TCP/IP協議作為Internet上的通信實現方式的一種，是近年來嵌入式應用領域的一個研究熱點。嵌入式設備要與Internet網絡直接交換信息，就需要支持TCP/IP協議。嵌入式系統具有內核小、專用性強、系統精簡、實時性高、功耗和環境要求嚴格等特點，所以傳統的TCP/IP協議不適合移植到嵌入式系統中。實現嵌入式系統網絡接入有兩種選擇，第一種是按照TCP/IP協議的原理編寫簡化版的通信協議；第二種是將已有小型的，適用于嵌入式系統的網絡協議移植到系統中。 首先本文簡要介紹了嵌入式網絡協議的研究現狀和研究內容，分析了LwIP協議棧中IP協議、TCP協議、UDP協議和ICMP協議的原理。由于LwIP沒有使用和操作系統相關的系統調用和數據結構，所以在LwIP和操作系統之間增加了一個操作系統封裝層為操作系統服務。LwIP不僅保持了TCP協議主要功能，而且減少了對RAM的占用。 其次，移植中實現了操作系統模擬層和LwIP底層接口。操作系統模擬層為協議和操作系統提供了一個接口，使協議對操作系統透明，可以不依賴操作系統運行，需要實現信號量、郵箱、線程和臨界保護。LwIP底層接口為不同的硬件提供不同的驅動程序，需要實現系統初始化、網卡初始化、線程接收、數據包的讀取和發送。 最后提出測試設計框架，在ARM開發板和μC/OS-Ⅱ操作系統上對移植的協議進行測試。測試結果表明，移植協議可以正常工作，實現了基本的網絡功能。
上傳時間： 2013-07-11
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大氣能見度(Visibility)是反映大氣透明度的一個指標，是氣象觀測的常規項目，它對航海、航空、陸上交通以及軍事活動等都有重要影響。目前國內能見度儀，特別是適用于海洋惡劣環境中的便攜式、高精度的能見度儀較少，需要研制適合海上測量的能見度儀。 在系統闡述大氣能見度檢測理論依據的基礎上，研究了能見度檢測系統的關鍵技術，主要包括光源的穩定性、微弱信號的相敏檢測技術及信號的抗干擾技術等。本系統由發射模塊、接收模塊、信號處理模塊及電源模塊等組成。設計了發射模塊和接收模塊的光學系統，并進行了發射光源的調制設計、接收模塊中的光電轉換電路、放大電路、帶通濾波電路的設計及信號的鎖相放大電路的設計等。大氣能見度測量屬于微弱信號檢測技術，在海上更容易受到外界自然光及其它環境因素的干擾，因此濾除各種干擾，提取有用的微弱信號是本設計的核心。本文重點研究了光敏檢測技術和適合于微弱信號檢測的鎖相放大技術，設計了以OPT101為核心的光敏檢測電路，有效提高了電路的靈敏度和抗干擾，簡化了設計；設計了以平衡調制解調芯片AD630為核心的鎖相放大電路和由雙D觸發器SN74HCT74及單穩態觸發器M74HC4538B1R組成的移相電路，實驗證明，在較大的噪聲背景下，該電路可以有效地提取出反映能見度變化的有用信號。鎖相放大后的直流信號，經AD處理后輸入到微處理器ARM中，經過理論運算最后得到能見度值。為了保證系統工作的穩定性，特別是海上惡劣環境，對系統進行了防鹽、霧、水的設計，如對鏡頭進行鍍膜、對PCB板進行了三防處理等。 最后進行了能見度儀樣機的研制。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著生物工程及醫學影像學的發展，磁共振成像在醫學診斷學方面發揮著越來越重要的角色。磁場的均勻性是大型醫療設備——核磁共振(MRI)成像的理論基礎，是評價該設備的一個重要的技術參數，磁場的均勻性分析也是電磁場理論分析的一個重要方向。良好、穩定的磁場均勻性對核磁共振圖像的信噪比(SNR)的提高有重要的意義，同時也是飽和壓脂序列實現的唯一條件。 該課題的主要內容是在介紹磁共振成像原理與磁共振超導磁體的超導勻場線圈的形狀及位置的基礎上，分析各個線圈中電流的大小與空間某點磁場強度的關系。同時借鑒磁共振成像原理，設計輔助測量水膜，對空間某一特定半徑的球體腔內各點的磁場強度進行自動化測量。在當前使用的被動式勻場的基礎上，利用分析軟件，對線圈的選擇及電流的大小進行計算與優化。實驗結果表明效果良好，磁場均勻度有很大的改善。 采用的主要方法是利用磁共振成像原理及傅里葉轉化技術去設計一種精確、方便、快捷的勻場方法。通過計算機模擬及有限元分析的方法進行計算、優化，最終得到理想的磁場均勻度。 良好的磁場均勻性是磁共振成像的基礎，是飽和壓脂序列(FATSAT)、平面回波成像(EPI)、彌散成像、頻譜分析等一系列近幾年新出現的先進序列實現的前提條件。從而為臨床醫學提供了一種先進的檢查手段，為疾病診治的及時性、準確性、可靠性及病灶確切位置的判斷都提供了基礎。 該文所介紹的磁場均勻性測量、分析方法以及在此基礎上設計的勻場計算分析軟件已在多臺磁共振安裝調試過程中得到應用，達到了預期的目的，能夠滿足現場調試的要求。該方法對于今后超導磁體磁共振的磁場均勻性調試，及在醫學影像學方面的發展有很好的應用價值。該項技術在該領域的推廣必然會提高磁場均勻性的精度，推動醫學影像學及臨床診斷學的發展。并能帶來良好的社會效益及經濟效益，具有關闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁直流微電機作為一種機電能量轉換器件，隨著永磁新材料的開發，得到了迅猛的發展和廣泛的應用。作為元器件，它的失效會關聯到相應的工作系統和機構的正常運作，所以微電機的壽命可靠性分析和失效研究顯得很重要，是準確估計其相關復雜工程系統穩定可靠性的基礎。 論文基于永磁直流微電機產品是大批量且生產過程處于嚴格的統計質量控制狀態下，而對其進行可靠性及失效分析。由于在影響微電機壽命的因素中，有很多屬于隨機性因素，因此可結合概率統計學原理，運用相關的數學工具，來探討微電機失效分布函數的特征、類型和評價指標。論文針對微電機的特征，把一般的可靠性、失效分布類型函數進行整合、變換，運用到了微電機的可靠性分析上。 論文對微電機壽命可靠性及失效分析的數據處理也作了一些探討。具體包括三個方面的內容：首先是根據試驗測量結果，對預先假定的可靠性分布模式，即隨機變量分布規律進行檢驗(假設檢驗)的方法作了探討；其次是基于試驗測量的樣本值，估計隨機分布參數的數值和推斷這種估計的誤差范圍(一定置信水平下)；再次是在預先根本不知道或不確定分布函數類型情形下，而根據壽命試驗的測量數據結果，從中尋找出失效的分布特征，或者尋找出某一數學函數表達式，在某一確定精度下，運用數值分析原理來逼近數據分布規律。還結合微電機壽命試驗的結果，作了可靠性實例分析。 論文還針對微電機失效的常見主要形式、狀態，對組成微電機的主要零部件從工程應用角度作了系統分析。內容包括結合個人護理應用微電機的開發實例，建立了電刷振動分析模型，使用計算機軟件模擬分析技術和激光振動測試技術，對微電機電刷片振動作了模擬和實際測量的對比分析，探討了微電機電刷失效問題及改善、優化途徑；運用材料學分析方法系統地探索了杯士和換向器設計、材料選擇及失效問題；運用可靠性理論對電機結構進行了優化設計；并運用設計編程的電磁場有限元軟件，對微電機電磁場進行了模擬優化設計；樣機的實際測量結果和理論模擬基本吻合，并略為有所提高；還探討了微電機壽命改善和能力提高的方法。
上傳時間： 2013-07-18
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心血管系統疾病是現今世界上發病率和死亡率最高的疾病之一。T波交替(T-wavealtemans,TWA)作為一種非穩態的心電變異性現象，是指心電T波段振幅、形態甚至極性逐拍交替變化。大量研究表明，TWA與室性心律失常、心臟性猝死等有直接密切的關系，已成為一種無創獨立性預測指標。隨著數字信號處理技術和計算機技術的迅速發展，微伏級的TWA已經可以被檢出，并且精度越來越高。本文以T波交替檢測為中心，基于ARM給出了T波交替檢測技術原理性樣機的硬件及軟件，實現實時監護的目的。 在TWA檢測研究中，需要對心電信號進行預處理，即信號去噪和特征點檢測。小波分析以其多分辨率的特性和表征時頻兩域信號局部特征的能力成為我們選取的心電信號自動分析手段。文中采用小波變換將原始心電信號分解為不同頻段的細節信號，根據三種主要噪聲的不同能量分布，采用自適應閾值和軟硬閾值折衷處理策略用閾值濾波方法對原始信號進行去噪處理：同時基于心電信號的特征點R峰對應于Mexican-hat小波變換的極值點，因此我們使用Mexican-hat小波檢測R峰，通過附加檢測方案確保了位置的準確性，并根據需要提出了T波矩陣提取方法。 隨后文章介紹了T波交替的產生機理及研究進展，分別從臨床應用和檢測方法上展現了目前TWA的發展進程，并利用了譜分析法、相關分析法和移動平均修正算法分別從時域和頻域對一些樣本數據進行T波交替檢測。在檢測中譜分析法抗噪能力較強，但作為一種頻域檢測方法，無法檢測非穩態TWA信號，而相關分析法受呼吸、噪聲影響較大，數據要求較高，因此可以在譜分析檢測為陽性TWA基礎上，再對信號進行相關分析，從而克服自身算法缺陷，確定交替幅度和時間段。最后對影響檢測結果的因素進行討論研究，從而降低檢測誤差。 文章還設計了T波交替檢測技術原理性樣機的關鍵部分電路和軟件框架。硬件部分圍繞ARM核的Samsung S3C44BOX為核心，設計了該樣機的關鍵電路，包括采集模塊、數據處理模塊(外部存儲電路、通信接口電路等)。其中在采集模塊中針對心電信號是微弱信號并且干擾大的特點，采用了具有高共模抑制比和高輸入阻抗的分級放大電路，有效的提取了信號分量：A/D轉換電路保證了信號量化的高精度。利用USB接口芯片和刪內部異步串行通訊實現系統與外界聯系。系統軟件中首先介紹了系統的軟件開發環境，然后給出了心電信號分析及處理程序設計流程圖及實現，使它們共同完成系統的軟件監護功能。
上傳時間： 2013-07-27
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隨著國民經濟的發展，電力電子設備得到廣泛應用，使得電網中的諧波污染越來越嚴重，極大地危害了電力設備的安全運行。電網中的諧波成份非常復雜，因此諧波的檢測分析，是消除或降低諧波污染的前提。 通過大量資料的收集、閱讀及相關技術的研究，本文分析了嵌入式系統在電力系統測控中的應用優勢，設計了以ARM7TDMI內核處理器LPC2214為核心的電網諧波檢測分析系統。系統主要實現低壓配電網三相電壓、電流的諧波檢測與分析，包括電量數據采集和諧波分析兩個部分。詳細分析了諧波檢測分析系統的工作原理，明確了系統功能需求，對系統各模塊進行了設計，通過多路同步采集將電網電量數據輸入系統，在處理器中完成數據倒序處理和快速傅立葉變換等相關的運算處理工作，可以得到各次諧波含量。 通過文中設計的硬件同步電路，可以準確獲得電網信號三相電壓與電流周期，通過同步采樣的方法，消除或減小因快速傅立葉變換存在的頻譜泄漏和柵欄效應的誤差。結合諧波檢測分析的需求與FFT算法的特點，為了減小響應時間，提高運算速度，采用了實序列快速傅立葉變換對數據的整合運算，即通過一次快速傅立葉變換運算，完成各相電流與電壓兩組數據從時域到頻域的轉換，并分析得到頻域幅值和時域幅值之間的線性關系，避免了傅立葉反變換運算，提高了運算速度，實現諧波的準確檢測。 最后經過樣機測試證明，本文設計的電網諧波檢測與分析系統能夠準確、可靠的實現諧波含量的檢測與分析。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著國內工業化、數字化的迅速發展，嵌入式開發在IT行業中的重要性越來越顯著。嵌入式開發領域對產品的功能性、穩定性、實時性等方面的要求也越來越高。 采用嵌入式實時操作系統作為開發平臺，以高性能的嵌入式處理器為工業控制等領域的主控制器可以有效地提高系統的可靠性、實時性、和軟件編程的靈活性。在嵌入式處理器方面，ARM構架已經在高性能、低功耗、低成本的嵌入式領域里占領先地位。而在嵌入式操作系統方面，適合國內發展方向的解決方案以及系統基礎結構方面并不理想。首先，國外成熟的嵌入式實時操作系統大都成本高、結構復雜，不適合強實時應用；其次，因大部分實時操作系統不公開源碼，使開發的產品存在安全隱患。而類似μC/OS-II的小型強實時嵌入式操作系統內核雖然具有低成本、易控制、小規模、高性能等特性，但這類系統的基礎較為薄弱，面臨產品化和商業化還有一定的距離。 本文針對這種情況，結合現有的操作系統內核理論及嵌入式強實時系統的特殊需求，特別是對μC/OS-Ⅱ的研究分析基礎上，面向強實時應用，設計、構造了一種適合在32位ARM處理器環境下使用的內核。這樣做的目的是為了提供一個基礎牢固、值得信賴的基本平臺。 本文研究工作主要集中在以下幾個方面： 針對嵌入式環境中高效、簡潔、易擴展、易剪裁的要求，對內核體系結構框架進行了設計。內核整體上采用分層結構，在各層中采用功能相對獨立的模塊：在最底層借鑒微核的原理，只提供最基本的功能模塊。 針對系統快速和穩定的實時響應能力需求，為IRQ中斷建立了統一的中斷入口，采用合理的半嵌套工作方式；保留FIQ為不可屏蔽中斷，在快速反應場合使用；引入中斷分段處理機制解決中斷和任務的ITC機制共享，需要硬保護機制相互協調所引起的硬保護機制被隱性地泛濫使用問題。 針對應用提出的系統行為的可預測性需求，在調度算法方面采用基于優先級位圖的搶占閾值調度算法，提高了處理器的利用率和任務集合的可調度性，減少了內核存儲開銷；在共享資源訪問控制方面，以優先級天花板協議為依據，使用互斥事件解決優先級反轉和死鎖問題的發生。 為了保障系統的強實時性能，本文還對內核的時鐘管理、內存管理等方面進行了設計。最后，通過實時性能測試，結果表明該實時內核有很好的強實時特性。
上傳時間： 2013-04-24
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作為交流異步電機控制的一種方式，矢量控制技術已成為高性能變頻調速系統的首選方案。矢量控制系統中，磁鏈的觀測精度直接影響到系統控制性能的好壞。在轉子磁鏈定向的矢量控制系統中，轉矩電流和勵磁電流能得到完全解耦[1]。一般而言，轉子磁鏈觀測有兩種方法:電流模型法和電壓模型法。磁鏈的電流模型觀測法中需要電機轉子時間常數，而轉子時間常數易受溫度和磁飽和影響。為克服這些缺點，需要對電機的轉子參數進行實時觀測，但這樣將使得系統更加的復雜。磁鏈的電壓模型觀測法中不含轉子參數，受電機參數變化的影響較小。矢量控制計算量大，要求具有一定的實時性，從而對控制芯片的運算速度提出了更高的要求。 本文介紹了一種異步電機矢量控制系統的設計方法，采用了電壓模型觀測器[2]對轉子磁鏈進行估計，針對積分環節的誤差積累和直流漂移問題，采用了一種帶飽和反饋環節的積分器[3]來代替電壓模型觀測器中的純積分環節。整個算法在tms320f2812 dsp芯片上實現，運算速度快，保證了系統具有很好的實時性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著人們對于數字視頻和數字圖像的需求越來越大，數字電視廣播和手機電視迅速發展起來，但是人們對于數字圖像質量的要求也越來越高。對于觀眾來講，畫面的質量幾乎是最為重要的，然而由于信道傳輸特性不理想和加性噪聲的影響，不可避免地會產生誤碼，導致圖像質量的下降，甚至無法正常收看。因此，為了保障圖像質量就需要采用糾錯編碼(又稱信道編碼)的方式來實現通信。在數字視頻廣播系統(DVB)中，無論是衛星傳輸，電纜傳輸還是地面傳輸都采用了信道編碼。 本文首先深入研究DVB標準中的信道編碼部分的關鍵技術；然后依照DVB-T標準技術要求，設計并硬件實現了數字視頻傳輸的信道編解碼系統。在該系統中，編解碼器與信源端的接口利用了MPEG-2的視頻傳輸接口同步并行接口(SPI)，這種接口的應用讓系統具有很強的通用性；與信道端接口采用了G.703接口，具有G.703接口功能和特性的數據通信設備可以直接與數字通信設備連接，這使得應用時對于信道的選擇具有較大的靈活性。 在深入理解RS編解碼算法，卷積交織/解交織原理，卷積編碼/VITERBI譯碼算法原理的基礎上，本文給出了解碼部分的設計方案，并利用Xilinx公司的SpartanⅢ系列XC3S2000芯片完成方案的硬件實現。在RS解碼過程中引入了流水線機制，從而很大程度上提高了解碼效率。解交織器部分采用了RAM分區循環法，利用對RAM讀寫地址的控制實現解卷積交織，這種方法控制電路簡單，實現速度比較快，代價小。VITERBI譯碼器采用截尾譯碼，在幾乎不影響譯碼準確度的基礎上大大提高了解碼效率。
上傳時間： 2013-07-16
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近年來，隨著控制系統規模的擴大和總線技術的發展，對數據采集和傳輸技術提出了更高的要求。目前，很多設備需要實現從單串口通信到多路串口通信的技術改進。同時，隨著以太網技術的發展和普及，這些設備的串行數據需要通過網絡進行傳輸，因而有必要尋求一種解決方案，以實現技術上的革新。 本文分別對串行通信和基于TCP/IP協議的以太網通信進行研究和分析，在此基礎上，設計一個嵌入式系統一基于APM處理器的多路串行通信與以太網通信系統，來實現F8-DCS系統中多路串口數據采集和以太網之間的數據傳輸。主要作了如下工作：首先，分析了當前串行通信的應用現狀和以太網技術的發展動態，通過比較傳統的多路串口通信系統的優缺點，設計出了一種采用CPID技術和CAN總線技術相結合的新型技術，并結合F8-DCS系統數據量大和實時性高的特點，對串行通訊幀同步的方法進行了詳細的研究。然后，根據課題的實際需求，對系統進行總體設計和功能模塊劃分，并詳細介紹了基于ARM7處理器的多路串口通信接口、以太網通信接口以及二者之間的數據傳輸接口的電路設計。在軟件設計上，對系統的啟動代碼、串行通信協議、串口驅動以及多串口與網口間雙向數據傳輸等進行了詳細的論述。最后，將上述技術應用于某大型火電廠主機F8-DCS系統I/O通訊網絡的測試與分析，達到了設計要求。
上傳時間： 2013-07-31
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