激光測距技術被廣泛應用于現代工業測量、航空與大地的測量、國防及通信等諸多領域。本文從已獲得廣泛應用的脈沖激光測距技術入手，重點分析了近年提出的自觸發脈沖激光測距技術(STPLR)特別是其中的雙自觸發脈沖激光測距技術(BSTPLR)，通過分析發現其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時間(周期)的高精度高速計數器，而目前一般的方式是采用昂貴的進口高速計數器或專用集成電路(ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發、系統的改造升級和自主知識產權保護等諸多方面受到制約，同時在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現場可編程門陣列(FPGA)來實現脈沖激光測距中的高精度高速計數及其他相關功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對雙自觸發脈沖激光測距的主要技術要求和技術指標進行分析，對其中的信號處理單元采用了FPGA+單片機的設計形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測量模塊，在整個測距系統中是信號處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內部時鐘頻率，設計了專用于BSTPLR的高速高精度計數芯片，負責對測距信號產生電路中的時刻鑒別電路輸出信號進行計數。數據處理模塊則主要由單片機(AT89C51)來實現。系統可以通過鍵盤預置門控信號的寬度以均衡測量的精度和速度，測量結果采用7位LED數碼管顯示。本設計在近距離(大尺寸)范圍內實驗測試時基本滿足設計要求。
上傳時間： 2013-06-02
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基于電子鼻技術和嵌入式技術的智能乙醇電子鼻系統是針對乙醇氣體濃度檢測的集成系統，可以在規定的溫度、濕度和氣壓條件下，分析測量出氣體中乙醇含量，具有廣闊的應用前景。本文中智能乙醇電子鼻系統的研制涉及到測量人體肺深部氣體中的乙醇含量，即呼出氣體中的乙醇含量BrA.(breat.alcoho.concentration)，然后根據比例關系得出人體血液中的乙醇含量BAC(bloo.alcoho.concentration)，本文的研究內容如下： 第一章提出了課題來源及研究意義；在此基礎上分析電子鼻技術和嵌入式技術的國內外研究現狀，涉及到乙醇電子鼻、氣敏傳感器，以及嵌入式操作系統等技術；然后根據這些技術特點，確定了本文的研究內容和實施路線；最后，給出了論文的框架結構。 第二章分析系統需求，結合嵌入式技術理論，確定系統硬件方案和軟件方案；在硬件方案中涉及到信息的處理、存儲、通信等，在軟件方案中涉及到嵌入式操作系統、文件系統、GUI系統的選擇；對于乙醇電子鼻傳感器方案，詳細論述了乙醇燃料電池的工作過程及原理；最后，制定了智能乙醇電子鼻系統的總體技術及實施方案。 第三章著重闡述了系統的硬件設計過程，采用模塊化思想，分階段、分步驟地設計了硬件電路：分別從中央處理單元、信息采集及預處理、數據顯示及報警、數據通信、數據存儲、人機交互這六個方面，詳細描述了硬件電路的工作過程和原理；至此，搭建出了硬件平臺。 第四章主要描述了系統的軟件設計過程，按照軟件開發的流程，從系統引導代碼BootLoader的編寫，到嵌入式操作系統μClinux的移植，再到文件系統JFFS2的移植，最后到MiniGUI圖形庫的移植，都一一詳細論述了實現過程；至此，搭建出了系統的軟件平臺。 第五章基于搭建的軟件平臺，闡述了系統相關驅動程序的開發過程、操作界面和應用程序的設計過程，給出了系統的界面圖與操作流程圖，明確體現了系統的功能模塊；至此，完成了智能乙醇電子鼻系統的驅動及應用程序開發。 第六章和第七章，針對智能乙醇電子鼻系統的測試分析，搭建了系統測試平臺，指定了符合本系統的測試指標及標準；對測試結果進行詳細分析和對比，得出了系統性能的評價。根據這些評價，提出了系統的不足和今后要進一步研究和完善的方面。關鍵詞：乙醇電子鼻；嵌入式系統；燃料電池；ARM；μCLinux操作系統
上傳時間： 2013-07-24
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隨著當今生產力的發展和技術的進步，生產設備的自動化程度越來越高，傳統的監控手段已不能滿足生產自動化、智能化和網絡化的需求。智能巡檢終端作為生產安全的重要輔助設備，能在復雜環境下實現對多設備多信號量的實時采集和處理，可以作為解決生產設備安全運行的主要手段之一。近來年嵌入式技術以其強大的處理能力、高度的可靠性在微控制領域的應用越來越廣泛。無線通信技術，特別是GPRS無線網絡技術的快速發展。使互聯網等寬帶數據網絡與無線通信網絡實現互聯，能夠大大提高無線監控效率。在分析研究了當前國內、外設備巡檢系統研究現狀，并結合嵌入式技術和GPRS無線網絡通訊技術的基礎上，根據實際項目企業的具體生產要求，論文提出了一種基于GPRS無線通信技術與嵌入式技術的無線智能設備巡檢系統。 本系統采用三星公司的ARM920TS3C2410芯片作為系統處理器，處理器從外部傳感器采集到的相關數據，如：溫度、濕度、壓力等，通過SIM—300GRPS無線通訊模塊的AT命令將數據通過無線網絡傳送到移動運營商GPRS網絡中，然后將數據傳送到生產監控中心(指定IP地址或域名)監控中心，監控中心可以通過專門軟件對從各監控點傳遞的數據作出分析處理，并通過GPRS網絡將相關控制命令反饋給各個監控點。 本課題主要工作集中在兩個方面：一方面是GPRS無線收發設備硬件實現，在這一部分涉及到模塊硬件功能設計、無線模塊、嵌入式處理器的選型；另一方面是軟件設計，給出了系統軟件開發流程，完成了各模塊的開發工作。研究和試驗表明，該系統具有價格低廉、穩定可靠的特點，能滿足遠程無線數據傳輸的實際需求。
上傳時間： 2013-06-01
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生物發酵作為現代生物技術工業的重要組成部分，已被廣泛用于食品、制藥等各個領域，并顯示出良好的發展前景和巨大的市場潛力。但由于生物發酵過程是一種復雜的生化反應過程，控制變量眾多且相互關聯度較大，采用傳統控制方法難以實現有效控制。 因此，本文根據生物發酵的流程特點和當今國內市場的切實需要，在總結國內外相關研究的基礎上，針對非線性、時變、大滯后的發酵過程，將智能控制技術融入到了生物發酵控制系統中，主要對發酵過程中的溫度、PH值的控制算法進行研究，分別設計了仿人智能模糊PID控制和仿人智能模糊控制，模擬仿真和實驗分析表明，控制效果優于傳統算法。 基于32位ARM架構的嵌入式微處理器以其高性能、低功耗、低成本的優勢，得到了很好的推廣，同時國內微電子與嵌入式技術得到了迅速發展。鑒于此背景，本系統現場控制的下位機的硬件平臺采用基于S3C2410的處理器，軟件設計中采用了嵌入式Linux系統。同時采用了集散控制技術，實現一臺上位機可以同時與多臺下位機的數據通訊和遠程監控，且下位機可以脫離上位計算機單獨對各種參數進行控制。 本文的工作重點主要包括：主要參數測量與控制、發酵過程系統的總體設計、嵌入式系統的設計。本發酵控制系統對發酵過程進行實時監測、優化操作，不僅能避免人工操作的不確定因素，提高自動化水平，而且能夠對發酵過程中主要參數進行有效控制，具有重要的現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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超聲波電機(Ultrasonic motors，簡稱USM)是一種全新原理的直接驅動電機，它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁電機相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作響應快、運行無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域比傳統的電磁電機性能優越得多。超聲波電機在工業控制系統、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動化設備、智能機器人等領域有廣闊的應用前景，近年來倍受科技界和工業界的重視，成為當前機電控制領域的一個研究熱點。 本文主要以行波型超聲波電機的驅動控制技術為研究對象，引入嵌入式系統理念，設計并制作了超聲波電機的驅動控制系統，并對超聲波電機的速度與定位控制做了深入的研究。本文主要研究內容及成果如下： 介紹了超聲波電機的工作原理、特點及其應用前景，總結了國內外超聲波電機驅動控制技術的發展歷史和研究現狀，以及今后我國超聲波電機驅動控制技術的發展方向，明確了本文的研究內容。 結合嵌入式系統特點及其開發方法，詳細介紹了超聲波電機嵌入式驅動控制系統的硬件和軟件設計過程，并總結了硬件、軟件的調試過程。最后，對所設計系統性能進行了實驗測試和數據分析。 采用DDS技術解決超聲波電機所需要的高頻驅動電源和數字控制的問題。本文設計的以ARM控制器為核心，頻率、相位、幅值均可調的雙通道信號發生器，具有頻率和相位差控制精度高的特點。 本文介紹了速度與位置的常用控制策略。設計并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系統。速度控制采用增量式PID調節，其控制策略簡單、易行，通過實驗選擇合適的參數能適應一般的控制精度要求。定位控制則采用模糊PID控制策略，該策略將模糊控制不需要精確的數學模型、收斂速度快的特點與PID簡單易行、能消除穩態誤差的優點相結合，改善了模糊控制器穩態性能，使電機定位控制精度達到0.0880。
上傳時間： 2013-07-16
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在工業過程中，許多對象具有滯后特性，由于純滯后的存在，使得系統的超調量變大，調節時間變長。因此滯后過程被公認為較難控制的對象，而且純滯后占整個動態過程的時間越長，難控的程度越大。所以大純滯后對象的控制一直是困擾自動控制和計算機應用領域的一大難題。而這類對象又廣泛存在于石油、化工、釀造、制藥、冶金等工業生產過程中。因此對該問題的研究具有重大的實際意義。 傳統的PID配合Smith預估補償器的控制方法，對模型誤差反映比較靈敏，當存在建模誤差或干擾時，控制效果并不能取得令人滿意的效果。近年來隨著模糊控制、神經網絡控制等智能控制研究的不斷深入，有些學者將它們與Smith預估控制、PID控制及預測控制等相結合，提出了針對不確定大滯后系統的新的控制方法。雖然有些控制方案效果不錯，但系統的復雜程度和調試難度也隨之增加。因此設計簡單、快速、可靠的控制器，仍是一個重大課題。 本文首先介紹了大滯后過程的控制特點，概述了常用的大滯后過程的控制方法及其優缺點。接著概要地介紹了嵌入式系統的優點、發展歷史、現狀及前景。并針對性地介紹了ARM控制器的概況以及它的應用領域。然后本文針對大滯后對象提出了自抗擾控制器與Smith預估補償器相結合的設計方案。通過仿真對比了本方案、PID配合Smith預估補償器及單一的自抗擾控制器的控制效果，表明自抗擾控制器與Smith預估補償器的結合有效地改善了大滯后對象的控制效果，增強了系統的魯棒性和抗干擾能力。為驗證該控制方案的實際控制效果，我們以PCT-II型過程控制實驗裝置中的具有大滯后特性的盤管內部的溫度為被控對象，以JX44BO開發板作為主要的控制平臺設計并完成大滯后控制實驗。所以接下來本文介紹了實現這個嵌入式溫度大滯后控制系統所涉及到的硬件平臺、系統框圖以及實驗內容。然后本文介紹了嵌入式控制平臺的控制界面以及各個主要功能的程序的實現，以及遠程客戶端程序在以太網通訊方面的程序實現和遠程客戶端程序的操作界面。最后本文給出了本次實驗的參數設置以及最終的實驗結果。實驗結果表明在實際應用中本文所提出的方案對于大滯后對象具有較好的控制效果。
上傳時間： 2013-06-11
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減搖鰭是船舶與海洋工程中的一種重要系統，目前已在多種船舶中廣泛應用。減搖鰭對于提高船舶耐波性，增加船舶使用壽命，改善設備與人員的工作條件，提高艦艇的戰斗力具有重要作用。減小船舶橫搖是目前船舶運動控制領域的重要課題之一。本文以船舶減搖鰭系統作為研究對象，重點講述了基于ARM處理器的減搖鰭控制器的設計與實現方案。 減搖鰭系統目前大多采用基于力矩對抗原理的PID控制器。控制器的性能對船舶自然橫搖周期和無因次橫搖衰減系數有著很大的依賴關系。由于船舶橫搖運動的復雜性、非線性、時變性和海況的不確定性，經典PID控制難以獲得滿意的控制效果。采用先進的控制策略是解決這一問題的有效方法。本論文將模糊控制與PID控制相結合，實現了無須精確的對象模型，只須將操作人員和專家長期實踐積累的經驗知識用控制規則模型化，然后用模糊推理在線辨識對象特征參數，便可對PID參數實現自整定。另外，浪級調節器做為減搖鰭控制器的一個重要組成部分，本論文也對其設計進行了研究，提出了一種基于海浪譜估計的浪級調節器的設計方法，彌補了傳統浪級調節器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多數的減搖鰭控制器使用單片機作為主處理器或者以工控機為基礎開發而來的，前者集成度不高，穩定性也不好，而后者成本較高。因此，本課題設計了一款新型的基于ARM處理器的減搖鰭控制器，解決了上述問題。該系統主要由硬件平臺和軟件平臺兩部分組成。硬件平臺主要包括基于飛利浦公司的LPC2214的控制器核心電路和輔助實現控制的驅動電路；軟件平臺主要是基于ARM的軟件，包括啟動代碼和應用程序。 研究結果表明：開發的嵌入式減搖鰭控制系統不僅具有集成度高、性價比高、性能優越、抗干擾能力強、穩定性好、實時性高等優點。同時更能夠適應減搖鰭控制系統智能化的發展趨勢，所以該減搖鰭控制器具有很好的使用價值及意義。
上傳時間： 2013-07-10
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交流電動機是一個多變量、高階、強耦合的非線性系統，不象直流電機那樣易于控制轉矩，采用矢量控制技術可解決傳統交流調速的難題，使交流電機可以按直流電機的控制規律來進行控制，而無傳感器矢量控制技術由于可以省去速度傳感器，使相應的交流調速系統變得簡便、廉價和可靠，所以成為當前研究的熱點，本論文工作就是這方面的一個嘗試。 論文首先介紹了矢量控制技術的基本理論。對感應電動機在三相靜止坐標系下強耦合和互感變參數的數學模型，通過坐標變換，導出感應電機在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型，然后將同步坐標系按轉子磁場定向，實現了對轉子磁鏈和轉矩的分別控制，從而可以按直流電機的控制規律來控制交流電機。 其次，論文基于同步軸系下的感應電動機電壓磁鏈方程式，提出了一種感應電動機按轉子磁場定向的矢量控制方法，利用在同步軸系中T軸電流的誤差信號實現對電機速度的估算，這種速度估算方法結構簡單，有一定的自適應能力。同時在該無傳感器矢量控制系統中，由于采用了經典的PI調節器，使得控制系統更為簡單易行。 論文利用MATLAB建立了該無傳感器矢量控制系統的仿真模型。為提高系統的適應性和仿真結果的準確性，仿真模型采用了標么值系統，并考慮了控制周期和采樣信號周期對仿真結果的影響。討論了離散控制引起的相位補償問題，使仿真結果更接近實際工程系統。 最后，通過仿真進一步驗證了本文提出的無傳感器矢量控制系統的正確性和可行性，也證明了速度估計模型對速度估計準確，且對參數的變化有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-02
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儀器儀表產品的總體發展趨勢是傳統的儀器儀表將仍然朝著高性能、高精度、高靈敏、高穩定、高可靠、高環保和長壽命的“六高一長”的方向發展；新型的儀器儀表與元器件將朝著微型化、集成化、電子化、數字化、多功能化、智能化、網絡化、計算機化的方向發展；其中占主導地位、起核心或關鍵的作用是微型化、智能化和網絡化。而我國儀器儀表在工業自動化儀表方面重點發展基本上是基于現場總線技術的主控系統裝置及智能化儀表和專用自動化儀表；閘門測控儀表一般的功能都是控制閘門開度、荷重，以及超限報警等基本功能。處理器核心也一般都是8/16位的單片機，8/16位單片機功能簡單難以滿足嵌入式設備的網絡、圖像傳輸等要求，而且對人際交互功能的支持也相對較弱。 本文正是針對現有閘門測控儀存在的功能單一、網絡功能差、接口標準不統一、不具備監控功能等問題，開發設計高性能新型智能儀表。以設計出一種智能型閘門測控儀表為研究出發點，在分析國內主流儀表廠家的儀表操作方式和儀表功能的基礎上，合理地進行軟硬件設計，為在同一硬件平臺下實現多種儀表的功能進行創新性和探索性研究。提出基于ARM的嵌入式閘門智能測控儀表的設計，構建基于ARM系統的硬件平臺和基于嵌入式Linux操作系統的軟件平臺。應用嵌入式系統技術設計開發全新的智能閘門測控儀主要功能包括：閘門開度和荷重自動檢測、實時性控制；過閘流量實時自動監測；閘門運行狀態診斷與故障報警；實時工況圖像處理；工業以太網現場總線接口與網絡傳輸等。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著煤礦高產高效技術的推廣和應用，井下長距離、大運量、大功率下運帶式輸送機的應用越來越普遍。其中，解決好傾角較大（大于6°）的下運帶式輸送機的運行制動和安全制動問題對保障全礦安全、高效生產具有重要意義。 本文在對國內外現有下運帶式輸送機制動系統的現狀分析基礎上，針對煤礦生產的特殊性，提出了基于ARM的嵌入式計算機控制液壓調速軟制動系統方案，所用元件可靠性和防爆性好，系統簡單，動態制動性能好；結合成熟的工業PID控制經驗和智能控制理論，并依據制動控制方案，設計了一種模糊自適應PID控制器用于控制電液比例調速閥的開口大小，其PID參數Kp、Ki和Kd可根據系統狀態進行在線調整，結構簡單、魯棒性強，在系統結構參數發生改變時也可獲得較好的控制效果；在基于S3C44BOX的最小ARM系統基礎上，設計了系統控制信號的輸入、輸出方式及其電路；分析了實時操作系統μC/OS-ⅡBootLoader的設計及其在S3C44BOX上的移植過程；制動系統應用軟件采用多任務機制，狀態檢測與控制任務并行運行，數據采集采用定時中斷的方式；系統可擴展性、可移植性好，控制算法容易實現多樣性且開發簡單、維護方便。 該液壓調速軟制動系統可用于大型下運帶式輸送機的正常工作制動、緊急停車和斷電防止飛車事故發生的安全制動，對輸送機的輔助啟動也起重要作用。制動力矩依據輸送機載荷大小和輸送機制動減速時速度的變化進行自動調整，制動曲線可調，輸送機減速時不產生較大沖擊、安全平穩，并按照規定的減速度大小減速停車。
上傳時間： 2013-07-09
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