隨著生活水平的提高,人們越來越關注自己的身體健康,血壓是反映人體生理狀況的最重要指標之一,正常的血壓是保證身體健康的重要條件。 另外血壓也是重癥病人監護的重要指標,準確、及時地監測血壓,對于了解病情、診斷疾病和保障危重病人安全都極為重要。因此,研制高性能的血壓監控系統具有重要的現實意義。 針對以上所述,本文提出了一種采用遠程血壓監控系統的解決方案,它融合計算機技術、測控技術和網絡通訊技術為一體,使電子血壓系統實現網絡化。本系統將采集到的血壓信息經處理后顯示到液晶屏上,同時將此信息以TCP/IP的方式發送到網絡上,這就是本設計的目的所在。 本論文在開始介紹了人體生理信號的特點及其測量條件之后,詳細研究分析了血壓測量原理以及舒張壓和收縮壓的判別。論文的重點放在系統硬件和軟件兩個方面的設計。在硬件方面,以ARM Cortex-M3內核的處理器LM3S8962作為控制器(內部集成有A/D轉換器和以太網控制器等),使得硬件系統的設計簡單化。整個硬件系統電路由六部分構成:處理器LM3S8962最小系統電路;電源模塊:JTAG接口電路:血壓檢測模塊;液晶顯示模塊;網絡接口。其中,血壓檢測模塊是整個系統設計的關鍵部分和難點部分,它主要是將袖壓的直流部分和交流部分分離出來送到A/D轉換器。軟件方面,這個部分是第四章的系統軟件的設計,首先把實時操作系統μC/OS-Ⅱ移植到處理器LM3S8962上,然后講解了應用程序的設計(由三個部分組成),分別是A/D轉換處理程序設計、液晶顯示程序設計和網絡通訊程序設計。論文的最后對系統的軟硬件調試做了簡單的介紹以及全文的總結。 關鍵詞:TCP/IP 示波法 舒張壓 收縮壓 μc/OS-Ⅱ
上傳時間: 2013-06-17
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隨著計算機技術的迅猛發展,受其影響的儀器行業也發生了巨大的變革,即儀器的手動操作使用改為計算機控制自動測試。隨著自動測試技術和程控儀器的發展,除了要求物理硬件接口標準化外,也要求軟件控制標準化。 硬件方面,從20世紀50代自動測試概念建立起,經過初期專用接口、半專用接口到20世紀80年代中期才普及推廣開放式標準接口總線,如RS232串行通信接口總線、GPIB通用接口總線、PXI計算機外圍儀器系統總線、VXI塊式儀器系統總線等。 軟件方面,1987年6月頒布的IEEE488.2(程控儀器消息交換協議)標準首先解決了數據結構方面的問題,但仍將大量的器件語義留給設計者自由定義。1990年4月,國際上九家儀器公司在IEEE488.2基礎上提出了SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments程控儀器標準命令),才使程控儀器器件數據和命令得到標準化。SCPI的總目標是縮短自動測試系統程序開發時間,保護儀器制造者和使用者雙方的硬、軟件投資,為儀器控制和數據利用提供廣泛兼容的編碼環境。 儀器接收到SCPI消息后進行響應:接收字符串消息、詞法分析、語法分析、中間代碼生成、優化和目標代碼生成,語法分析模塊的性能直接影響到程控執行效率。為了進一步簡化儀器內語法分析模塊、提高程控執行效率,本課題提出了在接口電路中加入解析模塊的思想,可將控制器發送到儀器的SCPI消息即復雜的ASCII碼字符串轉變為簡單的二進制代碼。采用此解析模塊將大大簡化儀器設計者的軟件工作,既能實現儀器語言標準化又能提高儀器對遠程 控制的響應速度,這在研究實驗室內的自制儀器時將是很有用的。 儀器接口有很多種,本課題主要討論了RS232和GPIB兩種接口。本設計中儀器接口板是獨立于儀器的,與儀器單獨使用微處理器,若要與儀器連接實現通信只需在兩微處理器之間進行通信即可,這樣做的目的是:一方面可以不影響儀器的設計和操作,一方面可以實現接口板的通用性和儀器的可換性。針對于RS232接口為一簡單接口,我先將工作重心放在軟件設計上,主要考慮怎樣把復雜的ASCII碼字符串解析為簡單的二進制代碼。針對于GPIB接口,軟件設計的主要部分已完成,再把工作重心放在硬件設計上,采用性價比更高的CPID實現GPIB接口芯片NAT9914。為了觀察解析結果還加入了LCD顯示。本設計在開發通用的、低價的儀器接口板方面做了一個有益的嘗試,為進一步的自動測試系統研究打下了基礎。 關鍵詞:儀器;SCPI;RS232接口;GPIB接口;CPLD
上傳時間: 2013-04-24
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隨著技術的發展,基于PLC的控制系統呈現綜合化、網絡化的發展趨勢。為了適應當今PLC課程教學的需要,我們應提供具有現場控制對象的控制層、監控管理層、遠程監控層三層結構的實驗控制系統,并將組態軟件技術、先進的數據交互技術、單片機技術、通信技術集成在控制系統中,構建現代大綜合設計性實驗系統,以培養全面的高素質的綜合性人才。 本文提出了一種多功能、大綜合的實驗平臺的方案和技術實現。本課題由市場占有率高的西門子PLC及其通信網絡模塊組成,采用具有很高的性價比的系統集成技術,構成了覆蓋面較大的全集成的網絡控制系統,可提供PPI網絡、PROFIBUS-DP網絡和以太網等多種網絡形式的實驗平臺;采用多種工業組態軟件如Wincc、組態王和MCGS,構成了豐富的上位監控模式;通過OPC技術實現對PROFIBuS-DP網絡的遠程監控。在此基礎上,結合單片機技術、CPLD技術,設計了可自定義I/O口的多路模擬采集卡,擴展了PLC的信息控制功能;采用網絡技術,將PLC技術與變頻器、步進電機控制相結合,對標準的PLC對象TM2和機械手設備進行二次開發,構成相關的運動控制系統,模擬生產線的控制,展示PLC的運動控制功能;將PLC技術與無線控制技術相結合,實現PLC的無線遙控功能;完成了三菱Q系列PLC與PROFIBUS-DP網絡的聯網,實現了不同品牌的PLC網絡的互聯互通。在此基礎上,還開發了多個實驗程序,展示其豐富的網絡構架和綜合的實驗模式。 系統調試和實驗效果表明,該系統接近當今工業技術實踐,可為學生的課程設計、畢業設計以及PLC技術研究提供先進的集多種技術于一體的大綜合設 計性實驗平臺。關鍵詞:PLC;業網絡;OPC
上傳時間: 2013-05-22
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隨著電力電子技術的發展,高壓換流設備在工業應用中日益廣泛。其核心元件晶閘管(SCR)的電壓與電流越來越高(已達到10KV/10KA以上),應用場合要求也越來越高。在國際上,晶閘管的光控技術發展日益成熟。根據對國內晶閘管技術發展前景和需求的展望,本文采用自供電驅動技術與光控技術相結合,研發光控自供電晶閘管驅動控制板,然后與晶閘管本體相結合即形成光控晶閘管工程化實現模型,其可作為光控晶閘管的替代技術。 在工程應用中,光控晶閘管的典型應用場合為四象限高壓變頻器和國家大型直流輸變電系統等。隨著國家節能工程的實施,高壓變頻器的應用范圍越來越廣泛,已成為工業節能中的重要環節。高壓直流換流系統難度大,技術復雜,要求高,本論文研究的光控晶閘管替代技術只作為其儲備技術之一。本論文以電流源型高壓變頻器作為該光控晶閘管替代技術的應用背景重點闡述。 電流源型高壓變頻器為了提高單機容量,通常是數個SCR串聯使用。隨著系統容量越來越大,裝置對高壓開關器件的要求也越來越高。如果一組串聯SCR中某一個SCR該導通時沒有導通,那么加在該組SCR上的電壓都將加到該SCR上形成過電壓,造成該器件的擊穿損壞,甚至于一組串聯SCR都被燒壞。為了克服上述問題,保證高壓變頻器中串聯晶閘管能夠安全可靠的工作,提高系統可靠性,有必要為晶閘管配備后備驅動系統。本文提出了給SCR驅動電路增設自供電驅動系統——SPDS (Self—Powered Drive System)的解決辦法。SPDS基本功能是通過高位取能電路利用RC緩沖電路中的能量為監測電路和后備觸發電路提供正常工作所需要的能量。它的優點是由于緩沖電路與晶閘管同電位,自供電驅動系統要求的電壓隔離水平可以從幾千伏降低到幾百伏,節省了高壓隔離變壓器,節省了成本和體積,提高了系統可靠性。國外對相關內容已經有了深入研究,并將其應用在高壓變頻器產品中。在國內,目前還沒有查到相關文獻。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設計了一種高壓晶閘管自供電驅動系統,填補了國內空白,為自供電驅動系統的推廣應用和其他高壓開關器件自供電驅動系統的研制提供了參考。 本文詳細介紹了串聯高壓晶閘管驅動系統的要求和RC緩沖電路的工作特 點,進而提出了SPDS的工作原理和具體實現方式,闡述了SPDS各部分組成及其功能。SPDS的核心技術是取能回路和觸發方式的設計。本文在比較各種高壓取能方式和觸發方式優缺點的基礎上,選擇采用RC緩沖取能方式和光纖觸發方式。 論文基于Multisim10仿真軟件,結合高壓晶閘管自供電驅動系統取能電路的原理,對高壓晶閘管自供電驅動系統的核心部分——SPDS取能電路進行了仿真。通過搭建帶SPDS取能電路的單相晶閘管仿真電路和電流源型高壓變頻器前側變流電路的仿真模型,詳細討論了影響RC取能回路正常工作的各種因素。同時,通過設定仿真電路的參數,分析了其工作狀況。根據得到的仿真波形圖,證明了高壓晶閘管自供電驅動系統可以達到有效觸發晶閘管導通的設計目標,具有可行性。 為考察SPDS的實際工作性能,本文搭建了簡易的SPDS低壓硬件實驗平臺,為其高壓條件下的工程化應用打好了基礎。 在論文的最后,對高壓晶閘管自供電驅動系統的發展方向進行了展望。 關鍵詞:高壓變頻器;晶閘管驅動;自供電系統;高壓換流;光控晶閘管
上傳時間: 2013-05-26
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變頻器在各行各業中的各種設備上迅速普及應用,已成為當今節電、改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一,是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調制算法尚存在一些缺點,如開關損耗大和共模電流大等,因此有必要研究和設計高性能調制算法的變頻控制器。鑒于此,開展了以下工業變頻器高性能調制算法為對象的研究內容: 在闡述了工業變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上,結合數學模型,分析了共模電壓產生的原理、共模電流其影響和危害,給出了共模電壓和共模電流的關系。總結其他的抑制共模電壓的方案基礎上,提出一種新的共模電壓抑制SVPWM;還闡述了死區產生的原因及其影響,以及死區補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源,對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數設計,是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制; 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統狀態處理程序、PWM發送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上,根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區補償算法,將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 在硬件電路完成設計的各個階段,逐漸編制相應的控制程序,并進行調試,并完成整個程序的編制和調試。此外,還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調試中遇到了很多問題,如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現的直通現象等。最終完成了工業變頻器樣機,并且采用的是文章中研究的調制算法,效果良好,達到設計的目的; 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路,重點分析了有源PFC技術代替傳統串級調速系統中的不控整流橋后,系統可以等效為轉子串電阻調速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢,對電動機功率因數、電磁轉矩脈動也進行了分析,發現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低,分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法,并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC,得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺,所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間: 2013-07-09
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蓄電池組已越來越廣泛地應用于交通運輸、電力、通信等諸多領域和部門,其壽命直接關系到能源的有效利用以及相應系統的整體壽命、可靠性和成本。本課題從提高電池壽命的角度研究串聯蓄電池組的充電問題,基于前人使用磁放大器作后級調整的基礎上,提出了一種新穎的基于開關管MOSFET后級調整和高頻母線的蓄電池組分布式單體充電方法。所有二次側電路通過高頻母線的形式共用一個一次側電路;在兼顧效率、體積和成本的前提下有效的解決了串聯蓄電池組的充電不均衡問題。 論文對采用雙管正激拓撲的高頻母線產生電路的設計給出了說明;同時也介紹了幾種后級調整方法及各自優缺點。針對后級調整中的同步問題,提出了幾種產生同步鋸齒波的解決方案。最后利用同步脈沖產生電路,采用最常見的UC3843芯片,產生穩定可靠的同步鋸齒波,實現后級調整開關動作與母線方波電壓的同步。并且針對多路后級調整場合下,采取措施減小了母線電壓毛刺,同時也改善了電流采樣波形。 論文設計了一套單體3500mAh、3.7V鋰離子電池組的單體獨立充電器,以雙管正激電路為原邊電路作為主模塊,次級是以MOSFET作后級調整電路實現充電功能作為充電電路模塊。試驗中采用了四個充電電路模塊,同時對四個鋰離子電池單體分別獨立充電。充電電路模塊中,通過控制MOFET開關,可實現鋰電池的恒流、恒壓充電和滿充切斷,充電電壓和充電電流可精確控制在1%以內。該充電電路并能顯示電池充電狀態,并在單體充電電路間傳遞充電狀態信號,最后反饋給母線電路以控制母線電壓輸出的開通與關斷。特別指出的是該電路的過放電檢測功能,是直接利用電池自身電壓來檢測得出電池自身是否處于過放電狀態判定信號,并在充電模塊間傳遞,最后得出蓄電池組過放電判定信號。整機有較低的待機功耗,并均使用了低成本器件,進一步降低了成本。 論文給出了詳細的設計過程,最后通過實驗將該方案與串聯充電方案比較,驗證了該充電方案的可靠性與優越性。
上傳時間: 2013-04-24
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果園收獲作業機械化、自動化是廣大果農們關注的熱點問題,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、提高經濟效率有著一定的現實意義,而且對于跟蹤世界農業新技術、促進我國農業科技進步,加速農業現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境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多種功能于一體的綜合系統,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。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。在開放式控制系統設計中,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、數據采集卡等進行了選型設計。在分析果樹采摘機器人工作環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,根據果樹采摘機器人機械結構和控制系統結構組成,設計了PID控制器,應用于機器人視覺伺服控制,實現果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關節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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逆變器作為光伏陣列和電網接口的主要設備,它的性能決定著整個光伏發電系統的性能。為了將光伏陣列產生的電能最大限度地饋入電網,并提高其運行的穩定度、可靠性和精確度,必須對并網逆變器的主電路拓撲選擇、濾波器參數設計及其控制策略選取等進行深入研究。 論文首先分析了光伏發電的國內外發展現狀和應用前景,對光伏并網發電系統的種類、結構和并網標準進行了綜述。針對眾多適用于光伏并網的逆變器拓撲進行了詳細的比較分析,最終確定了一臺單相滿載功率1kW、并網電壓220V的逆變器拓撲及其主電路參數,對其輸出濾波器參數進行設計,并對其進行了幅頻特性分析。 其次,詳細分析和研究逆變器的并網控制策略,確定了在獨立工作模式下的瞬時電壓控制策略和在并網工作模式下的瞬時電流控制策略。根據選定的控制策略分別對其控制系統進行了建模和閉環參數設計,并利用Sabet軟件進行系統仿真,驗證了系統建模和設計的正確性。 接著,在分析光伏陣列特性的基礎上,總結和比較了常用的幾種MPPT(Maximum Power Point Tracking)控制方法,通過擾動觀測法對并網逆變器輸出電流的控制,實現了光伏陣列的MPPT,并給出了設計方案和實驗驗證。 最后,根據以上分析結果,研制了一臺基于DSP控制的光伏并網逆變器的試驗樣機,并詳述了其軟硬件的設計方案,給出了相關實驗結果。
上傳時間: 2013-04-24
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本文以濾波技術飛速發展,小波濾波優越性的凸現,以及虛擬儀器的易操作等良好特性為背景,以簡單易行和濾波效果良好為研究目的,展開本文信號濾波處理的研究工作。 在深入研究三種小波濾波方法原理和優缺點的基礎上,本文提出了一種新的優化濾波方法,包括以下三個方面: 首先,將靜態小波變換(SWT)應用于濾波處理。利用SWT的平移不變性和冗余性來進行含噪信號的分解,這樣不僅彌補了正交小波變換的不足,而且提高了濾波性能。 然后,提出了基于空域相關的優化閾值函數濾波算法。該算法把小波系數間的相關性應用于閾值濾波。它是在構造出基于空域相關的顯著性函數和基于顯著性函數的閾值濾波過程的基礎上,提出了基于空域相關的優化閾值函數,并且把極小化廣義交叉驗證(GCV)得到均方差(MSE)意義下的最優閾值作用于該優化閾值函數。該濾波算法不僅實現了噪聲的有效去除,而且信號的重要特征也保留完好; 最后,引入了新型鎖相環--正交鎖相環(QPLL)。鑒于QPLL不僅具有鎖定范圍寬、入鎖速度快、鎖定后精度高的性能,而且還具有良好的抑制諧波、噪聲的能力,以及對波形畸變不敏感等良好特性,所以QPLL的引入達到了信號鎖定和優化濾波的目的,使優化濾波方法的設計更具新意,而且取得了更好的濾波效果。 為了驗證優化濾波方法,本文搭建了實驗平臺,它是由FPGA信號采集部分和LabVIEW軟件濾波處理兩個部分構成。通過傳感器采集信號,經過A/D轉換后送入FPGA。以FPGA為CPU控制A/D轉換,并進行波形數據緩存,在接收到LabVIEW的命令后,將存儲的數據送給串口。在LabVIEW中,從串口檢測所需的波形數據,然后通過優化濾波方法將數據進行濾波處理,最后在前面板中把實驗結果顯示出來。 實驗結果表明,該優化濾波方法不僅能實現優良的濾波功能,而且簡單易行,是一種有效的濾波方法。
上傳時間: 2013-07-20
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控制器局域網(CAN)最初是由德國BOSCH公司為汽車的監測、控制系統設計的。它是一種有效的支持分布式控制或者實時控制的串行通信網絡。由于其具有多主機、高性能以及高可靠性,CAN總線已經廣泛應用于汽車電子控制、過程控制、機械工業、紡織機械、機器人、數控機床、醫療器械以及傳感器等領域。CAN總線已經形成國際標準,并已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。 另一方面,隨著電動車的技術的不斷發展,電動車已經開始邁向了市場普及的道路。對于電動車電池的管理和維護越來越成為電動車發展的重點之一。由于CAN具有抗干擾性強、連接簡單、無主通信等特點,非常適合用來實現實時數據的采集和傳輸。因此,本文利用CAN總線為基礎設計了一個電池實時數據采集與管理系統,經分析、設計、編程和調試,在實際應用中得以實現。 該系統主要包括數據采集層,數據傳輸層和用戶管理層三個部分。數據采集層的主要任務是電池實時數據的采集和發送;數據傳輸層的主要功能是通過CAN總線接收數據采集層發送的實時數據,并將其轉換成RS232串口協議發送到上位機;用戶管理層的主要功能是通過串口接收數據,實時顯示,存儲和分析。 論文完成的主要工作有: (1) 通過對系統需求的分析,將整個系統分為三個獨立的層,分別進行了軟硬件設計,實現了系統的模塊化,增強了系統的應用性; (2) 詳細的研究了CAN2.0B協議和SAE J1939協議,并在此基礎上,編寫了適合本設計的通訊協議; (3) 深入研究了MC9S12DG128芯片的硬件結構和軟件設計方法; 本課題的創新點在于利用目前汽車工業廣泛采用的CAN總線協議,設計了一套簡單,高效,穩定的電池數據采集與管理系統,并在實際中得以應用。在系統設計過程中將整個系統分為3個層,大大提升了系統的模塊化水平,有利于系統的擴展和維護。
上傳時間: 2013-07-07
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