能小區管理系統，不但實現簡單、功能強大；而且節約布線、成本低廉。因此具有很高的性價比，相信在未來有較大的市場潛力。 本文主要包括如下幾個部分：系統硬件結構設計，包括系統的原理圖構建和PCB板的繪制：系統核心處理器設計，包括Nios Ⅱ軟核CPU的設計方法、外圍存儲和通信器件的添加及設計方法；嵌入式操作系統uClinux的相關知識及移植方法：系統的軟件結構設計，包括圖像采集、溫度采集、LCD顯示等CGI程序設計，以及單片機語音報警程序設計等；最后給出了調試情況以及一些試驗結果。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來微光、紅外、X光圖像傳感器在軍事、科研、工農業生產、醫療衛生等領域的應用越來越為廣泛，但由于這些成像器件自身的物理缺陷，視覺效果很不理想，往往需要對圖像進行適當的處理，以得到適合人眼觀察或機器識別的圖像。因此，市場急需大量高效的實時圖像處理器能夠在傳感器后端對這類圖像進行處理。而FPGA的出現，恰恰解決了這個問題。 近十年來，隨著FPGA(現場可編程門陣列)技術的突飛猛進，FPGA也逐漸進入數字信號處理領域，尤其在實時圖像處理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP應用的FPGA的發貨量，增長了50％；而常規的DSP大約增長了40％。由于FPGA可無比擬的并行處理能力，使得FPGA在圖像處理領域的應用持續上升，國內外，越來越多的實時圖像處理應用都轉向了FPGA平臺。與PDSP相比，FPGA將在未來統治更多前端(如傳感器)應用，而PDSP將會側重于復雜算法的應用領域。可以說，FPGA是數字信號處理的一次重大變革。 算法是圖像處理應用的靈魂，是硬件得以發揮其強大功能的根本。”共軛變換”圖像處理方法是一種新型的圖像處理算法，由鄭智捷博士上個世紀90年代初提出。這種算法使用基元形狀(meta-shape)技術，而這種技術的特征正好具備幾何與拓撲的雙重特性，使得大量不同的基于形態的灰度圖像處理濾波器可用這種方法實現。該種算法在空域進行圖像處理，無需進行大量復雜的算術運算，算法簡單、快速、高效，易于硬件實現。通過十多年來的實驗與實踐證明，在微光圖像，紅外圖像，X光圖像處理領域，”共軛變換”圖像處理方法確實有其獨特的優異性能。本篇論文就針對”共軛變換”圖像處理方法在微光圖像處理領域的應用，就如何在FPGA上實現”共軛變換”圖像處理方法展開研究。首先在Matlab環境下，對常用的圖像增強算法和”共軛變換”圖像處理方法進行了比較，并且在設計制作“FPGA視頻處理開發平臺”的基礎上，用VHDL實現了”共軛變換”圖像處理方法的基本內核并進行了算法的硬件實現與效果驗證。此外，本文還詳細地討論了視頻流的采集及其編碼解碼問題以及I2C總線的FPGA實現。
上傳時間： 2013-04-24
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
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隨著世界能源危機的到來，太陽能光伏發電在能源結構中正在發揮著越來越大的作用。而太陽能光伏發電系統的核心部件并網逆變器的性能還需要進一步提高。為了迎合市場上對高品質、高性能、智能化并網逆變器的需求，我們將ARM+DSP架構作為并網逆變器的控制系統。本系統集成了ARM和DSP的各自的強大功能，使并網逆變器的性能和智能化水平得到了顯著提高。本論文是基于山東大學魯能實習基地“光伏并網逆變器項目”，目前已經試制出樣機。本人主要負責并網逆變器控制系統的軟硬件設計工作。本文主要研究內容有： 1.本并網逆變器采用了內高頻環逆變技術。文中詳細分析了這種逆變器的優缺點，進行了充分的系統分析和論證。 2.采用MATLAB/Simulink軟件對并網逆變器的控制算法進行仿真，包括前級DC-DC變換的控制算法以及后級DC-AC逆變的控制算法。通過仿真驗證了所設計算法的可行性，對DSP程序開發提供了很好的指導意義。 3.本文將ARM+DSP架構作為逆變器的控制系統，并設計了相應的硬件控制系統。DSP控制板硬件系統包括AD數據采集、硬件電流保護、電源、eCAN總線，SPI總線等硬件電路。ARM板硬件系統包括SPI總線、RS232總線、RS480總線、以太網總線、LCD顯示、實時時鐘、鍵盤等硬件電路。 4.本文設計和實現了兩種最大功率點跟蹤控制算法：功率擾動觀察法或增量電導法；孤島檢測方法采用被動式和主動式兩種檢測方式，被動式所采用的方法是將過/欠電壓和電壓相位突變檢測相結合的方式，主動式采用正反饋頻率偏移法；為了實現并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，使用了軟件鎖相環控制技術。本文分別給出了以上各種算法的控制程序流程圖。 5.本文也給出了AD數據采集、eCAN總線、RS232、RS485、以太網、PWM輸出等程序流程圖，以及DSP和ARM之間的SPI總線通信程序流程圖。并且分別給出了ARM管理機控制系統主程序流程圖和DSP控制機控制系統主程序流程圖。 6.最后對并網逆變器樣機進行實驗結果分析。結果顯示：該樣機基本上實現了本文提出的設計方案所應完成的各項功能，樣機的性能比較理想。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著科學技術的進步，電腦互聯網的普及，傳統糧倉人工監控的方式正在被更加方便和高精確度的檢測控制系統所替代。在單機局部檢測控制的基礎上，利用互聯網技術將整個糧倉測控系統集成在一起，通過網頁訪問方式，糧倉管理人員能夠更快更好地了解糧倉具體環境指標，各項溫濕度，氣體含量并通過控制電機等方式對環境各參數進行控制。 本文提出并設計了一套以ARM嵌入式開發板為核心的現代糧情測控系統。嵌入式糧情測控系統在傳感器采集到信號，進行處理后，將數據顯示在網頁和嵌入式開發板液晶屏上，通過TCP/IP協議，使用IE瀏覽器就可以在線查看實時數據，并且可以保存和打印數據，另外還可以通過網頁控制電機等設備工作。該系統硬件平臺使用ARM9微處理器S3C2410，以核心板和底板的方式組成，可以采集多路模擬和數字信號；支持標準RS232接口和USB通信接口；采用液晶顯示屏和觸摸屏的人機交互接口，為操作人員提供了良好的監控界面；軟件系統使用嵌入式Linux操作系統，通過交叉編譯模式，使用C語言編寫移植傳感器驅動和電機控制程序，使用Boa嵌入式WEB服務器和SQLite數據庫搭建遠程監控系統，使用MiniGUI圖形軟件系統編寫了終端界面程序，完成了人機交互界面的設計。 本文第一章綜合介紹了課題研究背景及嵌入式糧情測控系統的設計方案。第二章概述了嵌入式糧情測控系統的設計，包括嵌入式系統的特點及其軟硬件組成部分，以及系統設計中選用的各種傳感器及電機驅動器等。第三章詳細闡述了嵌入式糧情測控系統的實現，包括嵌入式系統軟件開發流程，傳感器和電機的驅動及控制程序，以及嵌入式WEB遠程監控系統的設計實現。第四章介紹了MiniGUI軟件界面的設計以及應用程序的設計。 論文最后對本課題的完成情況做了總結和評價，并且為本課題的發展提出了建議。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：龍飛艇
嵌入式系統是當前最為熱門的研究領域之一，也是“后PC時代”最有發展前景的方向之一。目前，它已經被廣泛地應用于信息家電、手持通信設備、儀器儀表、汽車、航空航天、工業控制以及數據采集等應用領域，為人們的工作和生活帶來了極大的便利。其中，GPRS DTU是嵌入式系統在工業控制和數據采集領域的重要應用，它可以實現將串口數據通過GPRS網絡進行數據傳輸，提供了無線備份鏈路，增強了數據傳輸的可靠性。伴隨著對智能化的需求日益增長，提出了智能化GPRS DTU的概念。除了原有的基本功能，還需要增加智能化功能模塊，比如支持自動心跳、保持永久在線，支持遠程登錄，遠程Web管理，遠程自動更新等。這樣就極大地節省了后期維護費用，降低了成本。因此，對智能化GPRS DTU的研究具有廣泛的意義和良好的商業前景。 本文主要是設計并實現智能化GPRS DTU的應用平臺，對關鍵技術進行了深入研究。首先從理論的層次介紹了嵌入式系統的基本概念和設計流程，在理論研究和項目實踐的基礎上，總結了抓住本質、分層整合、協同分工、情景分析等學習方法；介紹GPRS DTU硬件平臺的組成，以ATMEL公司的AT91RM9200為核心控制單元，以Telit的GM862作為GPRS功能模塊，以實現工業級指標要求；總結出Linux下ELF文件轉換為binary文件的方法，然后重點解決了U-boot應用于AT91RM9200重映射機制的修正，設計出面向智能化GPRS DTU的嵌入式混合文件系統（Cramfs+JFFS2+Initramfs），針對該文件系統對Linux-2．6．20進行了移植和裁剪；最后以串口/Ethernet數據網關的設計來說明應用開發的基本模型。 本系統研發的關鍵技術均已獲得相應的成果，對智能化GPRS DTU的發展給予了有力的技術支持。
上傳時間： 2013-04-24
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聚乙烯（PE）管道系統在各個行業的應用越來越廣泛，特別是PE管道在燃氣輸送和給水排水方面的快速發展，使得PE管道正在逐步的替代金屬管道系統。PE管道的連接技術是PE管道系統應用中的關鍵技術之一，連接的質量對PE管道系統整體壽命有重大影響。熱熔對接焊是一種經濟、快速有效的連接方法，具有密封、均勻、牢固的優點，同時又有焊接過程復雜，工藝參數多的特點，對焊接機的自動化程度要求較高。然而，目前國內工程上還沒有全自動化的熱熔焊接機，焊接過程需要人工干預，管道焊接質量難以保證。因此，研究設計焊接過程全自動化的熱熔對接焊機對提高焊接質量，保證PE管道系統的使用壽命有重要意義。 本文通過分析和研究熱熔對接焊的焊接流程和工藝參數，提出了一種結合嵌入式技術，使焊接過程全自動化的熱熔焊接機控制系統的實現方案。本文所設計的控制系統實現了熱熔對接焊的焊接時序自動控制，操作糾錯及錯誤信息管理，焊接數據的管理及追溯。課題研究的主要內容有： （1）通過分析全自動熱熔對接焊機的整體需求，構建基于ARM7處理器和μC/OS-Ⅱ的嵌入式系統平臺，包括設計硬件系統和移植操作系統； （2）實現熱熔對接焊過程的全自動化，包括自動控制銑削管道端面；測量拖動壓力以及自動補償拖動力；自動控制熱板插入后的所有焊接階段即：加壓、成邊、降低壓力、吸熱、抽板、加壓、保壓、冷卻的自動控制。焊接過程中各個階段以曲線方式動態的顯示給用戶，焊接完成后焊接數據自動存儲； （3）實現系統必須的功能模塊，主要包括LCD圖形用戶界面、數據管理模塊、USB移動存儲器讀寫模塊。硬件主要實現電源、復位和時鐘電路；USB、SPI總線和UART接口電路；A/D和D/A轉換接口電路；LCD接口和JTAG接口電路等。軟件方面主要包括LCD控制芯片驅動程序、基本圖形處理程序、圖形用戶界面、數據管理系統、USB控制芯片驅動程序、USB大規模存儲器協議實現、FAT16/FAT32文件系統操作程序以及自動控制程序等。
上傳時間： 2013-04-24
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臭氧（O3）作為一種無污染的強氧化劑，已在醫學、衛生、食品、飼養業、養殖業、化工生產、大氣凈化、污水處理和飲用水殺菌消毒等行業廣泛應用，取得了顯著效果，其應用規模也越來越大。在使用中，如果臭氧濃度過高會加大設備造價同時對人體有危害，臭氧濃度太小又難以收到滿意效果。因此在很多場合必須嚴格控制臭氧的濃度，以便達到既能殺菌消毒，又不危害人體健康的目的。目前，臭氧檢測的方法分為兩類，一類是采樣后實驗室分析，首先進行環境空氣的樣品采集，然后拿到實驗室利用化學方法進行分析；一類是自動監測儀器法，利用臭氧自動監測儀進行環境空氣中臭氧濃度的測定。然而在對臭氧消毒后空氣中臭氧濃度檢測的過程中，以上兩種方法具有檢測周期長、操作步驟復雜、設備體積大、不便于攜帶等缺點。因此設計一種檢測方法簡單、體積小、重量輕、低功耗、智能化程度高的便攜式臭氧濃度檢測儀具有一定的現實意義。 在硬件設計上，首先，為了完成臭氧濃度信號的提取，對臭氧傳感器進行了精心的選擇；其次，為了保證傳感器穩定可靠的工作，重點設計了恒電位儀電路，同時為了滿足后續A/D檢測精度的要求，對檢測到的電壓信號進行了調理；最后，為了實現系統的基本功能，以ARM微處理器LPC2210為核心搭建了系統的硬件平臺。 在軟件設計上，為了提高系統的智能化程度，引入了μC/OS-Ⅱ操作系統。同時為了減少系統功耗盡量縮短CPU的運行時間。當儀器無人操作一段時間后，系統會自動關閉一部分外圍器件并且使微處理器處于掉電狀態以減少功耗。 在操作的可靠性方面，設計了一鍵開機功能；同時為了延長電池的使用壽命，設計了電源智能管理模塊。
上傳時間： 2013-05-21
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隨著現代計算機技術和互聯網技術的飛速發展，嵌入式系統成為當前最熱門的焦點之一；ARM以其高性能低功耗等特性成為目前應用最廣泛的32位嵌入式處理器。近年來得到快速發展的機電一體化設備的人民幣紙幣清分機系統，是嵌入式系統的典型應用；它的主要工作流程是：人民幣圖像通過圖像傳感器采集得到的模擬信號，經過放大、A/D轉換和FPGA協調之后得到數字圖像，經緩存后進入到主CPU--S3C2410，通過圖像識別，實現面向、面值、新舊分級、破損程度等特征的識別，最后送出結果到控制CPU對識別結果進行相應的顯示和機械動作。論文主要涉及以下這些內容： 1):基于ARM的嵌入式系統和清分機系統介紹。 2):人民幣清分機的硬件系統基本構架，清分機的各關鍵硬件的選型及主要原理；著重介紹清分機的處理核心--S3C2410。 3):圖像處理基礎。介紹了清分機系統中各類圖像的特點，圖像分析中的常用工具--灰度直方圖，從而為識別算法做好準備。 4):介紹了人民幣的特征識別算法原理及實現基本流程，通過MATLAB對算法進行仿真研究。 5):嵌入式linux設備驅動的開發。針對清分機設備種類繁多而又是多任務的特點，本文提出使用可裁剪而又穩定的linux操作系統來管理整個清分機系統；而實現操作系統對清分機的管理首先就要實現設備與操作系統的連接--設備驅動。
上傳時間： 2013-06-01
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比例-積分-微分（PID）是過程控制中最常用的一種控制算法。算法簡單而且容易理解，應用十分廣泛。但由于應用領域的不同，功能上差別很大，系統的控制要求及關心的控制對象也不相同。數字PID控制比連續PID控制更為優越，因為計算機程序的靈活性，很容易克服連續PID控制中存在的問題，經修正而得到更完善的數字PID算法。本文以三相全控整流橋阻性負載為實際電路，控制主電路電壓，旨在提出一種智能數字PID控制系統的設計思路，并給出了詳細的硬件設計及初步軟件設計思路。 PID控制系統采用高性能、低功耗的ARM微處理器S3C44BO作為核心處理單元，內部的10位ADC作為信號采集模塊，采用了矩陣鍵盤和640*480的液晶作為人機接口；串口作為通信模塊實現了上位機的監控。采用芯片內部自帶的PWM模塊，輸出16M Hz PWM信號并經過一階低通濾波器得到0～5V的控制信號用于觸發主電路控制器，實現PID整定。 軟件方面，分析和研究了uC/OSⅡ的內核源碼，實現了其在32位微處理器上的移植，作為管理各個子程序執行的系統軟件。選用了圖形處理軟件uC/GUI用于完成LCD顯示及控制。PID算法采用了增量式數字PID算法，采用規一化算法進行參數選取。上位機部分采用了C＃語言進行編寫。另外，采用了RTC（Real Time Clock）作為系統時鐘，可以實現系統的定時運行、定時模式切換等。在上位機上也可以方便的控制程序的執行，實現遠程監控。 在論文的最后詳細的介紹了智能PID控制系統在三相全控橋主電路中的具體應用。總結了調試中遇到的問題，對今后工作中需要進一步改善和探索的地方進行了展望。
上傳時間： 2013-08-01
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