课程文献中心 更多>>

关键词： 气密性   检测仪   硬件设计   软件设计  

摘要： 气密检测技术从工业生产以来就在不断地发展与创新,当前检测手段比较多,但各种手段之间又存在着各自的优缺点.下文将对气密性检测仪的优势进行分析,然后阐述了气密性检测仪的硬件设计与软件设计,最后对气密性检测仪的仿真实验进行了分析,希望对相关人员提供帮助.

关键词： 电表箱   电子挂锁管理系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 随着国家电网推进智能电网改造的进程，国内智能电能表的安装数量巨大，电能表一般采用集中方式安装在表箱内，所以电表箱的安装量也很多，而电表箱的安防管控方式多使用机械锁和金属钥匙这种传统的措施，这种传统的管控方式存在诸多弊端。　　最近这几年跟随着云存储和移动互联网技术的发展以及智能家居技术的不断成熟，互联网和云处理相关的一些先进技术在智能锁具上也被逐渐的大量应用，多采用与互联网连接的上位机软件管理和与嵌入式软件相配合的硬件控制上的技术。在采用的指纹识别、面部识别和移动互联网技术之外，运用时间长、技术比较成熟的电子密码和IC卡类的应用技术也被大量地采用，主要是与指纹识别、面部识别配合其它相关技术应用在智能锁具上。　　电子挂锁管理系统正是针对上述应用背景进行设计，研究的主要目的是利用电子、软件和物联网技术对传统意义上的机械锁具进行改造，重新构造机械锁具并在内部嵌入电子控制部件，将传统的金属钥匙替换为电子钥匙，并增加上位机软件管理功能，构成一个完整的电子锁管理系统。本系统通过上位机主站对电子钥匙授权，电子钥匙给电子锁供电、通讯，通过信息安全认证来实现开关锁功能，同时能存储相关记录数据，并可以通过窄带物联网（NarrowBandInternetofThings，NB-IoT）实时上传开关锁记录、位置、时间等信息。　　电网系统的表箱管理采用电子挂锁管理系统可以改变传统机械锁具的弊端和粗放的管理方式，电子挂锁不但实现了传统锁具的安防性能，而且可以记录开关锁事件、时间、位置等数据，并通过远程通讯的方式将数据传送给上位机服务器。主站软件可以集中分析、处理这些数据，从而实现对辖区范围内的锁具和钥匙进行统一管理。主站软件通过授权、挂失管理钥匙，即使钥匙丢失也不用重新更换锁具，还根据上传的数据监控表箱的开关锁状态、时间及位置，使管理水平提高到更高的水平，具有很好的实用和经济价值。　　本文最后还对智能锁的技术方向和市场发展进行了展望，预测电能表表箱智能锁市场可以能会迎来一个高速增长的时期。

关键词： 自主式水下机器人   导航系统   容积卡尔曼滤波   硬件设计   软件开发  

摘要： 近年来随着科技的进步，海洋探测技术得到空前的重视和发展，自主式水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）因具有良好的隐蔽性，且能自主进行水下作业，目前已被应用于军用、民用、科研等领域。导航系统设计是AUV研发的关键技术之一，该系统可提供AUV的位姿信息，从而支撑其他系统的正常工作。由此可知，高精度的导航定位技术是AUV安全作业的重要保障。本文工作的重点是设计一套高精度的AUV导航系统，主要工作如下：　　1.本课题设计的AUV导航系统是基于容积卡尔曼滤波（Cubature Kalman Filter，CKF）实现的。CKF是一种经过严格的数学推导而得出的非线性滤波算法，通过三阶球面-径向容积准则计算AUV的位姿信息，它具有估算精度高、稳定性强等优点。　　2.本课题设计的AUV导航系统可分为硬件设计和软件实现两个部分。硬件设计主要由姿态方位参考系统、多普勒测速仪、深度计等相关传感器组成，软件实现是基于MOOS-IvP框架，在Linux系统下用C++语言编写传感器数据处理模块和AUV导航算法模块。　　***导航系统设计完成后，依次在烟台门楼水库、青岛沙子口码头、黄海等地方进行实验验证。实验结果表明基于CKF算法的AUV导航系统能够提高导航精度至5%以内，并且具有更加稳定的导航性能。

关键词： PCIe接口   通用信号处理平台   FPGA   DDR4SDRAM   FMC   硬件设计  

摘要： 近年来,信号处理领域的快速发展和封装工艺的提升实现了对大数据量的高效处理。尤其是在人工智能方面,信号处理带宽的日益增加使得传统的数据总线逐渐无法满足大数据量和强实时性的要求,PCIe总线则作为替代ISA、PCI等传统数据传输协议的I/O总线被广泛应用。时至今日,PCIe总线已经发展到了第三代,第四代也即将走出实验室阶段,但当前业内使用最普遍的仍为PCIe GEN2协议。由于近期Xilinx公司KU系列FPGA的全系列量产中出现了成熟的同时支持PCIe GEN3协议和DDR4高速缓存的FPGA型号,因此本文将该系列FPGA作为信号处理器,提出一种基于PCIe GEN3协议的通用信号处理平台的设计方案。该设计方案能够有效提高现有的信号处理能力及传输速度,实现PCIe GEN2协议两倍的实际数据带宽,并且拥有良好的通用性及可扩展性。硬件设计方面,应用了当前较为灵活的信号处理系统架构,将核心的FPGA信号处理器、DDR4高速缓存模块和PCIe GEN3高速接口集中在载卡上,使用FMC接插件用以搭配不同扩展子卡,各模块的信号速率均在10Gbps左右,并结合实际情况提出了针对性的PCB设计要求以提高信号完整性。软件设计方面,针对PCIe GEN3的驱动及实际应用设计了DMA引擎,提高了带宽利用率,针对实际应用设计了DDR4读写引擎,充分发挥DDR4高速缓存模块的性能,并对实际测试数据进行了记录和分析。

关键词： 水下机器人   耐压型电池管理系统   硬件设计   参数辨识   荷电状态  

摘要： 随着各国对海洋权益的愈加重视，海洋资源开发领域不断被拓宽，而水下机器人(Unmanned Underwater Vechile UUV)对于探索海洋资源有着至关重要的作用，其续航一直是人们关注的焦点，人们对UUV广阔的探索需求使它更迫切的需要突破续航瓶颈，而锂电池的发展为此带来了契机，以锂离子电池作为系统能源，就必然要用到电池管理系统(Battery Management System BMS)，因此，研究面向水下耐压性电池管理系统是(Pressure-Resistant Battery Management System PRBMS)非常有必要的。然而，锂电池自身的状态参数受外界环境温度的影响比较大，为了适应海水温度对锂电池状态参数的影响，文章考虑了温度对锂电池等效电路模型、荷电状态(State Of Charge SOC)以及功率状态(State Of Power SOP)的影响，提高了在低温情况下锂电池状态参数的估算精度;除此之外，随着海水的深度变大，BMS需要承受的压力也不断增加，需要考虑水压对器件的影响，为了保证BMS的在高压力情况下的可用性，本文设计了专用的PRBMS硬件。　　本文的内容可分为两大部分，第一部分内容为在对锂电池考虑温度的前提下，建立了较为精确的锂电池等效电路模型，并阐述了三种匹配锂电池等效电路模型参数辨识方法，通过对比三种辨识方法发现，三者中卡尔曼(Kalman Fliter KF)辨识算法在初值给定不合理时会出现收敛速度慢的情况，而渐消记忆最小二乘法(FMRLS Fading Memory Recursive Least Squares FMRLS)对噪声敏感，所辨识出的结果抖动幅度较大，并且这两种算法都需要将所建立的模型转化成离散的差分方程，推导过程繁琐，因此，文章最终采用了随机性和确定性混型状态子空间辨识(Combined deterministic-Stochastic Subspace Identification CD-SSI)法，成功的确定出了不同温度下的锂电池各种模型的系统参数，在此基础上，本文进一步利用了安时(Ampere Hour AH)积分、扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter EKF)、中心差分卡尔曼滤波(Central Difference Kalman Filter CDKF)三种算法对不同模型在不同温度下实现了荷电状态(State Of charge SOC)的对比预测，得出在使用同一种模型的前提下，CDKF算法综合性能最高，估计效果在可接受的范围之内。在较为准确估计SOC的前提下，本文进一步实现对锂电池功率边界(State Of Power SOP)的估计，为UUV提供了重要的数据支撑，除此之外，本文还研究了EKF和CDKF的时间算法复杂度，结果表明在同样的条件下CDKF的浮点算法时间复杂度大约是EKF的两倍左右，这个结论对于CDKF在嵌入式系统中的应用研究有着重要的参考意义。　　文章的第二部分内容为PRBMS硬件系统设计研究，该部分是本文另一大重点内容，首先依据计算机仿真分析的结果，确定水压敏感性器件和非水压敏感性器件;其次，对水压敏感性器件采用有限元仿真分析，确定最大受力概况，着重对水压敏感型电子元器件进行了封装处理和计算机仿真优化设计;最后，设计系统硬件并进行综合打压实验，加压试验结果表明，BMS在105MPa打压测试后运行良好，系统通讯、检测、均衡等功能均正常。上述结论、仿真及试验方法对PRBMS在深海中的应用具有重要的参考意义。

关键词： 伪卫星   FPGA   EP4CE55F23C8N   STM32F767IGT6   射频模块  

摘要： 随着经济社会的迅速发展及各种技术层出不穷的出现,导航定位技术也得到了迅猛发展,同时对于导航定位的需求也是日益增长。目前在轨卫星已经基本满足了人们在室外环境下的导航,但是在室内环境下,在轨卫星信号无法进入室内,导航技术仍然存在很大的局限性,不能满足人们日益增长的室内定位需求,在此社会大环境下,对于导航定位相关的技术的研发越来越吸引人们的注意。为了能够在封闭的室内环境比如室内停车场等场景下实现导航定位的功能,本项目设计和实现了基于伪卫星技术的室内定位硬件系统。本文的主要目标是提出伪卫星系统的总体方案,然后对该系统进行硬件单板设计、完成系统的逻辑功能设计和配合软件端进行联调,最后对定位功能进行测试。本文首先分析了该项目进行的背景和意义,确定了本文的研究任务,之后详细介绍了现有的室外全球定位系统(Global Position System,GPS)卫星的定位原理及信号体制,并在此基础上提出了伪卫星系统的信号体制,之后对该系统的单板的硬件设计进行了论证,指出使用进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine,ARM)配合现场可编程门阵列(Fild Programmable Gate Array,FPGA)的方式实现单板硬件功能,同时也提出了该项目的硬件系统设计方案,包括基带、频带和射频三个部分,并对各个部分进行了详细的方案论述。其次,本文在确定了系统方案之后,论证项目需求,根据具体的计算需求及逻辑资源使用量,对具体的主控器件、射频模块和电源模块进行器件选型,FPGA选择EP4CE55F23C8N,ARM选型为STM32F767IGT6,之后又对各个模块进行了核心电路以及外围电路设计。硬件设计完成之后,开始对该系统的逻辑功能进行FPGA实现,首先对需要实现的逻辑功能模块进行分析,确定各个模块的功能与时序,然后对各个模块包括顶层进行仿真和时序分析。最后,在单板加工完毕之后对单板的基本电气功能进行了测试,包括电源以及各个主控芯片,然后在FPGA上对逻辑功能进行了板级实现,包括板级测试和板级验证,然后协同软件进行联合调试。最终测试结果表示,整个伪卫星硬件系统是可以按照方案预期正常工作的。

关键词： ARM   嵌入式Linux   设备驱动   硬件设计  

摘要： 随着移动通信和无线互联网技术被大规模引入国防技术与基础设施的实际建设中,信息系统的安全问题日益凸显。我国智能电网的安全防御建设处于引入可信计算技术的初期阶段,亟需对市场上众多类型的可信芯片进行严谨的安全性能测试。应电网研究院合作方对可信芯片验证工作的定制需求,本课题研究设计了一个基于Linux嵌入式系统的可信芯片验证平台,并从以下几个工作方面完成具体实现:(1)从合作方定制需求出发,分析适用于芯片验证工作的主流技术,提出了量身定制硬件平台与嵌入式系统的解决方案。(2)硬件平台由核心主控板+外设母板+可信芯片模块子板三部分组成,系统控制中枢是搭载Cortex-A8芯片的核心板;对于安全要求苛刻的应用场合,改用搭载龙芯LS1B芯片的核心板;母板扩展存储设备和外围通信接口,兼容两种核心板;多种可信模块子板分别搭载不同型号的可信芯片,并根据定制需求统一通信接口规格。(4)嵌入式系统的软件层支持通过裁剪和移植U-Boot引导程序、Linux内核、文件系统实现,为针对可信模块的测试验证程序提供了运行环境。(5)验证平台外围设备通过设计移植配套的驱动程序实现通信功能,本设计重点分析了两个千兆以太网卡驱动、LCD液晶屏驱动、SPI总线设备驱动的层次与数据结构,并结合具体硬件参数说明移植方法。本课题设计实现的可信芯片验证平台上电后,可成功启动引导程序与Linux内核,外设功能正常,并通过文件系统实现了友好的用户界面,为灵活多变的自动化可信芯片测试应用构建了良好的基础平台,达到了预期设计要求。

关键词： 管道泄漏检测   分布式系统   无线传感器网络   埋地无线传感器网络   磁感应传输   NB-IoT   uC/OS-Ⅱ  

摘要： 近年来计算机科学、传感器技术以及无线通讯技术迅猛发展,促使油气管线检测技术朝着智能检测的方向发展。作为五大运输方式之一的管道运输,随着在役年限增长,管道逐渐出现侵蚀、老化现象,甚至有不法分子进行管道打孔,偷油盗油行为,从而导致管道泄漏。一旦管道发生泄漏,不仅造成严重的经济损失,也给当地的环境造成极大的危害。虽然现在也有许多新技术来解决这个问题,但是复杂度和成本问题始终是一大障碍,限制了其大范围推广和应用。因此,迫切需要一种简单高效的在线检测设备,确保当管道参数异常或者发生泄漏时,能够迅速将管道异常状态传送到监控中心。1.本文简单介绍了当油气管线发生泄漏时由于泄漏激发出震动和声波信号,并针对该声波信号采用小波去噪和软阈值处理的方法对原始信号进行降噪处理,将噪声滤除后可以凸显泄漏声波信号的特性,方便后期相关分析和泄漏定位;2.针对传统的WSN网络模型在埋地管道中的不适用性,提出使用WUSN网络模型实现长输线管道的远程智能检测,通过仿真实验验证该方法的可行性,并对一段管道上的电磁感应无线传输提出具体传输策略;3.埋地传感器网络检测系统分为三级设计,包含硬件检测平台设计及基于该平台的泄漏检测嵌入式系统开发,其中采集节点采用意法半导体公司Cortex内核微处理器,结合高精仪表用放大器模块、无线数据传输模块、GPS授时定位模块和存储设备完成远程管道参数采集,中间节点采用射频模块来接收采集节点数据并经过简单处理后打包传送到服务器端,服务器端对数据统筹解析,实现数据显示和异常警报。本文最后对所设计的分布式检测系统进行测试优化,主要包括测量节点的采集传输和数据简单处理,并完成分布式无线传感网络各模块的分步调试及三级系统的通路调试验证。调试结果表明该分布式无线传感器网络可以用于长输线管道的远程检测,基本达到设计的预期目的。

关键词： WiFi   数据采集   软件设计   硬件设计  

摘要： 为了使我国的海洋资源可以被更加合理、高效地使用,最近几年,国家大力支持海洋科学的研究和发展。尤其是我国提出了海洋战略之后,我国海洋科学的研究和相关工程技术的开发进入了快速发展时期。在海洋工程模型实验中,对风、浪、流等海洋环境要素的分析意义重大,其中对实验系统中波浪高度的测量更是研究人工海洋建筑与海洋场相互作用时的一项重要内容。目前,浪高数据采集系统绝大多数采用线缆进行数据传输,这种采集方式在比较恶劣或特殊的现场环境中,布线较为复杂,使得浪高的数据采集受到了非常大的限制。随着无线传输技术的兴起,特别是WiFi技术,由于拥有速度快、可靠性好以及传输距离远等特点,得到了广泛的使用。针对当今的浪高数据采集系统存在的缺点,本文应用无线WiFi通信技术,设计并开发了基于WiFi的无线浪高数据采集系统。根据实际应用的要求,此系统主要包括两个部分(硬件电路和应用软件):其中硬件电路的设计包括电容式浪高传感器、电压信号处理模块和无线WiFi模块等;软件设计主要包括设备传感器标定模块、数据采集模块和数据存储模块等。论文中,首先对课题的研究背景、数据采集技术和无线WiFi技术进行了简要的概述,分析了数据采集系统未来的发展趋势和无线WiFi通信技术的优势所在。与此同时,对比了几种比较常见的无线通信技术。技术对比表明无线WiFi通信技术在实时性、稳定性和抗干扰性等方面特别突出,无线WiFi通信技术是未来的发展趋势之一。然后,详细阐述了本套数据采集系统的总体结构和工作原理,并介绍了系统的各种优点。其次,根据浪高数据采集系统的工程研究的需要,在系统主站PC机的Windows系统上开发了基于Qt平台的配套应用软件。配套的应用软件采用了模块化的设计原则。再通过TCP/IP通信协议,实现了主站系统PC机与浪高数据采集系统无线WiFi模块之间的数据传输。再次,从结构功能方面入手,分析了系统硬件电路的特点。根据实际需求和系统所需的性能指标。将硬件电路分成浪高传感器、电压信号处理电路、单片机控制模块、无线WiFi通信模块和电源管理模块。介绍了各个功能模块的电路设计原理,给出关键部分的电路原理图。之后,介绍了硬件电路板的PCB设计,电路板中各项PCB设计原理和设计原则。最后,利用实验室的现有资源对这套无线数据采集系统进行了实际的浪高数据采集实验。通过采集到的浪高数据曲线分析得出,系统具有良好的实时性与稳定性,达到了预期的设计目标。

关键词： 智能电子设备   硬件设计   软件设计   方案分析  

摘要： 改革开放以来,随着社会主义市场经济的不断发展和科学技术的不断进步,智能电子设备的广泛应用在便捷人们日常生活,提高企业生产效益的同时,对于社会建设的整体发展也具有重要意义,但就目前多元化社会主义市场而言,伴随企业数量的不断增多,市场规模的逐渐扩大,企业间的竞争也愈演愈烈,故此为从根本上提高企业的竞争优势,本文从智能电子设备的硬件和软件设计方案着手,对其进行了综合探究,以期在提高智能电子设备应用频率和范畴的基础上,为企业的进一步发展奠定良好基础.