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关键词： 多相流测井   多传感器   数据传输   硬件设计   调制算法  

摘要： 石油开采中油井多相流测井技术是油藏动态监测的重要手段,可为油藏管理及油井生产特性优化提供地球物理测井信息。随着井下多相流测井传感器数据传输量增加,给测井电缆数据传输速率与传输质量提出了更高的要求。然而,测井单芯电缆传输介质有效带宽窄,具有选择性衰落及高温高压干扰等不利因素,致使测井数据传输速率与传输质量面临很大挑战。此外,传输设备中测井硬件系统电路复杂、功耗高、模块间数据交换困难等问题降低了测井数据传输可靠性。因此,针对测井电缆传输介质和设备特征,研究高速稳定的多相流测井传感器数据传输系统,对油井动态监测中的测井技术提高具有重要意义。本文设计了多相流测井传感器数据传输系统。建立了电缆分布参数模型,分析了单芯电缆传输特性。在此基础上,研究了基于正交频分复用(OFDM)调制解调技术的数据传输算法,分析了不同算法的传输速率和误码率。此外,设计了数据传输软硬件系统,基于双核数字信号处理器(DSP)硬件架构实现了OFDM数据传输算法。结合多相流传感系统测量平台,搭建了测井传感器数据模拟传输装置,实际测试了旋转电场式电导传感器信号传输性能。本文创新性研究成果如下:1.设计了基于双核DSP的硬件架构,相比于国内传统测井传输系统架构,不仅减小了控制模块与信号处理模块间通信难度,同时简化了硬件复杂度,减小功耗及系统体积。2.针对测井单芯电缆特性,数据传输算法中采用16QAM子载波调制解调、循环前缀等关键技术,结合时域及频域信道均衡算法有效提升了传输系统数据传输速率及抗扰水平。3.所设计的测井数据传输系统对实际两相流测井传感系统信号进行了传输测试,测试结果表明旋转电场式电导传感信号在模拟7000米传输速率280 kbps下误码率小于1%,取得了较好的软硬件设计效果。

关键词： 发电厂   组合导航系统   全球定位系统   捷联式惯性导航系统   硬件设计   软件开发  

摘要： GPS/SINS组合定位系统结合了全球定位系统(GPS)以及捷联式惯性导航系统(SINS)各自的优势，能够输出高精度、高可靠的定位信息，已经成为目前组合定位技术的主流研究方向。本文将GPS与SINS组合在一起，结合快速应用开发工具Delphi以及终端Android应用开发技术，设计与实现了一个基于GPS/SINS组合的电厂人员定位系统，对电厂工作人员进行较为精确的定位跟踪，用以加强工作人员的安全保障以及对于巡检情况的管理。本文从以下几个方面进行研究:　　首先，对于GPS、SINS和GPS/SINS组合导航的基本原理进行了叙述，分析了GPS及捷联惯导的优缺点，介绍了基于姿态角、速度组合模式的GPS/SINS组合定位系统。考虑到在惯导的姿态更新中四元数产生多值的问题，使用了基于李群的姿态解算方法，并对算法的正确性进行了数学推理。　　其次，完成了GPS/SINS组合定位系统的硬件实现。给出了系统的硬件平台搭建的总体方案，介绍了GPS模块、SINS模块以及数据传输模块，设计与实现了基于STM32单片机的主控计算机功能模块。　　然后，基于Keil MDK开发环境，完成了GPS/SINS组合定位模块的软件设计与实现。另外，在Windows系统中搭建了服务器（包括上位机、数据库以及服务器脚本程序），并开发了移动应用程序。其中，上位机软件用于接收定位模块发送的位置信息，并存入数据库。通过该上位机软件，用户可以在百度地图上查看定位目标的位移轨迹;使用***编写服务器脚本程序，用于响应移动终端安卓APP的查询请求;安卓APP则实现了对目标位置的远程查询功能。　　最后，通过人员行走试验测试了GPS/SINS组合定位系统的性能。首先通过在上位机软件查看定位效果以及测试安卓APP的远程查询功能，验证了人员定位系统可正常运行，能够对目标进行有效的跟踪定位。然后通过对比单独GPS与GPS/SINS组合在上位机中显示的定位效果，验证了组合系统可以提高定位精度以及稳定性。

关键词： 手环   ARM   BLE4.0   睡眠提醒   计步   NFC可支付  

摘要： 本文设计了一款可支付智能手环,详细介绍了手环的硬件设计方案,包括主控芯片、蓝牙模块、LCD显示模块、马达驱动模块、计步模块、心率采集模块以及移动支付模块;分别采用了ARM9芯片作为主控制器、BLE低功耗蓝牙芯片进行数据传输、DRV2605马达驱动芯片驱动马达从而实现睡眠提醒、三轴加速度传感器实现计步功能、OPT101传感器进行心率采集、PN544芯片实现移动支付功能.

关键词： 触觉传感   硬件电路   实用性  

摘要： 本文提出了一种新型多功能触觉传感器的硬件电路系统,多功能触觉传感器采集到的信号经过信号调理电路放大、滤波、抬升,经单片机进行A/D转换,然后经串口将数据传到上位机。触滑觉信号检测实验验证了该硬件电路在检测物体纹理特征和分辨物体种类上的实用性;50次重复性实验,该系统在检测区分物体种类上的成功率高达94.5%,表明该硬件电路的系统稳定性好。该研究对以后智能机器人和智能假肢的发展提供了新的技术支持。

关键词： 四旋翼飞行器   解耦控制   能量优化   硬件设计   软件实现  

摘要： 由于四旋翼飞行器结构简单、携带方便，且具备一定的载荷升空作业能力，使得四旋翼飞行器在生产生活中得到了广泛的应用。但随着生活水平的提高和工业技术的发展，人们对传统四旋翼飞行器在功能和性能上提出了更高的要求，例如位置与姿态的解耦控制。由于传统四旋翼飞行器是一个非线性、强耦合的欠驱动系统，使得四旋翼的位置控制与姿态控制是一个联系紧密的整体，即实现位置控制必然对姿态控制产生一定的影响，反之亦然。为了解决这一问题，本论文研究一种新型六自由度全控的四旋翼飞行器，其研究内容主要包括以下几部分。　　首先，改变传统四旋翼飞行器的机械结构，设计出一种满足六自由度全控的新型四旋翼飞行器机械结构，并从位置控制和姿态控制原理的角度论证了该新型飞行器的可行性。为了对所设计的机械结构进行定性与定量分析，本论文对其进行严密的推导，结合刚体运动学和动力学，最终建立该四旋翼飞行器运动学与动力学模型。　　其次，基于所建立的数学模型，本论文运用经典控制理论和现代控制理论为这种新型四旋翼飞行器设计了性能稳定的控制器，使其具备自主飞行的能力。此外，为使其具备高效、节能的特点，本控制器设计主要是基于能量最优的PID控制，使得四旋翼飞行器运动控制保持在能量最优的飞行状态。然后通过设计两组仿真实验，以验证算法的有效性和可行性。仿真实验主要从这种新型四旋翼飞行器的功能和性能角度予以设计，并设计了两组仿真实验，其中第一组实验主要验证其位置与姿态解耦的功能，第二组实验主要验证其六自由度全控的目标追踪能力。　　最后，从硬件设计和软件设计角度论述这种新型四旋翼飞行器的具体实现。本文针对这种新型四旋翼飞行器应具备的功能，以模块化的设计理念构建硬件平台。在软件设计过程中，充分考虑其设计的灵活性、可扩展性以及可移植性，并通过实际的编程语言C++实现软件需求分析所设计的功能和飞行控制算法。

关键词： 硬件设计   数据采集   自适应采样   数据管理  

摘要： 传统的机械振动监测以可能出现的最高故障频率为依据来设定采样频率,往往导致所设置的采样频率过高,增加了数据冗余与系统能耗,且现有的自适应采样技术也存在响应速度慢、数据失真和适用范围小等问题。鉴于此,并根据设备状态监测与故障诊断领域中数据管理的实际需求,本文提出了一种自适应变采样算法,并对数据采集模块与数据管理系统进行了研究设计,主要研究内容如下:(1)振动数据采集模块设计。进行硬件开发设计,主要包括信号调理、模数转换、数据传输、印制电路板布局布线等内容。对上位机与下位机软件进行了设计,给出了主要通讯协议的编程实现方法,并对采集模块进行了调试、测试,开发出一款振动数据采集模块。(2)自适应变采样算法设计。首先针对加性增加乘性减小(Additive Increase Multiplicative Decrease,AIMD)算法模型参数设置困难的问题,提出了一种自适应AIMD改进模型,并将其应用于自适应脉冲采样以获取数据。然后从时、频域两方面分析由脉冲采样获取的当前信号,并使用基于累积和(Cumulative Sum,CUSUM)的振动信号突变检测策略来判定设备的运行状态,以此指导系统进行高或低采样。最后利用插值算法对数据进行重构。实验结果表明,所设计算法解决了数据量与数据有效性之间的矛盾,对于正常运行的设备,数据量至少可降低60%,缓解了存储资源压力。(3)无线射频(Radio Frequency Identification)RFID数据管理系统设计。针对状态监测与故障诊断中获取设备信息不便和现有系统只集成了台账信息的问题,深入研究设计了集设备资产管理、状态监测与故障诊断三功能模块于一体的系统方案,开发出一款基于RFID的数据管理系统,并利用RFID硬件平台对系统的功能与性能进行了测试,测试结果表明系统实现了数据管理的功能。

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： 智能相机   Zynq7030   电路设计   PCB设计   硬件调试  

摘要： 随着科学技术的快速发展,工业生产技术展现了迅猛的发展态势,大范围的工业自动化、智能化、现代化生产方式取代了大量传统的人工劳动。近几年国内机器视觉在工业领域应用越来越多,对于智能相机所带来的生产自动化和智能化也开始出现广泛需求,在这种背景下,研究一款高性价比的智能相机非常有必要。本文首先对智能相机硬件需求进行分析,根据具体需求应用确定相应的功能模块。然后对主流的几种视觉解决方案进行对比,并选用合适的方案进行智能相机设计。确定设计方案之后选择Zynq7030作为主处理器,PYTHON300/PYTHON2000作为图像传感器,同时给出了系统各个模块的功能和整体结构。确定系统整体方案后开始进行电路设计,电路设计主要包括主处理器及内存电路、外围接口电路、图像传感器电路板以及系统电源等模块的设计。电路设计完成后需要结合信号完整性和电磁兼容的相关知识进行PCB设计,合理的布局、布线有利于电路板的正常工作。在PCB布线部分以DDR3为例,介绍了高速信号的布线方法及布线完成后必要检查工作。完成PCB设计后需要整理相关加工要求文档用于指导工厂完成生产,接着需要在软件开发人员的配合下完成硬件调试工作。硬件调试包括静态检测、相关指标测试、关键信号测试以及各功能模块测试。根据硬件调试结果,本文设计的智能相机各功能模块与接口工作正常且性能稳定,满足设计需求。

关键词： 嵌入式   射频识别   电控锁   QT   工具管理  

摘要： 由于航天器系统的复杂性,在现代航空装配与维修过程中需要使用到种类繁多的工具以及地面支持设备。近年来随着航空业的飞速发展,因工具遗忘于机身内部而造成航空安全事故的占比也有所增加。当前航空装配与维修企业所面临的重大课题之一就是如何将这些工具和设备进行高效的管理。经过实际的调研发现,目前的工具管理操作主要以人工为主,并使用纸质文档进行借用与归还登记,这造成了工具的借用与归还耗时较长、工具管理员工作量大、工具丢失定责难等一系列问题,同时在需要进行工具盘点时,相关工作很难落实到位。为了解决工具管理的混乱问题,提高企业对工具的管理效率,本文基于物联网与嵌入式技术,设计并实现了一套基于ARM的工具管理控制系统。论文阐述了工具管理控制系统研究的背景、意义、RFID技术、以及对嵌入式技术进行了详细的论述,给出了基于ARM的工具管理控制系统软硬件的设计与实现。在硬件方面,使用STM32系列单片机作为主控制器,结合外部电路与特定的模块,实现了使用Modbus协议进行通讯的电控锁模块,使用单通道RFID读写控制板与天线分支器模块共同实现了多通道的RFID读写器模块,实现了RFID简易手持读卡机,根据需要设计了一块供嵌入式ARM板使用的通讯转接板。软件方面,根据实际应用需求,搭建了Qt开发环境,并且移植了Qt在嵌入式ARM端的运行库,设计了数据表,并使用C++语言编写了合适的应用软件,并成功运行到嵌入式ARM开发板上。论文通过整体的软硬件结合,实现了以工具借用与归还为主,盘点与维护等功能为辅的一套完整工具管理控制系统。

关键词： PLC控制变频器   控制系统   硬件设计   PLC编程  

摘要： 当前我国正处于实现“两个一百年”奋斗目标的历史交汇期,科学技术有了巨大的发展,特别是许多新技术开始在生产生活中发挥重要作用.电力电子技术也获得了空前的进步促使变频技术在电机驱动领域产生了重大作用.目前主流的PLC控制变频器在工业技术领域推动变频技术不断向前迈步前进.本文就PLC控制变频器的应用来展开探析,对变频器的结构、控制系统的原理、硬件设计、PLC编程、PLC性能特征进行了研究,最后对PLC的应用实行深入分析,希望能够对PLC控制变频器的应有效率提升带来推动作用.