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关键词： 信息融合技术   导航信息   硬件设计   软件设计  

摘要： 为了缩短获取舰船导航信息的时间,保证船舶航行的可靠性,提出基于信息融合技术的舰船导航信息系统设计。在信息融合技术的基础上,通过舰船导航信息接收机电路设计和电源适配器设计,完成系统的硬件设计;基于舰船导航信息的提取和DWA算法改进设计,完成系统的软件设计,实现舰船导航信息系统设计。测试结果证明,基于信息融合技术的导航信息系统与基于GPS的导航信息系统相比,获取导航信息的时间明显缩短。

关键词： 电动牵引车系统   模糊PI控制   PI控制   PWMONPWM调制   硬件设计   控制程序  

摘要： 最近几年,我国高速铁路修建速度和里程迅速增长,接触网作为高铁的主要供电设备,影响着列车运行的安全性,需要定期对接触网参数进行检测。由于雷达、超声波、激光等测距传感器以及计算机和图像识别技术的发展,非接触式和自动化检测开始快速发展,已经成为现在接触网主要检测方法。接触网检测装置一般安装在检测车上或由牵引车牵引实现自动化检测,一种操作简单、运行平稳、工作稳定的电动牵引车成为铁路部门的需要,本文主要研究用于高铁接触网检测的电动牵引车系统。首先,根据铁路检测特点和要求设计了牵引车的机械结构并完成了参数选型,包括导向轮、驱动轮、驱动装置、操作平台、底层控制板、电池、照明灯、示廓灯。采用双电机驱动,通过操作平台完成牵引动作的控制,包括加速、减速、定速巡航以及刹车等操作,通过底层控制板完成电机和灯光的底层控制,牵引车体积较小、方便搬运,能够完成牵引任务,确定了电动牵引车控制系统总体设计方案,为后续具体设计明确了方向。其次,研究学习了无刷直流电机的结构、换相过程以及数学模型,采用电流转速双闭环控制,使用Matlab/Simulink软件搭建仿真模型,通过对仿真结果分析,转速环和电流环使用模糊PI控制和PI控制策略,采用PWMNWM调制方式电机控制效果较好。使用Altium Designer 10软件完成了控制系统的电路原理图以及PCB设计,能够驱动带有位置传感器和无位置传感器的无刷直流电机,完成控制系统的硬件设计。最后,通过Keil 5软件完成系统控制程序的编写。对控制系统各个模块的功能以及铁路线上牵引效果进行测试,测试结果表明电动牵引车能够完成具体的控制功能以及牵引任务,具有一定的试验与推广价值。

关键词： 健康信息感知系统   硬件设计   软件开发   多元可穿戴传感器  

摘要： 慢性病如今已成为威胁人类健康的最严重的疾病之一，其发病率在我国人口中呈现逐年递增的趋势，给人类的健康安全带来极大的威胁，同时我国老龄化问题严重，老年人的健康监护问题也越来越引起社会的关注。不仅是老年人，许多年轻人也患有高血压心脏病等疾病。而当今国内仍有很多地区面临着医疗资源分布不均匀，医疗费用高，医护人员匮乏等问题，从而导致大量慢性病患者不可能长期住院进行观察和治疗，同时由于慢性病患者无法实现居家健康监护，因此对人体的生理健康居家监护就显得尤为重要。针对以上问题，本文采用可穿戴心电、血氧和血压三款设备对居家者的生理数据进行采集，研究出一个多元生理信号的健康信息智能感知系统。该系统能够对居家人体进行多个生理信号的监测，实时数据分析，并将分析结果发送至网关和手机端，实现和家居设备联动。同时该系统能实时判断居家人体健康状态，可以自动调节周围环境使居家者处于最佳休养环境中，减缓居家者身体上的不适，达到辅助医疗的效果，最终实现对居家人体健康的智能化监测。主要研究内容和创新如下：　　（1）多元传感器健康信息感知方案的研究：根据医院对患者健康监护的实际需求，确立选用自主设计的可穿戴心电、血压和血氧三款设备作为人体生理监测传感器。提出三种设计方案，再根据大量实际测试和方法论证，确定系统的整体方案是以蓝牙为通信方式，以智能感知系统为核心处理器。并采用多对一蓝牙通信方案，同时从数据传输的实时性、准确性和稳定性三个方面对蓝牙进行完善和性能提高。　　（2）多元传感器数据核心处理系统的建立：根据实际应用需求，建立了一个多元传感器的数据处理系统。完成了该核心处理模块硬件和软件两方面的设计与实现，该系统基于STM32芯片和CC2640蓝牙芯片，集成了通信和数据处理两个功能。在通信方面，实现数据的下行多对一接收和上行一对二发送。在软件中，实现对三款可穿戴设备数据的实时采集，并对心电血氧血压三个生理参数进行实时特征提取，其中采用差分阈值法对心电数据特征提取，并根据多生理参数分级判断人体健康状态，实现人体心电血氧和血压的健康监护并能够依据人体健康状态实时控制居家环境设备。　　（3）健康信息处理程序的优化：根据人体生理健康监测实时性的要求，需要处理器对数据实时处理和分析，为此本文对数据处理核心模块从软件层面进行优化。提出基于软件流水的优化方案，采用并行处理分析数据，缩短了处理系统的计算时间，实现高性能的实时数据分析和计算。提高整个系统的数据处理速度，充分发挥系统的工作性能。　　本文还针对以上设计内容进行系统测试，选取10名志愿者分别进行了3组测试。测试结果验证了该系统能够实现对居家人体的实时监护，并且能实时控制居家者周围环境和家居设备。该监护系统功能完善可靠，有较高的使用价值。

关键词： 高采样率   数据采集   时间交替采样   示波器   高分辨率  

摘要： 随着集成电路产业的蓬勃发展，信号检测的难度日趋复杂。为了更好的完成对更复杂信号的测试分析的任务，对高带宽、高采样率以及高分辨率的数据采集系统提出了更高的要求，因此具有高采样率高带宽指标的高分辨率示波器正逐渐占据市场的份额，成为电子测量仪器的重要组成部分。JESD204B串行传输协议相比传统的并行传输有着明显的速度优势，在单片模数转换器(ADC)中的应用较多，但在时间交替采样(TIADC)系统中研究极少。本文的研究内容如下：　　一、完成基于10GSPS的TIADC采集模块的硬件框架总体设计。通过对TIADC技术的研究，设计了10GSPS数据采集模块的总体框架。并对关键电路模块进行详细的设计分析，给出各模块的设计方案。　　二、完成数据采集模块的硬件电路设计。设计基于开关电源加线性电源的稳定可靠的电源方案;完成关键器件的选型包括FPGA以及ADC和锁相环，并且设计ADC、FPGA、以及锁相环的外围配置电路;完成满足串行协议的JESD204B的时钟硬件方案设计;完成大容量存储的硬件设计。　　三、完成高速数据接收和处理模块的设计。设计一种采用JESD204B串行协议的高速数据接收同步的方案，并且利用其协议本身的子类1的确定性延迟同步方案实现单通道多链路同步，以及多器件同步。完成数据拼合，数字触发，并行抽点和波形平均的功能设计，实现了波形的正确重构和显示。　　四、完成10GSPS系统的多通道的频响的非一致的研究，拟对多通道系统的频响进行分析，研究一种基于时变滤波的误差重构和误差校正技术，使得系统稳定可靠并且具有良好的实时性，在FPGA内部实现该算法，并验证该方法的可行性。　　通过对采集模块的调试和整机性能的测试，本文设计的10GSPS示波器数据采集模块的实时采样率、模拟带宽、有效位数等主要指标达到设计要求，采集系统的性能和TIADC技术达到国内领先水平。

关键词： 电池管理系统   AD7280A   SOC估算   磷酸铁锂电池   硬件设计  

摘要： 电池管理系统(Battery Management System,BMS)是电动汽车及电动物流装备的核心部件,是连接动力电池组与电动车辆的重要纽带,其性能决定了电动车辆的动力性能与续航里程,对于电动汽车及电动物流装备的推广使用起到了关键促进作用。电动汽车的电池管理系统,直接决定了电池组本身存储的能量能否充分、安全、有效地利用。对电池管理系统的关键技术进行研究,开发具有国内外先进技术水平的电池管理系统,具有非常重要的理论研究意义和实际应用价值。本论文的主要工作有:(1)分析了电池管理系统的国内外现状及发展趋势,总结出电池管理系统的关键技术;(2)以磷酸铁锂电池构成动力电池组,设计并实现了其电池管理系统,包括以STM32微控制器和AD7280A为核心的硬件电路,以及系统软件;(3)针对电池SOC(State of Charge,荷电状态)估计的不足,在传统安时积分法的基础上,考虑电池充放电电流因素、老化因素以及环境温度因素等,提出改进的安时积分法估计SOC;(4)搭建了电池管理系统实验测试台,对论文所设计的电池管理系统软硬件进行测试;论文面向电池管理系统的关键功能,针对当前电池管理系统存在的电池电压、电流采集精度较低,电池组无均衡或均衡时间慢,SOC估计精度较低等问题,从电池管理系统的优化设计、高效均衡控制及高精度SOC估计三个方面开展论文的设计和研究。所设计的电池管理系统以AD7280A和STM32F103为核心,从电源模块、电压电流采集、均衡控制、充放电控制、通信单元等方面开展具体设计;在硬件电路的基础上,实现了电池管理系统的电压电流状态监测、SOC估计、均衡管理等软件功能;以12节磷酸铁锂电池构成动力电池组,对所设计的电池管理系统进行测试,测试结果都符合设计指标要求。

关键词： 双离合器式自动变速器   电子控制器   硬件设计   软件开发   控制策略  

摘要： 本文着眼于双离合器式自动变速器（Dual-Clutch Transmission，简称DCT）的电子控制器硬件、软件、控制策略的开发及其验证，结合人-车-路闭环系统思想，开展研究工作。　　首先阐述了DCT行业的发展趋势和发展潜力，分析了DCT起步控制策略、换挡控制策略、换挡规律、驾驶员意图识别、行驶环境识别、车辆状态识别、嵌入式控制系统开发等关键技术的国内外研究现状。　　以一款6速湿式DCT为具体研究对象，深入分析了其工作原理、系统组成和具体工作过程，建立了DCT动力传动系统物理模型，分析了DCT换挡过程，并在MATLAB/Simscape仿真平台中搭建了DCT汽车数字仿真模型。　　参考V型开发流程进行DCT电子控制器硬件电路的设计开发，依次定义设计需求、设计硬件架构、设计硬件组件电路、验证和测试，并讨论了提高硬件电路可靠性的具体措施，最终开发了具有完整功能、可靠性能的DCT电子控制器硬件电路。　　基于AUTOSAR软件架构思想进行DCT电子控制器嵌入式软件开发，分析了设计需求，分别设计了基础软件层和应用软件层的软件架构，在基础软件层中编写了C语言程序，基于MATLAB/Simulink设计了应用软件层各个模块的软件组件，完成了信号输入接口模块、行驶策略模块、换挡协调控制模块、挡位控制策略模块、同步器控制模块、挡位液压控制模块、离合器控制策略模块、离合器转矩控制模块、离合器压力控制模块、主油路和冷却控制模块共十个功能模块。　　基于人-车-路闭环系统的原理，进一步提出完善应用层软件中关键控制策略和解决难点的方法。设计了基于驾驶员意图和模糊控制理论的起步控制策略，对不同的驾驶员操作、不同的车重等人和车的因素均具有良好的适应性。基于DCT动力传动系统物理模型分别设计了动力性换挡规律和经济性换挡规律，分析了人-车-路因素对换挡规律的影响，设计了考虑驾驶员意图的综合换挡规律，兼顾动力性和经济性。指出原换挡规律可能发生意外换挡的不良现象，分析其原因，设计了基于动态局部坐标系的意外升挡现象消除方法，有效抑制车辆在减速和下坡时的意外升挡现象。　　随后对DCT电子控制器进行了验证和试验。在MATLAB/Simulink环境中建立模型在环仿真平台，分析了应用层软件在恒定油门行驶工况、标准循环工况及具体换挡过程中的表现，从模型层面验证了应用层软件达到设计需求。随后MATLAB RTW工具进行了自动代码生成工作。搭建了软件在环仿真平台，把自动生成的C代码的输出结果与模型的输出结果比较，验证了二者的等效性。　　综上，本文完成了基于人-车-路闭环系统的DCT电子控制器硬件、软件、控制策略的开发及其验证。　　最后对本文工作内容进行总结，简要指出了进一步工作的方向。

关键词： 机内测试   功率测量   频率测量   全数字中频   边界扫描测试  

摘要： 随着信息技术和半导体工艺的发展与进步,装备中集成电路的占比越来越高。为了保证装备的可靠性及安全性,可测性设计成为电路设计中必须考虑的一个步骤。通信系统作为直接决定装备能否正常工作的核心模块,因此设计针对通信设备的机内测试系统十分必要。机内测试的目的是将故障定位到外场或内场可更换单元,进而快速的完成对故障单元的更换,保障装备的作战能力。本文基于以上背景,从机内测试的角度研究了通信设备的内部构成,设计了一种应用于通信设备故障诊断的机内测试系统的硬件平台。所设计的机内测试系统融合了数字电路的边界扫描测试方式与传统模拟信号参数测量方式,主要研究内容如下:1.通过分析机内测试的特点以及通信设备的测试需求,并将GJB2547A-2012《装备测试性工作通用要求》纳入设计指导,给出了通信设备机内测试系统的架构并完成了硬件平台总体方案的设计。2.基于Xilinx全可编程SOC芯片,完成了BIT(Built-in Test)系统的串行总线协议和BIT主系统中PL(Programmable Logic)的逻辑电路设计,实现了主系统与各测试分系统单元的通信、主系统与上位机的通信以及故障显示等功能。3.针对测试需求中的无源测试点,设计了模拟BITE(Built-in Test Equipment)、中频BITE和射频BITE电路。首先使用8通道ADC对低频和直流信号进行循环监测。然后基于带通采样和正交解调理论,在FPGA中完成了中频调制信号的数字下变频和抽取滤波。最后依据等精度测频原理和TRMS功率测量方法,设计了分频和检波电路,实现了射频信号功率和频率的测量。4.基于IEEE1149.1协议标准,设计了有源测试点的数字BITE测试分系统。覆盖的可测指令包括IDCODE、SAMPLE/PRELOAD、EXTEST、HIGHZ等。同时设计了可模拟故障的待测电路和扫描链路,完成了对数字模块的边界扫描测试控制器的测试功能验证。论文最后使用标准信号源模拟通信设备中的测试点信号,同时通过上位机软件下发测试命令,对所设计的机内测试系统硬件平台进行了全性能指标测试。测试结果表明硬件平台能够稳定工作且各BITE分系统的测试结果均达到指标要求,本文的设计达到预期的目标。

关键词： 双向全桥DC-DC变换器   移相控制   电流应力   硬件设计   UCC3895  

摘要： 近年来随着科技的快速发展,全球对能源的需求与日剧增,石油、煤炭等传统能源的日益枯竭,新能源的开发和高效利用是当今世界的必然选择。将能源发电设备与储能装置相结合,则可建立一个完整可靠的储能系统,可用于“削峰填谷”提高能源利用率。双向全桥DC-DC变换器因其结构对称,功率密度较高,可以作为电网与储能装置能量双向流动的桥梁被广泛应用于各种储能系统中。本文首先对双向DC-DC变换器的工作原理、主要的拓扑结构以及控制方式进行了介绍,通过绘制电路波形,根据波形的关键节点,对隔离型双向全桥DC-DC变换器在传统移相控制策略下工作的微观过程进行了详细的分析,全面研究了传统移相控制策略下变换器的系统特性,包括功率回流特性、电流应力、软开关特性、死区影响及补偿措施等。为了解决传统移相控制在输入输出侧电压不匹配时,电感电流应力大等问题。在传统移相控制策略的基础上,通过增加桥内移相角,提出一种改进的移相控制策略,对改进后的变换器的微观过程以及系统特性与传统移相控制方式下的进行了对比分析,对比发现在同一功率传输下,改进策略下的电感电流应力大大降低,回流功率减少,同时电压调节范围变得更加灵活。通过Saber仿真软件搭建了隔离型双向全桥DC-DC变换器的仿真模型,对传统移相控制和改进后的移相控制策略进行仿真分析,仿真了变换器的各个节点的关键电压电流波形,及电感电流应力大小。验证理论分析的正确性。最后在理论分析的基础上进行硬件电路设计,搭建了基于UCC3895的小功率实验样机,进一步验证理论分析的有效性和可行性。

关键词： 多波束成像声纳   三维位置信息   嵌入式GPU   数据处理  

摘要： 随着海洋强国战略体系的提出,海洋探测领域受到的关注日益增长。作为海洋探测的关键技术之一,多波束成像声纳具有测深、避障、定位等多种用途,在水下目标定位、海上应急救援、沉积物打捞等领域有着十分广阔的应用前景。为此,本文研究开发了基于嵌入式GPU的多波束成像声纳数据处理系统。该系统以嵌入式GPU模组Jetson TX1为核心,配合高性能FPGA,实现对四条线阵共400路声学信号的同步采集、传输与数据处理工作。本系统包括数据接收子系统和信号处理子系统两部分,数据接收子系统首先对接收换能器的模拟输入信号进行信号调理和A/D同步采样,再通过Spartan-6 FPGA对采样数据进行DFT计算,并将结果以并行方式传输给信号处理子系统;信号处理子系统通过Artix-7 FPGA实现对DFT数据的接收与缓存,并通过PCIe总线将数据上传至Jetson TX1模组完成波束形成计算和互谱法方位估计,最后将结果发送至上位机进行实时显示。本文对所设计的硬件系统进行测试,各项结果均满足指标。在整机湖试中,系统可以对水下二维声学图像进行实时显示,对目标进行定位并标注三维坐标数据。系统具有成像清晰、实时性强、探测范围广、使用灵活性高的特点,达到了设计要求。

关键词： 杂凑运算   SM3   高速设计   现场可编程门阵列  

摘要： SM3算法是国家标准商用密码杂凑算法,广泛应用于数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成等领域。介绍了SM3算法的基本流程,分析了SM3算法高速实现的3种方法,提出了基于双重流水同步迭代的SM3算法高速硬件设计方法,进行了模拟验证和FPGA设计实现,给出了算法性能和综合结果,结果表明所提方法具有较高的运算性能。