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关键词： 超声成像   聚焦成像   可调节的广义相干系数   归一化自相关系数   自适应加权  

摘要： 超声成像技术是医学影像诊断设备主流的研究方向之一,因其操作方便、可实时监测等优点,受到医疗机构广泛的关注。近些年来,随着科学技术的不断发展,诸多科研人员开始拓展新的超声成像应用领域和进一步提高超声成像质量。因此,为了获取更多的超声成像原始数据,国内外诸多科研团队开始研发具备研究功能的超声成像实验系统。首先介绍实验室团队设计的多通道超声成像实验系统的基本结构,并着重阐述本文所完成的控制程序设计、程序仿真以及成像结果验证等内容。实验系统可自定义实现不同的超声成像方式,从而获得所需的超声成像原始数据,同时具备成像方式自定义性、超声通道可扩展性等优点,为以后超声成像算法的研究打下基础。其次设计了一套超声聚焦参数生成与复合成像软件系统,并且配合上述实验系统,通过设定超声成像相关参数,实现各种聚焦成像方式以及后期的超声成像显示。此外,软件系统不仅可以配合本文设计的实验系统进行多功能的超声成像,亦可以适用于其他研究型的实验系统实现超声成像的显示。最后提出一种应用于远聚焦超声成像的自适应加权算法,以实现高质量的超声成像。为此,我们先提出了一种可调节的广义相干系数(adjustable Generalized Coherence Factor,a GCF),该系数是基于广义相干系数(Generalized Coherence Factor,GCF)的基础上拓展而来,随后将该加权系数与归一化自相关系数(Normalized Auto-correlation Factor,NAF)融合形成新的自适应加权系数进行远聚焦超声成像。通过仿真和实验的结果表明,新系数的加权算法相比于传统的相干系数(Coherence factor,CF)加权算法和NAF加权算法等,可以提高远场成像区域内的背景成像质量,从而进一步提高成像的综合质量。

关键词： 药剂灌装检测系统   硬件设计   软件开发   人机交互  

摘要： 随着科技的发展，药剂灌装检测系统的自动化程度不断提高、功能不断完善，但其人机交互设计还停留在较为初级的阶段，没有得到应有的同步发展。为了将先进的人机交互研究成果应用到新设备、新技术中，切实提高检测设备的用户体验与可用性，本文针对药剂灌装检测系统进行人机交互设计与研究，将系统人机交互设计分为硬件、软件两个方向。本文的研究内容主要包括以下四方面：　　首先，利用访谈法和观察法总结系统人机交互设计需求，同时利用马斯洛需求层次原理和责任分散效应深入挖掘用户的内在需求，将系统人机交互设计需求总结为项目需求、用户需求、用户心理三个方面。　　其次，根据系统人机交互设计需求总结研究内容，提出系统硬件、软件人机交互设计的设计思路、技术路线、研究重点。　　再次，基于感性工学研究系统硬件造型设计，应用问卷调查法获得用户对系统外观造型的感性需求，应用类目层级法拓展感性需求，总结需求对应的设计要素，再应用层次分析法得到感性需求权重，并基于设计要素利用语义差异法、调查问卷法得到用户更喜爱的检测系统外观造型特征，如嵌入式控制系统、条形把手、柱形脚等。同时，基于人机工程学，利用人体尺度、施力特征，得到人体立姿工作状态下触摸屏界面的最优尺寸范围、人眼和手臂的最佳活动范围。根据以上研究得到系统硬件外观造型设计方案，应用语义差异法评价方案，得出方案可以较好满足用户感性需求的结论。　　最后，基于人机界面可用性理论研究系统软件人机交互设计，从系统软件操作的角度，归纳离散信息数据，得到系统任务流程与逻辑架构;从界面总体设计角度，得到界面导航与布局设计方案;从界面组成元素角度，基于视觉感知分层原理与色彩设计理论得到界面色彩设计，基于人机界面设计理论与触摸屏设计规范得到界面字体、图标、控件设计。根据以上研究最终得到系统软件人机界面设计方案，并应用色彩的视觉引导特征得到界面操作流程设计方案，应用可用性理论与界面布局美度评价，从两个角度评价界面设计方案，得出界面具有良好的可用性和布局美感的结论。　　总之，本文从人机交互的角度研究药剂灌装检测系统，并最终得到检测系统人机交互设计方案，希望本文应用的研究流程和方法可以为实际药剂灌装检测系统的人机交互设计方案推广提供参考依据。

关键词： 多功能   功能可重构   数字化仪   频率计   任意波发生器  

摘要： 随着电子测量仪器的快速发展,传统大型测试系统通常由多台单一功能的测试仪器组成,但由于数据交互速度慢、体积庞大、缺乏便携性和灵活性等缺点并不适用于现场快速测试与移动测试。本文针对传统电子测量仪器的功能单一、体积庞大、不能覆盖多种测试条件和测试环境等问题。定位当前电子测量仪器市场需求并对标国外主流型号的多功能小型化测试模块。设计了具备功能可重构、硬件可组态的多功能模拟信号测试模块。该模块为VXI单槽C尺寸模块,同时具备8通道的数字化仪、8通道频率计以及8通道任意波发生器,三种功能具备可重构的特性。不仅解决了多种功能联合测试、便携式测试、快速移动测试的需求,而且模块硬件可组态的设计理念在多个功能模块进行硬件组态后可大大提升电子测量仪器的测试范围以及测试能力。本文主要的研究内容包括:1、根据模块功能以及指标要求,采用小型化低功耗设计原则对多功能模拟信号测试模块的总体架构方案进行了设计。2、研究数字化仪、频率计、任意波发生器三种功能模块的解决方案,针对三种功能分别进行了硬件电路设计。最后提出了基于功能可重构、硬件可组态的设计思路,并对多功能模拟信号测试模块进行了功能可重构、硬件可组态化设计。3、研究基于DDR3的数据深存储逻辑实现细节。实现了采用简单用户逻辑接口对DDR3进行突发读写操作。设计了基于DDR3的高速数据采集实时存储功能。4、研究了高分辨率时钟分相频率测量方案,在FPGA内部实现了对信号进行1ns分辨率的测频、测周以及脉冲参数测量。5、研究任意波发生器数字逻辑实现方案。在FPGA内部实现了对外挂SSRAM存储器的直接频率合成,数字调制等功能。通过对以上内容的研究。本文设计了具备功能可重构、硬件可组态的8通道多功能模拟信号测试模块。在单一模块中实现了3种不同测量功能。使之能广泛的应用于某些极端复杂测试条件下的现场快速测试与移动测试。为多功能小型化集成测试系统打下了坚实的基础。

关键词： 探地雷达   接地网   图像处理   硬件电路设计  

摘要： 随着变电站电压等级的不断提高,电力设备的规范安装和运行维护受到更广泛的关注,其中接地网显得尤为重要,它不仅保证了电力系统的可靠运行,还保障了工作人员的人身安全。当设备中产生大电流情况时,接地网可以进行散流,防止电位升高,从而确保电力设备安全运行。接地网由于长期处于地下,可能会发生以下问题:如接地网表面阻值增大、接地网均压效果差、接地网与电气设备的连接环节出现问题、接地装置发生腐蚀现象、水平接地体敷设深度不达标等等。因此,检测接地网的规范安装和正常运作十分重要。在探测接地网的过程中,地面建筑物及地下隐蔽物等因素会对探测造成阻碍。传统措施多采用开挖测量或间接测量,工作量大、进度慢、验收的结果缺少明确的数据支撑,而且要求验收人员具有丰富的经验。探地雷达（Ground Penetrating Radar）作为一种使用广泛的无损探测手段,它的优越性体现在速度快、过程连续、分辨率高和使用方便灵活等方面,将作为未来地下设备检测的首选方法。本文对探地雷达的原理充分了解后,对其A-Scan、B-Scan、C-Scan三种回波信号进行分析,以及了解雷达参数选择对探测的影响。通过介质特性、雷达参数、接地网样式的学习,采用GPRMAX仿真进行电力接地网正演模拟。根据正演模拟后的仿真结果,利用MATLAB对回波信号进行图像处理,包含了对回波图像的预处理和目标提取。预处理包括直达波的滤除和目标图像的边缘提取,为了消除目标以外的干扰,并同时强化目标区域,对图像采用Roberts、Lo G、Canny三种算子进行边缘检测,通过背景二值化的方法区分目标和背景区域。将区分后的双曲线目标进行坐标数据提取,输出数据的离散点图像并提取双曲线顶点坐标,再基于最小二乘法对双曲线进行拟合。通过顶点坐标的提取和双曲线参数信息,进行目标的深度和半径计算,验证与仿真设置参数间的误差率,从而证实GPR可用于对接地网的检测。通过研究大量资料,对基于雷达的接地网探测仪进行初期开发。对信息采集板基本硬件电路进行构想,采用FPGA作为主控芯片,利用DDS发射天线信号,通过AD采样对回波信号进行收集,由上位机发射指令,网口、定位和测距等模块作为辅助,达到模拟雷达探测的基本功能。图[76]表[8]参[68]

关键词： CAN总线   车身电器   硬件设计  

摘要： 随着车联网、智能汽车、无人驾驶技术的飞速发展,汽车电器之间已不再是点对点之间的通信,整个汽车形成了一个车载网络.在这样的背景下,对汽车元器件之间的传输速率和信息量要求不断提高,信息交换成为难题.CAN总线在汽车领域应用广泛,为解决此问题提供了可能.

关键词： 全地形移动靶车   运动控制系统   增量式PID算法   硬件设计   软件架构  

摘要： 为了满足实弹射击训练中对靶车移动路线不断变更的要求,结合当下训练用靶车的发展情况,提出一种全地形移动靶车运动控制系统设计方案。主要研究内容如下:针对移动靶车的技术要求,提出运动系统整体设计方案,并以此为基础进行各部分设计。对比常用驱动轮,确定中心可转向轮作为驱动轮。根据靶车需求,确定STM32单片机作为主控制器,并完成各类电机与供电电源的选型。根据设计方案与结构参数,建立全地形移动靶车四轮驱动和四轮转向运动学模型。通过正逆运动学求解,确定移动靶车与各驱动轮之间的运动学关系。对靶车在匀速圆周运动、加速旋转运动与转角渐增运动情况下进行运动学仿真,获得各驱动轮的运动情况,验证靶车运动学模型的正确性,分析了靶车直行与原地旋转时的运动情况。根据靶车运动控制需求,提出PID算法,将其数字化得到增量式PID算法,实现轮毂电机转速的闭环反馈控制。分析研究了PID参数整定的方法,并调节参数实现对电机转速精准控制。结合主控制器和电机选型,提出了以STM32单片机为核心的整体硬件设计方案,完成单片机的最小系统设计。根据各类电机的选型,研究发送串口二进制指令来控制轮毂电机的方法,确定了以PWM方波控制为基础的舵机和步进电机的驱动模块。设计无线通信模块,选择了ESP8266芯片来实现串口转Wi-Fi功能。设计供电模块以满足各模块不同的电压需求。设计了由底盘操控、云台旋转、升降靶三大模块组成的控制系统软件架构,并确定整体运动控制流程。针对电机驱动模块,设计PWM控制程序,研究串口二进制指令控制轮毂电机的方式。在无线通信模块中,配置STM32作为TCP服务器。通过上位机对驱动器进行设置,完成轮毂电机的闭环调试。对靶车进行越障性能测试,验证了通过改变整车质心位置的方法来实现越障的方法。

关键词： 能量收集   输电线路   无线传感器节点   太阳能收集   振动能收集   超级电容   硬件设计  

摘要： 随着智能电网的建设和发展,无线传感技术在电力设备状态监控、电力系统故障诊断和输电线路的故障预警与定位等领域具有广阔的应用前景。输电线路是电网的重要组成部分,输电线路的定期巡检是保证电网正常运行的主要手段,而定期巡检浪费人力、财力、物力,因此采用状态检测。作为输电线路重要状态检测的耐张线夹传感器,其供电电源不能满足传感器长期可靠工作的需求。本文通过混合能量收集技术实现传感器节点长期自供电。本文首先根据输电线路耐张线夹无线温度传感器节点的能源需求,对太阳能和导线振动能的混合能量收集电路进行了分析和设计。主要研究工作如下:(1)对输电线路传感器的应用环境进行了分析,具体分析了传感器处于野外环境太阳能的特点和导线的振动特性。按照现有的无线自供电发展需求,提出无线温度传感器节点自供电的设计目标。(2)在不同光照,不同温度以及不同负载电阻下,分析了光伏电池的输出特性,建立了其数学模型。采用阻抗匹配的方法,使光伏电池工作在最大功率状态。针对弱光下,太阳能电池输出电压降低的问题,设计了一种既能提高电压传输比又能进行电压调节的变换电路,并通过matlab仿真验证了电路的功能。(3)针对线路振动能量收集,分析了输电线路的振动频率。通过有限元分析,设计适合于该环境的压电悬臂梁结构,建立了压电悬臂梁等效电路,确定了等效电路参数。(4)设计输电线路太阳能和压电振动能混合能量收集的电路,分析了混合能量收集电路同时输出能量时的工作状态,设计了整个系统的工作模式。5)对混合能量收集电路和无线通信模块进行了实验,验证了主要功能。

关键词： 便携式(微型)光谱仪   FPGA   近红外   探测系统   逻辑设计  

摘要： 近几十年来,近红外光谱技术得到了极大的发展,并在此基础上衍生了各种各样的近红外光谱仪器。因其定性和定量检测的独特优势,在农业生产、食品安全、石油化工、国家安全等领域被广泛使用。但传统的近红外光谱仪器有着体积较大,功耗较高以及价格昂贵等问题,限制了其应用环境。而MEMS技术的出现让近红外光谱仪器的光学结构得到了极大的优化,使得近红外光谱仪器的微型化得以实现。目前国内自产的微型近红外光谱仪器成本较高,因此研发一款高性价比的近红外光谱仪尤为重要。本课题对近红外光谱分析技术进行了研究,基于近红外光谱分析技术,研制了高速、高精度的数据采集系统,同时基于项目组自主研发的近红外光谱仪,设计和开发了多功能、高性能的近红外微型光谱仪并实现了近红外光谱检测,论文的主要研究内容和成果综述如下:1.介绍了本课题的研究背景,分析了近红外光谱仪研究的意义,并在此基础上阐述了近年国内外微型光谱仪的类型以及发展现状。2.介绍了光谱仪及近红外光谱分析技术的基本原理,近红外光谱分析技术的具体步骤及其优势。3.搭建了探测系统的整体框架,通过采用FPGA+ARM的硬件架构,实现了数据协同处理一体化的集成设计理念。基于近红外微型光谱仪的应用与元器件价格的考量,选用了高云GW1N系列FPGA芯片,滨松公司C14384MA的CMOS光电探测器件,亚德诺公司LTC2368CMS的AD转换器件以及意法半导体STM32系列微处理器。逐步完成了C14384MA的驱动电路设计,并根据CMOS器件输出信号分析设计了LTC2368CMS驱动电路、设计了FPGA配置电路、FPGA时钟电路、微处理器的最小电路系统及其外部设备电路设计和FPGA系统的电源电路设计。4.基于GOWIN软件对FPGA进行开发设计,包括:驱动模块、模拟前端接口模块、数据存储和处理模块以及控制模块。利用Verilog语言编写源文件设计驱动脉冲时序,ModelSim（Questa Sim）等软件进行仿真,最后通过Synplify pro软件生成资源报告。5.将FPGA配置文件下载到FPGA芯片中进行板级验证,通过对大豆光谱的检测验证了光谱仪系统的功能性,实现了光谱仪的微型化。

关键词： 永磁同步电机   直接转矩控制   SVPWM   硬件设计  

摘要： 同异步电机相比,永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、运行可靠、易于维护等优点,在航空航天、工业等领域得到广泛运用。直接转矩控制（DTC）自20世纪八十年得到成功运用后得到了广泛的关注,特别是如今随着DSP技术的发展,传统型的直接转矩控制得到了进一步的优化。本文对于基于占空比的永磁同步电机直接转矩控制进行了研究。本文的主要内容如下:（1）首先对PMSM的发展及其分类、控制策略做出介绍,对直接转矩控制在PMSM中的几种应用策略和目前及今后的研究热点进行了阐述。（2）对电机模型分析中常用到的坐标系进行介绍并对CLARK变换与PARK变换进行推导,对PMSM在不同坐标系下的数学模型进行详细描述并经过推导得到其转矩控制方法,根据其转矩的控制方法得到DTC技术应用于PMSM中的可行性。根据逆变器的拓扑结构对电压矢量进行定义并对其对于电机转矩和定子磁链的作用进行分析。（3）利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建PMSM的直接转矩控制的各仿真模块图进行仿真并对仿真结果进行分析比较,通过比较发现电机性能并未得到有效改善。（4）构建基于空间电压矢量脉宽调制的PMSM的直接转矩控制模型。通过对仿真结果的分析比较得到基于空间电压矢量脉宽调制的PMSM直接转矩控制没有削弱系统的动态特性但减小了系统的转矩脉动。（5）构建了以数字信号处理器TMS320F28069为核心的PMSM电机控制系统的硬件电路设计,详细介绍了主电路参数设计、功率器件选型、母线电压和相电流采样电路、驱动电路设计、位置信号检测电路设计和键盘输入电路设计;并初步给出了系统的软件设计。

关键词： 二维修正   增量式码盘   莫尔条纹   硬件设计  

摘要： 本文的目的是对二维修正弹体舵片姿态测量,设计了一套用增量式码盘来测舵片姿态的系统.本设计主要运用反射式光电传感器,型号为ITR8307,设计硬件系统,用光电传感器识别莫尔条纹,采用M/T法测速,对舵片在不同状态下进行识别、测量.