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关键词： 汽车电子   车门控制系统   分布式   霍尔传感器   硬件设计  

摘要： 汽车车门控制器是汽车上一个至关重要的部件,不管是传统的燃油车还是逐渐成为主流的电动汽车,都离不开车门控制器这一零部件。同时,由于其控制的车门门锁及车窗玻璃升降等功能在特定情况下关乎到司机与成员的安全,因此车门控制器在特定情况下也是一个关乎生命与安全的关键部件。所以车门控制器的研发和改进一直是汽车零部件企业中一项具有广阔前景的产业。相比于具有较多缺点的传统集总式车门控制系统,新型的分布式车门控制系统是当今汽车车门控制系统设计的一个趋势。并且由于主驾驶车门控制模块在整个系统中具有主导作用,在设计分布式车门控制系统时率先完成主驾驶车门控制模块的设计工作对于其余各模块的设计具有指导作用。本文是基于ON Semiconductor(安森美)公司提供的一套分布式车门控制系统解决方案结合RENESAS(瑞萨)的主单片机设计了一款分布式车门控制系统中的主驾驶车门控制模块。以此实现对车门上各个部件的控制与诊断。主要工作内容如下:1.依据主驾驶车门控制系统的功能架构以及对各个功能模块的设计参数要求,明确所需设计模块的技术指标,确定设计方案。2.给出具有重要作用的霍尔传感器输入电路的设计,通过计算各个元件在不同温度、不同容差及不同外部输入条件下的电路参数特性来验证电路对于设计要求的符合性。显示出硬件设计的严谨性和专业性。并利用DxDesigner工具完成本模块其余各个部分的电路设计和PCB设计,确保满足所有设计要求。3.设计搭建系统测试实验台架,测试设计样品的各个功能参数来检验所设计的产品。并通过一系列耐久性和可靠性试验方法,验证所设计产品的耐久性和可靠性。确保设计出的产品满足设计和客户使用的要求。系统测试结果表明本设计产品所有功能参数均满足设计目的与要求。各项输入输出均满足设计定义的参数范围。样品的耐久性和可靠性测试结果确认本产品的耐久性和可靠性达到规定要求,能够满足客户要求的使用年限,以避免在后续使用过程中出现各类可靠性问题。

关键词： 基于WiFi   监控系统   硬件电路设计  

摘要： 随着人们生活水平的不断提升,在信息化日益变化的大环境下,楼宇智能化逐渐成为了人们所关注的焦点。楼宇智能化是一门包含计算机、通信、建筑等多种学科的交叉技术。公虎的并且该技术可以实现对楼宇环境的实时监测和控制,为用户提供了很多优质的服务。智能楼宇监控系统硬件电路系统是智能楼宇监控系统的一个主要部分。因此,需要进行智能楼宇监控系统硬件电路设计,先将Wi-F技术引入到智能楼宇监控系统硬件电路设计过程中,得到基于Wi Fi的智能楼宇监控系统硬件电路系统整体框架,对Wifi串口模块电路进行细节化设计,给出基于Wi-Fi的监控系统节点微处理器芯片选型与电路设计优势,由此实现基于Wi-Fi的智能楼宇监控系统硬件电路设计。

关键词： 在线动态称重   检测机理   有限元分析   硬件设计   软件设计  

摘要： 在线动态称重是指产品在动态运输中检测出其重量信息,它广泛应用于工业生产和流通贸易中。随着社会经济的迅速发展迫切需要高精度、实时动态控制、智能化、轻便化、多功能、高效率的新型动态称重秤。根据在线动态质量检测的总体设计要求,本文提出了悬臂横向双托辊式质量检测机理,并对其建立了力学模型,推算分析了重物质量-悬臂梁挠曲变形-应变片变形-电桥输出电压之间的关系,推导得到了质量-变形方程。根据检测机理,明确了传输、称重、分拣总体检测方案和五大功能模块。在此基础上确定了机械结构总体布置方案,进行了运动和动力分析,对主要结构进行了机械设计。确定机械结构后,利用Solid Works对检测机理中的质量-变形关系进行了仿真验证,并得到了质量-变形曲线的仿真和理论对比图,指出了运用理论公式的合理区间和误差补偿情况。根据测控系统总体功能要求明确了硬件部分总体布置安排,以STM32F103R8T6作为核心微处理器,设计了信号采集处理电路、A/D转换、键盘输入、液晶显示电路、变频调速和机械手臂控制方案。最后,根据硬件部分总体设计,明确了总体控制流程,完成了系统初始化程序设计和信号采集程序、分拣程序、液晶显示程序、电机调速程序的设计说明,完成了测控系统总体软件设计,使得测控系统整体功能模块硬件加软件完整合理。

关键词： 永磁同步电机   伺服驱动器   DSP   辅助电源  

摘要： 伺服驱动系统是工业自动化中重要组成部分,主要应用于数控车床、工业机械臂、电动车及风力发电中风机桨叶的控制系统等。随着电力电子学、微电子学、传感技术、永磁技术和控制理论的快速发展,以永磁同步电机为执行电机、采用全数字化控制策略的永磁同步电机伺服系统得到了广泛的应用。本文设计开发了一种基于DSP的永磁同步电机伺服硬件系统。首先通过分析永磁同步电机的结构特点和模型,接着对电机控制专用数字处理器(DSP)进行研究,掌握其结构原理及外围电路设计方法,而后分析了整个系统供电需求以及驱动电路方案的选择,最终实现了以TMS320F28335数字处理芯片为控制核心的全数字化交流伺服驱动硬件系统,具有CAN、串口通信接口。给出了以增量式编码器为传感器的速度、位置信号采集电路。设计了电压、电流等模拟信号的采集调理电路。设计了本系统专用的辅助电源电路。以及电机的驱动电路和在运行过程中出现的过压,欠压,过流,过热,短路,电机错相,失速,编码器失速等故障检测与保护电路等。最后对本文是中遇到的问题进行了总结分析,并提出了进一步的工作设想。

关键词： 永磁同步电机   矢量控制   弱磁控制   滑模控制   硬件设计  

摘要： 研发和推广新能源电动汽车是能源危机与环境污染问题的重要解决方案,其中,纯电动汽车凭借能源利用率高、零排放、结构简单等优势近年来得到了迅猛发展。驱动电机是纯电动汽车的唯一动力来源,电机控制性能的优劣与可靠直接决定了整车的行驶性和安全性,因此电机控制系统作为纯电动汽车的核心技术,成为学术研究的热点。本文以内置式永磁同步电机为研究对象,对纯电动汽车驱动电机控制系统进行了开发研究。首先,本文详细介绍了永磁同步电机在不同参考坐标系下的数学模型及其矢量控制理论。基于坐标变换的矢量控制方法,实现了电机数学模型的简化,使得作为交流电机的永磁同步电机获得了和直流电机一样直观方便的调速特性,为进一步的驱动电机高性能控制打下基础。其次,根据汽车要求低速恒转矩高速恒功率的驱动特性,对驱动电机在基速以下采用最大转矩电流比控制策略并进行了工程近似实现,基速以上采用电压反馈的弱磁控制策略。在MATLAB/Simulink环境下的仿真结果表明,最大转矩电流比控制充分利用了内置式永磁同步电机的转矩,降低了损耗,电压反馈法的弱磁策略控制简单,有效提升了电机的调速区间。然后,基于矢量控制对速度信号的高度依赖,采用了滑模变结构控制方法估算电机速度实现无速度传感器控制,并提出用sigmoid函数替换传统符号函数的改进方法,对滑模变结构控制进行优化。在MATLAB/Simulink环境下的仿真结果表明,滑模变控制方法估算的转速实现了对系统实际转速变化的有效跟踪,提出的函数替换方法,明显缓解了系统的固有抖振问题。最后,进行了驱动电机控制器的样机开发,对控制器硬件进行模块化设计,提出将硬件电路分为主控板和驱动板两部分的方案。基于TMS320F28035 DSP芯片进行了硬件设计,将主控电路制成了PCB板进行了试验,初步验证了硬件设计的正确性。本文分析研究了纯电动汽车驱动电机的控制策略并开发出了控制器样机,采用仿真和实验的方式分别对控制策略和硬件电路进行了验证,对纯电动汽车驱动电机控制系统的开发具有理论指导和工程应用价值。

关键词： 变压器   油色谱在线监测   状态检测   硬件设计  

摘要： 电力变压器是电力系统生产、运行、维护等环节的核心单元,变压器实时状态情况直接与整个系统是否良好运行紧密相关。为了对变压器实时进行安全可靠的检测,并且提供维修和检验变压器的有利依据,本文研究设计了变压器状态在线检测平台。本文所研究设计的平台安装方便、使用便捷,且扩展性灵活,能够适用于各种型号的变压器;实现了实时远程在线获取变压器状态参数,依靠平台数据库分析,检测变压器状态;完成了现场与系统的有效连接,数据及时可靠,充分必要的为电力系统稳定运行贡献力量。本文首先讨论研究背景及国内外研究现状,对全文设计研究的总体要求进行规划。介绍了油浸式电力变压器结构、常见故障、发生过程、特征气体改良三比值法等与变压器故障检测方法有关内容,讨论了在线监测的原理及油色谱在线数据获取方法,对在线监测与状态检测之间的关系进行了阐述。研究了状态检测系统的总体结构,该系统主要由数据采集单元、传输单元及状态检测上层程序应用管理系统单元构成;通过数据采集单元,实时在线获取了变压器状态的基础数据,经由节点,通过数据传输单元通信后上传至上层单元,进行变压器状态检测分析并存储所有数据。明确了采集单元模块选型方法及比对确定了三种可行通讯传输模式。设计出本平台硬件组成元素,详细考量推出使用双重处理器构架。即采集和传送、处理数据的单元均采用两种处理器（STC12C5A60S2单片机、TMS320F28335DSP处理器）;进行了无线传输模块选择,设计了外围扩展内容,如接入RS-485通信芯片及连入LCD显示屏的方法,JTAG接口程序和时钟设置,串口调试,SDRAM模块,数据存储等电路设计,以丰富完善变压器状态在线检测平台的应用功能。本文对变压器状态在线检测平台进行了调试,在元器件导通情况测试后,对各个功能单元是否正常发挥作用进行了检测;并在实际变电站内进行部署测试,同时开展了平台线上检测和离线分析检测,测试结果与常规离线色谱分析的结果进行对比后,数据无异;列出了在测试期间本平台检测到的铁芯多点接地状态实例。

关键词： HEVC   帧内预测   硬件设计  

摘要： HEVC(High Efficiency Video Coding)是2013年由ITU‐T和ISO/IEC联合制定的新一代视频编码标准,与上一代编码标准H.264/AVC相比,同等压缩质量下能减少50%的码率。帧内编码是视频编码标准的核心模块之一,作用是消除视频帧内的空间冗余。HEVC帧内编码算法采用更加灵活的划分结构和高达35种帧内预测模式以进一步降低帧内编码的码率,但计算复杂度大幅提升,难以实现实时编码,限制了HEVC标准的应用场合。因此,对HEVC帧内快速编码算法的研究有重要的意义。论文对帧内编码方式和图像特征之间的相关性进行深入分析,提出了HEVC帧内编码的快速算法,并针对算法进行了帧内编码器的设计与实现。具体工作如下:(1)提出了一种帧内编码树单元(CTU)四叉树的快速划分算法,该算法通过CU提前划分和CU划分提前终止两种策略,减少需要进行率失真代价(Rate Distortion Cost)计算的次数。(2)提出了一种帧内预测单元(PU)预测模式的快速选择方法,利用最优预测模式和图像纹理特征之间的相关性进行PU预测模式的粗选,避免了遍历计算35种帧内预测模式下的哈德玛代价。(3)进行HEVC帧内编码器的硬件实现研究,设计了一个两级流水线的硬件电路,第一级为预测加速单元,针对上述提出的两种快速算法,采用并行的方式提取图像特征,进行CTU四叉树划分的提前决策和PU预测模式的粗选。第二级为帧内编码单元,在第一级的计算结果上,通过率失真优化方法进一步决策,得到CTU四叉树的最优划分方式和PU最优预测模式,并完成对当前CTU的编码。经过综合验证,设计的帧内编码器在600MHz时钟频率下可以满足对1080p@30fps视频的实时编码要求。

关键词： 甲烷传感器   嵌入式系统uC/OS-Ⅱ   通信协议   硬件设计  

摘要： 甲烷传感器是我国应用最为广泛的仪器监测设备之一,然而随着煤矿电气化改造政策和井下安全管理水平的不断提高,对甲烷传感器的功能要求也越来越高。不仅需要在采矿作业时对开采环境中的甲烷气体浓度进行精确测量,而且需要能够对现场气体浓度进行系统的记录并将测量数据实时上传。以传统的8位单片机为控制核心的甲烷传感器,已难以满足当前矿井对开采区气体实时监控的要求。开发基于高性能处理器和嵌入式系统结合的新型甲烷传感器目前已成为国内外的研究热点。本文针对实际煤矿井下甲烷气体浓度检测需求,设计了一种新型的基于STM32处理器的新型矿用甲烷气体传感器并完成相关实验,具体内容如下:本文设计的基于STM32处理器的新型矿用甲烷传感器的设计工作主要分为四个部分:传感器的硬件电路设计;嵌入式uC/OS-Ⅱ操作系统的移植及甲烷传感器的软件设计;传感器的通信协议;传感器的实验验证。设计选用主流的ARM微处理器STM32作为系统主控制器,红外甲烷探头作为核心甲烷数据采集,并根据需求设计具体的硬件电路。包括:ARM系统硬件、甲烷数据采集电路、系统电源电路、遥控输入电路、声光报警电路、E2rom存储电路及数码管显示电路设计等。移植uC/OS-Ⅱ操作系统,配合基于STM32处理器,搭建先进的嵌入式系统平台。具体包括:移植操作系统、理解操作系统工作流程、完成针对STM32处理器的内核文件修改、编写应用程序。针对煤矿用甲烷传感器特点,进行针对性的软件设计、设计井下通信协议、设计井下通信简易环境、上位机完成数据命令下发和数据采集。经过实验,该传感器系统能够在保证精确测量数据和实时显示的基础上,实现了和上位机进行数据通信。系统的稳定性较高、性价比较好,具有广泛的实用意义。

关键词： 地铁闸机控制系统   非接触式IC卡   自动售检票信息系统   串口通信   闸机灯箱控制  

摘要： 地下铁路作为一种能够缓解地面压力的交通系统,目前在我国正处于高速建设的阶段。而地铁闸机作为城市轨道交通自动售检票系统(Automatic Fare Colle ction System)的重要组成部分,起到了规范行人的进出站秩序以及确保地铁运营收入的作用。因此,针对地铁闸机控制系统的设计原理进行学习和研究,并运用到实际应用中,具有一定的理论及实践意义。本文参考AFC系统的五层结构体系,首先以其中站点系统的部分终端设备以及中央计算机系统的部分功能做为设计依据,分析其设计策略并归纳总结。再分别从软、硬件设计以及上、下位机设计的角度,将其中所涉及环节的实现原理及实现方法一一展开进行研究。并对已完成部分进行测试、优化,确保系统的稳定性,最终达到实现地铁闸机控制系统的设计的目的。本文参与设计的地铁闸机控制系统软硬件的设计方案,整体上分为上位机和下位机两个部分。下位机识读卡系统以stc12c5a60s2为主控元件,辅以非接触式读写卡芯片mfrc522、液晶屏、红绿LED灯箱等模块,能够实现读卡、写卡,以及与上位机的通信等功能。上位机信息管理系统由python内置的tkinter库编写各个功能模块,数据库选用MySQL,系统拥有对管理员用户以及公交卡进行综合管理等功能。该系统设计完备,稳定性好,有较强的实用性。

关键词： sCMOS   长波红外UL04371   ZYNQ-7000   高速接口  

摘要： 多光谱融合成像系统是可以应对复杂环境下,进行相关图像的采集以及后期图像处理应用的系统。多光谱融合成像系统不仅具备单一红外成像系统在照明条件差或恶劣天气的成像简捷的特点,而且具备可见光图像系统在日常环境下富含丰富的细节的特点。可以适应全天候复杂环境下的图像采集以及处理。为了改善现有的单一传感器成像系统,本文设计了一套集sCMOS高速传感器板、非制冷长波红外传感器板以及FPGA图像处理板于一体的复杂硬件系统。针对以往针对以往的DSP+FPGA架构的图像处理硬件系统体积庞大、系统复杂、功耗高等弊端。该系统采集红外图像以及sCMOS图像均不小于50fps。为了突破现有红外成像设备图像处理能力的瓶颈,本系统选择ULIS公司生产的UL04371-042传感器,考虑到该红外传感器输出端为模拟信号并且输出电压幅值为1.0V4.2V,输出最高速率为10Mhz,本文设计了一种针对UL04371-042传感器的红外采集电路,采用AD9240进行相应的模数转换,但是考虑到AD9240的采样时钟的电平标准与FPGA端输出的时钟电平标准不一致,容易导致高低的判断有误,本文在此加入了一套电平转换电路设计,既满足了红外图像的采集速率又保证了红外采集图像过程的稳定性。本文结合sCMOS器件的结构和工作原理对成像质量做出了分析,考虑到sCMOS传感器的工作电压以及偏置电压种类过多并且有严格的上电时序和精度需求。本文设计了一种针对GSENSE2020S的电源电路设计以及偏置电路设计,将多种电压进行合理分配并且配合FPGA进行上电时序的控制,为sCMOS提供高精度、严格上电时序的电路设计,既减少了电源芯片数量与种类,又可以更加灵活控制电压幅值以及上电时序。为了满足多光谱融合成像系统对于不同应用领域的需求,本文设计了一套丰富的高速通信接口。所设计的接口包括:千兆以太网、光纤接口、Cameralink接口、UART接口等。设计的高速光纤传输接口,传输速率可达2.5Gbps。不同接口适用于不同的应用领域,为后续研发人员的二次开发提供了充分条件,为该多光谱融合成像系统的广泛应用打下了坚实的基础。