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关键词： 自主式水下航行器   电控系统   故障诊断系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 当今世界，陆地资源逐渐匮乏，而海洋却蕴涵着众多宝贵的资源，各国都把海洋资源开发列为发展重点。自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）是一种常见的水下探测装备和运载工具，在水下探测领域得到了广泛的应用。为了保障AUV在水下的正常作业，必须要保证内部电控系统的正常运行，而故障诊断系统可以实时准确地监测电控系统的整体运行状况，发现故障时会及时报警，采取应急措施，保障电控系统正常运行，是AUV完成各项任务的必不可少的一部分。因此设计一套安全稳定的故障诊断系统，确保AUV能在水下正常作业，成为AUV设计的一个关键所在。　　本文主要介绍自主式水下航行器电控系统的故障诊断设计，以硬件设计和软件设计为基础，结合CAN通信方式，详细地介绍了AUV故障诊断系统的具体实现方案。故障诊断系统的硬件设计主要包括对电控系统中的温湿度、气压、电池的电压电流等电控参数的监测、舱体泄露情况和接地故障的监测、运动控制故障诊断的监测及CAN通信外围电路等设计。各部分设计均以DSP作为控制处理器，进行监测数据的采集与传输;与主控机的传输方式采用了分布式CAN总线通信。软件设计方面，对各模块设计进行了软件设计流程介绍，并基于CCS开发环境，将嵌入式实时操作系统uC/OS-II系统移植到DSP平台上，进行多任务实时处理。　　本文基于信号分析对故障诊断设计进行了故障诊断网络的建立与基于小波变换的研究，针对研发与实验过程中遇到的故障，以及AUV运行过程中常遇到的故障进行了系统的分类与故障诊断网络建立，然后基于小波变换对故障诊断进行系统性的研究。　　最后通过实验分析，验证了故障诊断系统的可靠性和与稳定性。实验包括了故障诊断能力测试实验和联合调试实验，并以实验中采集到的监测数据为基础进行数据分析，论证软硬件设计合理性，最终评估该设计方案达到预期目标。

关键词： 微纳卫星   星载计算机   多任务管理   硬件设计   软件开发  

摘要： 近年来，小卫星的发射数量呈几倍或几十倍的速度迅速增长，其中微纳卫星的比重越来越大。星载计算机是微纳卫星的重要组成部分，作为整星星务管理的核心，星载计算机需要对数据处理与传输、姿态控制、遥测遥控、载荷运行等众多任务进行管理。随着星上功能越来越复杂，对星载计算机性能和可靠性的要求也越来越高。因此，研制多任务微纳卫星星载计算机具有重要的研究意义和价值。　　本文首先在对国内外星载计算机研究现状调研和分析的基础上，从微纳卫星星载计算机的功能需求和技术指标出发，提出系统总体设计方案。依据总体设计方案，开展了星载计算机的软硬件系统设计。　　硬件系统主要由计算机主控板和备份板两块印制板组成，两板之间通过内部接插件进行信号连接，完成星上时间管理、数据采集与处理、卫星分系统状态监测、姿控参数计算、热控回路驱动等功能。为了提高系统可靠性，本课题采用两个ARM处理器加一个单片机的系统结构。在ARM处理器双冗余结构的基础上增加一个单片机进行监控，形成两级容错架构，在保证系统的可靠性、高性能的同时又降低了成本。这样的架构有三种工作模式：一种是一个ARM处理器和单片机同时工作，此为卫星正常工作模式;一种是两个ARM处理器和单片机同时工作，此模式可承担更多计算型任务;最后一种是仅单片机工作，此为卫星应急工作模式。各模式之间可根据需求灵活切换。　　软件开发部分，设计星务管理软件架构，将星务管理软件划分为四个层次。根据软件架构构建星载计算机的星务管理软件平台：进行驱动软件开发，为应用层任务的执行提供驱动支持;并向系统移植FreeRTOS实时操作系统，利用实时操作系统进行多任务管理。基于移植的操作系统，进行星务管理软件应用层任务调度机制的研究，模拟星载计算机任务调度流程，验证系统的多任务管理功能。　　最后基于研制的星载计算机，本文对星载计算机的软硬件系统进行了测试验证。同时设计实验对多任务调度机制按不同工作模式进行任务模拟调度实验。软硬件测试结果表明，本文研制的星载计算机完成任务规定的各项技术指标，达到星载计算机的设计要求。

关键词： 车载以太网   全景环视系统   图像拼接算法   硬件设计   IMX6Q  

摘要： 汽车自动驾驶和网联化的潮流推动着车载网络的革新与发展,以车载全景环视系统为代表的高级驾驶辅助系统应用产生了大容量的视频流。为了满足日益增长的车载网络带宽需求,车载以太网成为了汽车通信领域的热门研究内容。以此为背景,通过对车载以太网全景环视系统关键技术的研究,设计开发了一套满足车载实时性要求的全景环视演示系统。车载以太网全景环视系统的关键技术也是创新之处包括两方面:车载以太网硬件平台的选型设计和图像拼接算法的开发。硬件平台设计方面,首先确认硬件平台的结构,通过对市场上的车载以太网产品进行分析研究,重点对以太网网关的芯片和音视频推送平台的核心芯片进行分析选型,并对其拓展板的接口电路,电源管理模块和功能模块电路进行分析设计,最终确认硬件平台方案。硬件平台以车载以太网为传输介质,经由各节点RMII或MII接口连接在一起,搭建完成一套支持AVB协议的全景环视系统。在实验验证环节,通过系统连通性和AVB协议验证两项实验,表明了环视系统在数据传输效率和各节点的时钟同步效果上达到了预期要求。环视系统的图像拼接算法方面,针对传统的高实时性ORB算法精度太差的问题,采用小波处理,建立尺度空间和RANSAC算法去除误匹配以弥补原算法精度低的缺陷,同时保证图像处理的实时性不受太大影响。为验证改进算法的有效性,设计了三组图像处理对比实验,实验结果直观的表现了改进算法相较于传统算法的优越性。通过对车载以太网全景环视系统这两方面关键技术的研究,最终搭建完成了一套基于车载以太网的全景环视演示系统,实现了多幅图像的正确拼接,满足设计要求。车载以太网作为新兴车载网络通信技术,其在全景环视系统上的应用研究将为后续的全景环视系统应用开发提供启发和参考。

关键词： 前视声呐   嵌入式GPU   数据处理   深海潜器避障  

摘要： 随着对海洋资源开发的不断深入,深海资源探测成为国内外研究的一大热点,前视声呐系统作为深海潜器避障的关键设备受到了广泛关注。前视声呐主动发射声波波束,并对目标反射产生的回波信号进行波束形成计算以获取波束方向上的水声图像,在水下潜器避障、深海探测打捞、海底地形测绘等领域有着非常广阔的应用前景。目前国内针对深海潜器避障的前视声呐系统研究仍处于起步阶段,大多依赖进口,价格昂贵,难以根据实际应用场景进行定制化设计,常常无法满足深海环境下的复杂应用需求。为此,本文研究开发了具有自主知识产权的前视声呐数据处理硬件系统。该系统以嵌入式GPU Tegra K1为核心,实现声呐数据采集、数据处理、数据缓存与传输等功能,具有较好的可扩展性。系统对传感器阵列采集到的信号进行滤波、放大等调理,使用FPGA对声波数据进行A/D采样、缓存和DFT处理,并通过PCIe总线将处理结果与原始采样数据上传到嵌入式GPU;嵌入式GPU对接收到的声波频域数据进行波束形成计算,并将计算结果通过千兆以太网上传至上位机进行整理与显示,从而得到探测方向上的水声图像。本文对所设计的硬件系统进行了信号完整性仿真验证,并测试了系统电源和关键信号质量;完成了模拟指标测试和脉冲发射测试;完成了接口功能验证和油压实验,并测试了样机的整体功能,验证了系统的有效性和可靠性。

关键词： 无刷CEPS控制器   硬件电路   可靠性   电磁兼容  

摘要： 电动助力转向系统(EPS)是最新一代的汽车智能转向助力系统，它采用不依赖于发动机的直流电机作为转向助力的动力源。相对于传统的液压助力转向系统它具有效率高、能耗低、路感好、回正性好、重量轻、对环境污染少等优点，目前已经成为各型汽车尤其是家用轿车的助力系统的主流配置。　　本文首先研究了客户关于无刷CEPS控制器产品开发的需求，明确了产品开发在功能、电气、电磁以及环境等方面需要达到的可靠性设计的基本目标，结合以往产品开发的经验以及产品开发成本控制的要求对硬件电路设计中可能遇到了技术风险进行分析与预估，并厘清控制器的无刷CEPS控制器的硬件开发需求。　　接着，针对无刷CEPS控制器的硬件开发需求，进行关键元器件的选型，并制订能够满足产品硬件需求的无刷转CEPS控制器的硬件开发方案。该方案分别从功能设计、热设计、电磁兼容(EMC)以及电气性能等角度着眼设计，以期能够满足产品可靠性的设计要求。　　然后，根据无刷CEPS控制器的硬件开发方案，对控制器控制板的电源端口电路、LDO电路、信号采集电路、控制电路与电机驱动电路进行了电路的细化与优化设计。利用PSpice软件对各个电路模块进行了软件仿真分析，以验证EPS控制器各模块电路的功能。　　最后，对功能样件进行电路功能测试分析，以验证EPS控制器硬件电路设计的功能安全完整性。搭建EPS控制器功能测试台架，对样件功能进行EMC测试、热测试、电气性能与环境可靠性测试来验证CEPS控制器样件硬件电路设计的可靠性。

关键词： 计算机硬件   设计安全   分析  

摘要： 为了保证计算机硬件设计安全,要明确其安全问题的主要表现,要积极制定完善的应对对策,以加强计算机硬件设计水平,从而进一步保证其安全,提高计算机硬件使用质量.

关键词： 矿井   灭火机器人   火灾  

摘要： 我国为了完成矿井火灾的救援研制出了一种利用矿井灭火机器人的方法,很好的帮助了矿井火灾事故的处理。其中矿井灭火机器人主要由这几部分构成;cpu主板控制器,火焰传感器,语音警报系统等,灭火机器人功能强大,可以在有火灾时,自动进行灭火,并且使用无线电设备将矿井中的灾情第一时间发送给控制总台,为接下来的工作提供准确的消息。本文就根据矿井中灭火机器人的设计和使用问题进行了探究。

关键词： 模糊匹配   非对称规则   内容寻址存储器   流水线结构   UVM  

摘要： 随着互联网的快速发展,网络链路上数据传输速率不断提升,网络链路层对路由器数据报文分发速率的要求也越来越高。路由器数据报文分发的核心是模糊匹配算法,高效实现模糊匹配算法成为提升路由器数据转发速率的关键。因此,本课题提出一种基于非对称规则的模糊匹配算法并完成硬件电路设计来提升路由报文分发速率。本文首先阐述模糊匹配算法在网络数据报文中的作用,对模糊匹配算法及其硬件设计的研究现状和发展趋势进行了分析总结。相较于哈希匹配算法,本文提出的基于双样本空间的多级查找算法不存在地址冲突问题,相较于基于二进制树的匹配查找,查找速度提升了32.4%,具有查找速度快,算法复杂度低的特点。论文提出基于双样本空间的多级查找电路结构,采用并行流水线技术进行优化。本文所提出模糊匹配算法的硬件设计经过UVM验证平台的验证表明,可实现对88比特、88×2比特、88×4三种长度的数据进行模糊匹配操作,当索引数据为88×4比特长度,时钟频率为250MHz的情况下,可实现每秒钟62.5M次搜索,满足所搭载路由器芯片查找匹配速率不低于每秒钟59.52M次查找的要求,当索引为88比特,时钟频率为250MHz时,查找速率可达到每秒钟250M次。经过前端Design Compiler综合实现表明,采用GlobalFoundries的45nm工艺文件下,所设计的硬件电路无时序违例情况,不对存储单元进行综合的情况下,综合面积约为235332μm。最终实验结果表明,所设计的模糊匹配算法的硬件实现能够满足高速网络对匹配速度的要求。本文所提出的模糊匹配算法及其硬件设计可应用于对索引进行模糊匹配的场合,如网络路由器中的查找转发模块,网络防火墙,虚拟专用网络过滤等高级网络应用,具有极大的使用价值。

关键词： 4G网络   EMC   电磁兼容   车载网络播放器  

摘要： 在城市执法中,一般都是在重点的路段和区域安装固定网络监控系统,对过往的行人和车辆进行实时监控,发生案件可以调取相应的资料辅助侦查,但是其覆盖范围有限,不能满足当前的实际需求.随着我国科学技术不断的发展,4G网络车载视频监控系统有了很好的应用,巴士在线4G车载网络播放器的设计为其可以提高执法部门的管理水平和管理效果,提高工作效率.

关键词： 联合收割机   硬件设计   软件设计   模糊模型   故障诊断  

摘要： 随着中国农业的快速发展,联合收割机现有的功能无法满足田间收割复杂的要求。联合收割机故障监测与诊断系统的研究有利于提高联合收割机的工作效率,在联合收割机发生故障时发出预警,及时做出相应的调整。因此研究联合收割机故障监测与诊断系统对于我国农机发展具有重要意义。本文根据联合收割机在恶劣田间的工作环境中的特点,完成了对联合收割机关键工作部件状态信息的数据采集,显示和故障诊断。首先对联合收割机故障监测与诊断系统完成了硬件设计,主要内容包括对脱粒滚筒,振动筛振动,发动机和割台振动监测的电路设计,GPS定位监测的硬件电路设计。粮仓,发动机,水箱等温湿度监测的硬件设计,粮仓和现场环境湿度信号采集的硬件设计,割台高度信息监测的硬件设计,关键旋转部件转速检测的硬件设计。然后完成了联合收割机故障监测系统的软件设计,DS18B20温度传感器检测温度数据的软件设计,DHT11监测湿度软件程序的设计。关键旋转部件的转速监测软件程序设计,完成了振动加速度振动传感器监测的软件程序设计。GPS定位模块获得联合收割机具体位置的软件程序的设计,激光测距传感器对割台高度的信号的采集的软件程序的设计。GUIBulider图形界面的设计和汉化软件的程序设计,STemwin用户图形界面实时显示联合收割机各工作部件的状态。最后通过对联合收割机关键旋转部件转速监测,对监测的转速变量进行模糊化,建立故障诊断模型,确定最优隶属函数,建立故障诊断模糊模型规则库,根据转速变化来实现对联合收割机的皮带松紧轮对振动筛,脱粒滚筒,喂入搅龙,以及割刀等四种故障的判断,研究了基于T-S模糊模型联合收割机故障诊断的方法,基于STM32平台利用C语言程序做了部分功能的实现。