目前在各行各業中應用種類繁多的測量儀器隨著儀器性能指標要求的逐漸提升以及功能的不斷拓展，對儀器控制系統的實時性和集成化程度等性能的要求也越來越高。目前發展的趨勢是開放式、集成度向芯片級靠攏的高實時性儀器。針對目前傳統的系統設計存在著功能簡單、速度慢、實時性差、對數據的再加工處理能力極為有限等問題，本文根據課題需要提出了一種基于ARM+FPGA架構的高速實時數據采集嵌入式系統方案，應用在小功率半導體測量儀器上。方案采用三星S3C2410的ARM處理器進行管理控制，處理數據，界面顯示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用來進行高速數據采集，提高了系統的實時性和集成化程度。 本文首先給出了ARM+FPGA架構的總體設計。硬件方面，簡要討論了ARM處理器的特點和優勢，FPGA在高速采集和并行性上的優勢，給出了硬件的總體結構和主要部件及相關接口。軟件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系統的構建和BootLoader的啟動以及內核和根文件系統的結構，構建了嵌入式Linux系統包括建立交叉開發環境，修改移植BootLoader和裁減移植Linux內核，并且根據課題實際需要精簡建立了根文件系統。 為了滿足測量儀器的實時性，設計了ARM與FPGA的高速數據采集接口。進行了FPGA內部與ARM接口相關部分的硬件電路設計；通過分析ARM與FPGA內部時序的差異，針對ARM與FPGA內部FIFO時序不匹配的問題，解決了測量儀器中高速數據采集與處理速度不匹配的問題。接著，通過研究Linux設備驅動基本原理和驅動程序的開發過程，設計了Linux下的FPGA數據采集接口驅動程序，并且實現了中斷傳輸。使得FPGA芯片通過高效可靠的驅動程序可以很好的與ARM進行通訊。 最后為了方便用戶操作，進行了人機交互系統的設計。為了降低成本和提高實用性利用FPGA芯片剩余的資源實現了對PS/2鍵盤鼠標接口的控制，應用到系統中，大大提高了人機交互能力；通過比較分析目前比較流行的幾種嵌入式GUI圖形設計工具的優缺點，結合課題的實際情況選擇了MiniGUI作為課題圖形界面的開發。根據具體要求設計了適合測量儀器方面上使用的人機交互界面，并且移植到了ARM平臺上，給測量儀器的使用提供了更好的交互操作。 本課題完成了嵌入式Linux開發環境的建立，針對課題實際硬件電路設計修改移植了bootloader，裁減移植了內核以及根文件系統的建立；設計了FPGA內部硬件電路，解決了接口中ARM與FPGA時序不匹配的問題，實現了ARM與FPGA之間的高速數據采集；設計了高速采集接口在嵌入式Linux下的驅動程序以及中斷傳輸和應用程序；合理設計了適合測量儀器使用的人機交互界面，并巧妙設計了PS/2鍵盤鼠標接口，進一步提高了交互操作。
上傳時間： 2013-06-21
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課題分析了目前國內外減搖鰭控制技術的發展與現狀，重點講述了基于ARM處理器的減搖鰭控制器的功能設計與實現方案。 減搖鰭是一種由微機控制的自動化程度很高的船舶減搖裝置。減搖鰭控制系統根據人為輸入的信號和來自鰭本身的反饋信號，及時輸出不同的控制指令，控制鰭轉動到期望的角度，達到減小船舶橫搖的目的。但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，課題設計了一款新型的基于ARM嵌入式處理器的嵌入式減搖鰭控制器，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LPC2290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；為實現系統的可靠運行，同時也采取了一些保證系統可靠性的措施。 目前，減搖鰭系統大多采用基于力矩對抗原理的PID控制器。由于船舶橫搖運動的非線性、復雜性、時變性以及海況的不確定性，經典PID控制很難獲得令人滿意的控制效果。因此，如何實現PID參數的自整定就顯得猶為重要。模糊控制事先不需要獲知對象的精確數學模型，而是基于人類的思維以及經驗，用語言規則描述控制過程，并根據規則去調整控制算法或控制參數。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，實時改變控制策略，便可對PID參數實現最佳調整。 研究結果表明：采用該控制手段能較好的滿足設計要求，開發的嵌入式減搖鰭控制系統具有設計合理、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： 2013-06-06
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水泵效率是反映水泵經濟性能和綜合性技術指標的參數。隨著我國節能減排工作的深入開展，用泵企業要求準確、經常性地測試水泵的效率值，掌握設備的能源利用率和設備自身狀況，評估設備運行經濟狀況的合理程度。目前，國內水泵效率檢測儀器的測量精度低、實時性和可靠性較差，現場可操作性差，人機界面不夠友好。 本課題是利用ARM嵌入式系統來實現水泵效率檢測儀器的研制，旨在開發一種操作簡單、便于攜帶又能滿足指導經濟運行精度要求的泵效測量裝置，將計算機技術、傳感器技術、數據采集處理技術、嵌入式系統技術相結合，實現水泵效率檢測的同時，也實現了水泵各項主要參數的測試、數據保存、傳輸及曲線擬合等功能。研究了數據采集與處理、曲線擬合、數據庫開發、通信等實現中的重點、難點問題，并采取了有效的硬件和軟件抗干擾措施，確保了系統的穩定性和可靠性。 本文以模塊化和結構化的思想搭建了基于ARM9的硬件平臺，設計了專用模擬電路，研究了嵌入式操作系統WinCE4.2的移植，利用Platform Builder進行了操作系統內核的定制和編譯，分析了WinCE4.2 Bootloader的工作原理和架構，根據系統的功能需要和硬件資源分配、設計了設備的Bootloader。 應用層開發使用embedded Visual C++4.0開發工具，集成IDE環境，快速的開發Windows CE應用程序。主要內容包括：開發友好的人機界面、實現儀器的基本功能、顯示水泵機組的性能參數、繪制水泵性能曲線并顯示和構建水泵性能數據庫、實現通信。 在樣機試制完成后，對多臺水泵進行了試驗，試驗結果證明本檢測儀器具有穩定可靠、測試精度和自動化程度高、管理維護方便的特點，具有較好的技術經濟性能。
上傳時間： 2013-06-02
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語音通信是人類通信的重要組成部分，伴隨著數字通信技術和計算機技術的發展，特別是Internet的出現，基于因特網的數字語音通信技術得了到迅速的發展。由于設備、環境、人為操作等因素的影響，網絡上傳輸的語音信號可能出現忽大忽小的情況，為了得到較好的語音信號輸出效果，需要在接收端對語音信號進行處理。針對以上情況，本文研究并實現了基于ARM的網絡語音AGC系統。 本文結合嵌入式系統和AGC技術的發展，設計實現了一個基于ARM的網絡語音AGC系統。本文首先對AGC算法進行了深入研究，在對LMS算法進行研究的基礎上提出了一種基于LMS的數字語音AGC算法，通過Matlab軟件對算法進行了仿真；設計了一個由AT91RM9200微處理器、網絡控制器、音頻芯片構成的嵌入式AGC處理終端硬件平臺，構建了嵌入式Linux操作系統，并在此基礎上設計實現了網絡語音AGC系統的下位機終端。該終端主要實現了用基于LMS的數字語音AGC算法實時地處理從網絡上傳過來的忽大忽小的數字語音信號，取得良好的語音信號輸出，并且穩定性可靠；設計實現了上位PC機程序，上位機實現了通過網絡將數字語音信號實時地傳送到嵌入式終端的功能。 本設計采用高性能微處理器，配合嵌入式Linux強大支持功能的實現方案，具有高性能、低成本、小型化、實時性強等諸多優點。相比傳統的實現架構，該設計具有更好的靈活性和操作性，性價比更高，功能更強大，同時可擴展性和可移植性也更好，具有一定的技術先進性和廣泛的應用前景。
上傳時間： 2013-06-11
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隨著電力系統的迅速發展和電力電子技術的廣泛應用，電能污染日益嚴重，電能質量問題已經成為電力部門及電力用戶越來越關注的問題。電能質量的各項指標若偏離正常水平過大，會給發電、輸變電和用電設備帶來不同程度的危害。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，因此對電能質量進行檢測和分析從而提高和改善電能質量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質量的基本概念，對各種電能質量問題的分類、特征及產生原因和危害作了詳細的闡述。通過對電能質量各項指標(供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變)的分析，以傳統的傅立葉變換理論為基礎，針對目前電能質量分析的難點即對突變的、暫態的、非平穩的信號的檢測與分類，提出了基于小波變換的暫態電能質量分析方法。利用小波變換模極大值原理檢測信號奇異點作為是否發生暫態擾動的判據，克服了傳統方法中無時域局部性的缺點。 在系統的研究了電能質量分析的相關理論和檢測技術的基礎上，針對電能質量分析系統中需要支持復雜算法和保持實時性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構架的嵌入式電能質量分析系統的硬件平臺和軟件系統。重點分析了DSP與ARM的選型依據、結構特點、具體應用等。并且詳細的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設計思想，其中重點介紹了DSP部分的FFT算法設計、ARM部分的uC/OS-II操作系統移植和MiniGUI圖形界面開發。最后對論文的主要工作進行了總結，對以后可深入研究的方向進行了展望。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著網絡時代的發展，人們越來越離不開網絡，網絡硬件的安全性、可靠性越發重要。即使是短暫的網絡中斷也可能給人們的生活帶來極大的影響，這使得人們對網絡相關設備的管理監控實時性的需求越來越高。這就要求網絡運營商需要對遠近端網絡設備進行監控，在網絡出現問題時能及時發現并加以解決，實現網絡預防和及時維護功能，提高網絡運營商對用戶的服務質量。 本文主要就是基于該背景提出的一種解決方案。本文采用的SNMP協議提供了一種對這些網絡設備進行有效管理的技術基礎。本文的主要思路是在ARM9開發板原有的軟硬件基礎上及ARM-LINUX系統上，主要利用SNMP服務器來實現對網絡設備監控網管的功能，并在SNMP服務器中添加企業MIB節點，實現管理企業特定的設備。同時本文也介紹了在系統中利用BOA服務器來實現動態WEB刷新，利用BUSYBOX添加新命令等方法，初步實現一套具有特定網管功能的網管系統。 本文的創新之處在于不僅采用利用SNMP開發網管系統的流行做法，同時還利用BOA服務器將動態WEB技術應用到網管系統中。該做法的創新之處在于擺脫以往需要開發對應的網管平臺軟件來管理的局限，同時支持利用WEB瀏覽器就能監控到網絡設備的做法。BOA服務器技術支持利用任何一種WEB瀏覽器就能監控到網絡設備的工作狀態，從而大大滿足了網絡管理員的管理需求。因此該技術可以廣泛的應用于網絡設備的實時監控中。
上傳時間： 2013-04-24
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發動機的燃油系統是發動機的關鍵部分，直接影響著發動機的動力性能、經濟性能和使用性能，其中噴油泵是該系統中至關重要的部件，是燃油系統的核心，而噴油泵試驗臺是檢測和調整發動機噴油泵所必需的關鍵設備。 噴油泵實驗系統被廣泛應用在教學、科研及生產部門，成為我國噴油泵研究與制造水平的關鍵。傳統的實驗系統多屬于簡單機電式的，效率和自動化程度較低。近年來出現的一些實驗系統結合了現代計算機技術，在性能和功能上有所增強，但在硬件和軟件方面還存在著結構復雜，可靠性、穩定性差等問題，且此類系統通常只能在實驗室進行研究，難以實時的在現場進行檢測，難以方便的應用于工業生產、維修的廠況，也不能滿足科學研究及生產制造等方面的要求。 本論文將噴油泵實驗系統與計算機及嵌入式技術有機結合起來，充分發揮嵌入式系統實時性強、功能專一的特點，研制了一種基于ARM-Linux的噴油泵實驗系統。系統采用Samsung公司性價比較高的ARM9芯片S3C2410A為硬件核心，移植嵌入式Linux作為操作系統，編寫應用程序，開發了友好的人機交互界面，具有體積小、重量輕、功耗低、操作簡單、可靠性高等特點，對于我國的教學、科研及工業生產具有重大意義。 文中首先簡要介紹了噴油泵實驗系統的發展現狀、嵌入式系統的基本定義以及本課題所要研究的內容和意義，然后在對系統的需求進行分析的基礎上，給出了系統的總體方案設計，并進一步分塊探討了：系統的硬件設計；系統軟件設計(詳細闡述了將嵌入式Linux操作系統移植到ARM微處理器S3C2410A上的過程)；應用程序設計。最后對本文所開發的實驗系統進行了調試并對后續工作做了展望。結果證明，此噴油泵實驗系統運行穩定，性能可靠，能夠方便快速的應用于教學實驗、科學研究以及生產實踐中，是性能優良的噴油泵實驗系統。
上傳時間： 2013-06-08
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隨著水聲技術研究的不斷深入，各類水聲設備也得到迅速發展，在海洋探測、水下通信、軍事國防等方面廣為應用。與此同時，水聲數據采集系統也受到越來越多的關注。由于信道復雜、信號衰減大以及環境惡劣等因素的影響，設計一個可靠性高、功耗低、實時性強且符合水聲工程要求的數據采集系統成為一項重要任務。 本課題研究內容來源于某型水下測量系統。論文在分析了水聲信號特點的基礎上，闡述了用于水聲信號數據采集系統的設計原則。針對水聲數據采集的應用需求，采用嵌入式ARM9處理器和嵌入式實時操作系統VxWorks設計并研制了一套基于ARM_VxWorks的高可靠水聲數據采集系統。 本設計以S3C2410嵌入式處理器，高精度ADC和以太網控制器CS8900以及大容量數據存儲器為系統的關鍵部件，對VxWorks操作系統進行了移植，設計了配用的板級支持包，并開發了相應的驅動程序。 在上述基礎之上，針對水聲數據采集系統的特點和要求，開發了以網絡通信為數據傳輸手段的數據采集系統，并實現串行通信和大容量數據本地存儲功能。 對系統的測試結果表明，采用ARM_VxWorks結構的數據采集系統能夠有效地完成水聲數據采集任務。
標簽： ARMVxWorks 水聲數據 采集 系統研究
上傳時間： 2013-06-10
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溫室技術是我國實現農業信息化的重要環節，溫度是溫室中的重要環境參數。實時控制是指在規定的時間內，系統必須做出相應的響應，是現代溫室控制發展的更高要求。隨著精細農業的發展，傳統的大棚已經不能滿足現代高精度、快速采集及響應的要求，由于溫度的滯后性和難調控性，溫度實時控制一直是溫室控制的一大難題。 本課題整合了CPID與ARM的優點，提出運用CPID硬件來實現數據采集，移植實時操作系統到ARM來實現復雜算法控制，采用高精度數字傳感器DS18820，并設計出混合PID模糊控制器來實現溫室的變溫管理，這對于現代溫室的智能化控制有著十分重要的實際意義。較傳統溫室，優點在于(1)它改變以往依靠單片機軟件來實現傳感器周期性采集，改用CPID硬件產生數字傳感器所需的讀寫時序，這種“以硬代軟”的方案實時性好，且大大避免了軟件運行時的不穩定性、系統冗余等先天缺陷。(2)操作系統能實現多任務、多線程以及友好的人機界面。 試驗以華中農業大學的華北型機械通風式連棟塑料溫室為試驗模型，選擇了ALTERA公司的EPM7128SLC84-15芯片和SAMSUNG公司的S3C44BOX芯片為目標板，以PC機為宿主機，設計了實時溫度控制平臺。 主要工作： (1)概述了溫度實時測控的必要性并介紹了CPLD、ARM技術及嵌入式實時操作系統的發展。 (2)介紹了溫度采集模塊及CPLD與ARM通訊接口模塊的設計。 (3)通過ARM存儲模塊、LCD顯示模塊、串口模塊、Rt18019AS網口模塊、uClinux操作系統模塊等系統完成了本試驗平臺。 (4)介紹混合PID模糊控制算法并通過Simulink工具箱進行了仿真，得出混合PID模糊控制器較經典PID控制具有更快的動態響應、更小超調、抗干擾強的結論。 (5)最后，通過試驗數據驗證了整套系統實時采集的穩定性及可靠性，指出了本課題的不足之處和待改善的問題。
上傳時間： 2013-04-24
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這篇論文在系統分析國內外雷達伺服控制系統研究現狀的基礎上，選定以ARM為內核的基于ARM+FPGA的雷達伺服控制器為研究對象。 首先，根據雷達伺服控制系統功能要求與性能指標，進行系統的硬件設計：選擇基于ARM920T的S3C2410和Altera公司的FPGA芯片EP1C12Q240作為主控芯片，ARM與FPGA的連接形式采用中斷+存儲器的形式；將ARM與FPGA上多余的引腳引出作為將來升級的需要；還畫出ARM+FPGA的雷達伺服控制器的系統圖并制作了PCB板。 其次，選用PID對伺服系統進行控制，模糊神經網絡綜合了模糊控制和神經網絡的優點，并利用模糊神經網絡算法對PID參數進行在線調整。用Matlab7.1進行仿真，其結果表明：該控制算法對系統具有良好的控制效果，性能較常規PID得到較大改善。 最后，根據FPGA在伺服系統主要任務，用VHDL語言和原理圖在FPGA芯片中分別編制實現DAC0832接口控制功能、光電編碼器與脈沖發生電路的程序代碼；并在Quartus II6.0環境下通過仿真，且得到仿真的波形符合系統功能要求。采用C語言編寫在ARM中實現模糊神經網絡PID控制算法的代碼，通過CodeWarrior for ARM的編譯無誤后，生成可執行文件.axf,，調用AXD進行在線仿真調試。仿真結果表明：模糊神經網絡PID算法對伺服系統能夠進行有效控制。 結果表明：ARM作為伺服控制器的內核，其性價比與集成度高：用FPGA芯片實現接口電路使伺服控制器的可靠性高、速度快、可配置及連接方式靈活。因此采用基于ARM+FPGA的雷達伺服控制器，提高了系統的開放性、實時性、可靠性，降低了系統功耗，具有重要的應用價值。
上傳時間： 2013-06-30
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