果園收獲作業(yè)機械化、自動化是廣大果農(nóng)們關注的熱點問題，開展果樹采摘機器人研究，不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效率有著一定的現(xiàn)實意義，而且對于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術、促進我國農(nóng)業(yè)科技進步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構成的一類特殊的移動機器人系統(tǒng)。本文在國家“863”高技術項目“果樹采摘機器人關鍵技術研究”支持下，以自行設計的機器人機械結構為研究對象，對果樹采摘機器人的控制系統(tǒng)進行了分析、研究和設計，設計了視覺伺服控制器，并對采摘機器人避障技術進行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹采摘機器人機械結構，介紹了機器人運動學理論，根據(jù)自行設計的5自由度機械臂機械特性，采用幾何結構算法，建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學方程。 其次，基于開放、先進和可靠的考慮，采用開放式結構設計機器人的控制系統(tǒng)。在開放式控制系統(tǒng)設計中，主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進行了選型設計。在分析果樹采摘機器人工作環(huán)境和工作特性的基礎上，設計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹采摘機器人機械結構和控制系統(tǒng)結構組成，設計了PID控制器，應用于機器人視覺伺服控制，實現(xiàn)果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關節(jié)式機器人避障方法的基礎上，對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討，提出了采用C—空間法實現(xiàn)采摘機器人實時避障。 最后，建立了傳感器實驗平臺，通過實驗驗證了所設計傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數(shù)控轉臺和實地拍攝的蘋果圖像，對所提出的控制方法通過轉臺控制實驗進行了驗證。
上傳時間： 2013-08-05
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信號與信息處理是信息科學中近幾年來發(fā)展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(tǒng)(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數(shù)字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統(tǒng)可再編程及在系統(tǒng)調(diào)試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發(fā)成本進一步降低、開發(fā)時間也大大縮短等優(yōu)點。然而,FPGA器件是基于SRAM結構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數(shù)據(jù)都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統(tǒng)設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發(fā)設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發(fā)板的設計與實現(xiàn)。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數(shù)據(jù)配置電纜USB-Blaster,對其內(nèi)部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發(fā)實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調(diào)試,完成測試與驗證,實現(xiàn)了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發(fā)板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發(fā)環(huán)境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現(xiàn)有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產(chǎn)權嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發(fā)設計的難度。 與傳統(tǒng)的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發(fā)板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調(diào)試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優(yōu)勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發(fā)板與其同類產(chǎn)品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
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波前處理機是自適應光學系統(tǒng)中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統(tǒng)得發(fā)展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數(shù)據(jù)處理能力以保證系統(tǒng)的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數(shù)據(jù)進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續(xù)的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內(nèi)外圖像處理技術的應用和發(fā)展狀況，接著介紹了傳統(tǒng)的專用和通用圖像處理系統(tǒng)的結構、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統(tǒng)的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)基于PC機模式的圖像處理系統(tǒng)，發(fā)揮了DSP和FPGA兩者的優(yōu)勢，能更好地提高圖像處理系統(tǒng)實時性能，同時也最大可能地降低成本。 論文根據(jù)圖像處理系統(tǒng)的設計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統(tǒng)架構、邏輯結構、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統(tǒng)硬件設計，并分析了包括各種參數(shù)指標選擇、連接方式在內(nèi)的具體設計方法以及應該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設計中易出現(xiàn)的問題，詳細分析了高速PCB設計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設計方案和SDRAM控制器的設計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統(tǒng)中可編程器件內(nèi)部模塊化SDRAM控制器的設計及仿真結果。 論文最后描述了硬件系統(tǒng)的測試及調(diào)試流程，并給出了部分的調(diào)試結果。 該系統(tǒng)主要優(yōu)點有：實時性、高速性。硬件設計的執(zhí)行速度，在高速DSP和FPGA中實現(xiàn)信號處理算法程序，保證了系統(tǒng)實時性的實現(xiàn)；性價比高。自行研究設計的電路及硬件系統(tǒng)比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。
上傳時間： 2013-05-30
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本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構設計；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調(diào)器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構建方法；詳細說明了如何運用EDA技術自頂向下的設計方法，來實現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統(tǒng)的測試流程和測試結果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設計完成的狀態(tài)機控制器分別實現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設計，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當設計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設計，大大提高了設計的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。
上傳時間： 2013-06-25
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隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們越來越需要便捷的交通工具，從而促進了汽車工業(yè)的發(fā)展，同時汽車發(fā)動機檢測維修等相關行業(yè)也發(fā)展起來。在汽車發(fā)動機檢測維修中，發(fā)動機電腦(Electronic Control．Unit-ECU)檢測維修是其中最關鍵的部分。發(fā)動機電腦根據(jù)發(fā)動機的曲軸或凸輪軸傳感器信號控制發(fā)動機的噴油、點火和排氣。所以，維修發(fā)動機電腦時，必須對其施加正確的信號。目前，許多發(fā)動機的曲軸和凸輪軸傳感器信號已不再是正弦波和方波等傳統(tǒng)信號，而是多種復雜波形信號。為了能夠提供這種信號，本文研究并設計了一種能夠產(chǎn)生復雜波形的低成本任意波形發(fā)生器(Arbitrary Waveform Generator-AWG)。 本文提出的任意波形發(fā)生器依據(jù)直接數(shù)字頻率合成(Direct Digial FrequencySynthesis-DDFS)原理，采用自行設計現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的方案實現(xiàn)頻率合成，擴展數(shù)據(jù)存儲器存儲波形的量化幅值(波形數(shù)據(jù))，在微控制單元(MCU)的控制與協(xié)調(diào)下輸出頻率和相位均可調(diào)的信號。 任意波形發(fā)生器主要由用戶控制界面、DDFS模塊、放大及濾波、微控制器系統(tǒng)和電源模塊五部分組成。在設計中采用FPGA芯片EPF10K10QC208-4實現(xiàn)DDFS的硬件算法。波形調(diào)整及濾波由兩級放大電路來完成：第一級對D/A輸出信號進行調(diào)整；第二級完成信號濾波及信號幅值和偏移量的調(diào)節(jié)。電源模塊利用三端集成穩(wěn)壓器進行電壓值變換，利用極性轉換芯片ICL7660實現(xiàn)正負極性轉換。 該任意波形發(fā)生器與通用模擬信號源相比具有：輸出頻率誤差小，分辨率高，可產(chǎn)生任意波形，成本低，體積小，使用方便，工作穩(wěn)定等優(yōu)點，十分適合汽車維修行業(yè)使用，具有較好的市場前景。
標簽： FPGA 任意波形發(fā)生器
上傳時間： 2013-05-28
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數(shù)字濾波作為數(shù)字信號處理技術的重要組成部分，廣泛應用于諸如信號分離、恢復、整形等多種場合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴格的線性相位特性而得到廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實現(xiàn)方法則難以同時達到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據(jù)需要而自行構造邏輯功能的數(shù)字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現(xiàn)電子系統(tǒng)的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據(jù)，研究適應工程實際的數(shù)字濾波器的設計方法： (2)對分布式算法進行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎上，分析了利用FPGA特有的查找表結構完成這一運算的方法，從而解決了常系數(shù)乘法運算硬件實現(xiàn)的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數(shù)字濾波器的具體實現(xiàn)方法，采用層次化、模塊化、參數(shù)化的設計思想，完成對整個FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個功能模塊的具體設計； (4)設計參數(shù)可調(diào)的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉換電路、D/A轉換電路以及在系統(tǒng)配置電路等。以話音作為輸入信號，進行了實際濾波效果的測試。 實驗系統(tǒng)的測試結果表明，和傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器相比較具有更好的實時性、準確性、靈活性和實用性。
標簽： FPGA 沖激響應 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-07-13
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ARM嵌入式技術在工業(yè)和生活中正得到越來越廣泛的應用，為了適應技術的發(fā)展和社會的需求，滿足為社會培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要，高校通信類和電子類專業(yè)開設ARM嵌入式技術相關課程及其實驗課程將成為趨勢。在課程中設置合理實驗，可以有效提高學生的動手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新性思維，幫助學生更快、更好地掌握理論和應用技術。 論文設計的ARM嵌入式教學實驗系統(tǒng)包括一塊適合普通高校嵌入式技術實驗課程教學的實驗開發(fā)板及其配套的實驗。該實驗系統(tǒng)針對一般高校所開設的ARM嵌入式技術相關課程的要求而設計，配套實驗符合教學大綱及實驗課時的要求。 論文設計的實驗開發(fā)板主要組成模塊有：最小系統(tǒng)，包括控制器模塊、電源模塊、復位模塊、Flash ROM模塊、SDRAM模塊、JTAG接口等；擴展接口，包括LED、鍵盤、RS232串口、I2C接口、液晶模塊、以太網(wǎng)模塊等。實驗開發(fā)板采用S3C4510B網(wǎng)絡控制芯片用作控制和信號處理，使用網(wǎng)絡接口芯片DM9161和隔離變壓器H1102完成網(wǎng)絡接入，使用AM29LV160和HY57V641620HG構建16位存儲單元，使用AT24C01和PCF8583來構建I2C接口，使用MAX232完成TTL電平轉換以擴展RS232串口，并擴展鍵盤和LCD實現(xiàn)人機交互。實驗開發(fā)板的硬件設計充分考慮了一般高校實驗室的條件和需求，能夠較好地將成本控制在150元左右，有利于在有限的條件下為每個學生盡可能的創(chuàng)造動手制作PCB的實驗條件。實驗板的接口設計能夠讓學生較為方便地開展實驗，并考慮了實驗板擴展和二次開發(fā)的需要。 論文設計的實驗系統(tǒng)配套實驗主要有基礎實驗、擴展實驗和設計實驗。基礎實驗主要幫助學生熟悉嵌入式系統(tǒng)的片內(nèi)資源和特殊功能寄存器的配置方法，對整個嵌入式系統(tǒng)的架構有一定的理解，能編程完成一些簡單的控制功能；擴展實驗主要幫助學生建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和設計的基本理念，能夠設計和實現(xiàn)常見的外設驅動程序，能夠進行操作系統(tǒng)的配置和移植，能夠自行對實驗板進行一定程度的擴展；設計實驗能夠幫助學生提高嵌入式系統(tǒng)的設計開發(fā)能力，使學生能根據(jù)需要設計出實現(xiàn)一定功能的擴展模塊，從而使實驗板擴展成實現(xiàn)具體功能的工業(yè)產(chǎn)品。基礎實驗包括ADS集成環(huán)境實驗、鍵盤實驗（GPIO輸入）、LED實驗（GPIO輸出）、定時器實驗、外部中斷實驗、UART串口通信實驗、I2C接口實驗、液晶顯示實驗；擴展實驗包括建立交叉編譯環(huán)境實驗、操作系統(tǒng)編譯實驗、操作系統(tǒng)移植實驗、以太網(wǎng)通信實驗、TFTP實驗、WEB訪問實驗；設計實驗包括TCP/IP協(xié)議棧實驗、Web服務器實驗。學生通過完成基礎實驗、擴展實驗和設計實驗來達到教學大綱的要求，并可以在此基礎上進行更深入的創(chuàng)新性開發(fā)實驗，可以滿足一般高校嵌入式技術實驗課程教學的需要。 論文介紹了嵌入式交叉編譯環(huán)境的建立以及實驗開發(fā)板設計完成后進行的調(diào)試。實驗開發(fā)板移植的嵌入式操作系統(tǒng)為uClinux，采用的Bootloader為U-boot。論文還簡單介紹了實驗系統(tǒng)的擴展方案和二次開發(fā)方案，并對嵌入式新技術的發(fā)展做了粗淺的探討。 論文所做的工作以科學發(fā)展觀為指導，是對普通高校ARM嵌入式技術實驗課程設計的一次有益探索。
標簽： ARM 嵌入式 教學實驗系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人機接口在工業(yè)生產(chǎn)以及社會生活中發(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(fā)展過程與現(xiàn)狀、人機接口系統(tǒng)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(shù)據(jù)發(fā)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(tǒng)，使用Qt程序在LCD上顯示實時曲線。而后人機接口將數(shù)據(jù)存儲在閃盤中，同時使用一系列算法程序對數(shù)據(jù)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(jīng)過大量的實驗，該系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)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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在現(xiàn)代工業(yè)測控領域，人們對數(shù)據(jù)采集的要求越來越高；不僅要求高速、高精度還要求采集設備便攜化、網(wǎng)絡化和智能化，此外還需要友好的人機界面。傳統(tǒng)的8/16位單片機因資源極度受限，難以滿足上述要求；而PCI或ISA數(shù)據(jù)采集卡，則存在著安裝麻煩、價格昂貴且電磁兼容性差等缺點。32位嵌入式微處理器的出現(xiàn)很好地解決了上述矛盾，本文的研究正是基于ARM的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計。 本文以齒輪箱或機械轉軸的振動信號為采集對象設計了基于ARM處理器和嵌入式Linux的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件平臺以S3C2410主控板和自行研制的振動信號調(diào)理板為核心，在此基礎上擴展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及單總線通信接口，適應多種條件下的數(shù)據(jù)傳輸。同時系統(tǒng)提供了LCD顯示和觸摸屏輸入模塊，具備良好的人機交互功能。軟件方面，搭建Linux交叉開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)了基于Linux操作系統(tǒng)的Bootloader的移植。最后，根據(jù)課題需要，完成了A/D采樣和單總線驅動程序的設計。 本嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存儲容量大，硬件接口豐富，軟件資源配置靈活，設計方案具有很好的通用性和可擴展性。
標簽： ARM 處理器 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-05-28
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本文針對目前國內(nèi)基于PROFIBUS-DP的產(chǎn)品價格昂貴，安裝和維護成本高等缺點，以山西某大型煤礦的空壓機監(jiān)控系統(tǒng)自動化改造工程為例，在重點研究了PROFIBUS-DP協(xié)議的基礎上自行提出了一套PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，并詳細設計了該系統(tǒng)中的PROFIBUS-DP主站部分。 本文首先提出了一套基于PROFIBUS-DP技術的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)并在其基礎上完成了PROFIBUS-DP主站的總體設計。其次本文選用ARM+PROFIBUS主站協(xié)議芯片的開發(fā)方式，重點論述了主站的硬件設計。再次本文根據(jù)PROFIBUS-DP協(xié)議的結構設計PROFIBUS-DP主站軟件模塊，確定各模塊間關系并詳細設計了主站與主站用戶之間的共享數(shù)據(jù)結構。接著本文討論了PROFIBUS-DP主站軟件在μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)上可靠運行需注意的幾個技術細節(jié)。最后本文給出了基于ARM的PROFIBUS-DP主站的調(diào)試方案。 研究結果表明基于ARM的PROFIBUS-DP主站能夠在不降低系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎上有效降低成本。使基于PROFIBUS-DP的現(xiàn)場總線系統(tǒng)得到大面積推廣成為可能。
標簽： PROFIBUSDP ARM 主站
上傳時間： 2013-06-27
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