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关键词： 高速高清晰数据采集   时间交替采样   大容量存储   分段存储  

摘要： 现代电子测量领域中的信号特征正朝着频率越来越高,特征日趋复杂的小信号领域发展,需要有更高采样速率与采集精度的采集系统才能对这些信号精确的捕获分析。采集系统的核心是模数转换器(ADC),但是国内的示波器研制单位由于ADC芯片的限制,一直没有推出同时具有高采样率以及高垂直分辨率的示波器来满足市场的需求。为此,本设计基于高清晰数字存储示波器,对兼有高采样率和高垂直分辨率的采集与存储系统进行了研究,搭建了该项目的硬件平台。其主要指标有:20GSPS实时采样率、10bit垂直分辨率以及500Mpts存储深度。本文研究的主要内容如下:1、对高速高清晰采样技术的方案进行研究与分析,设计由4片5GSPS采样率,10bit垂直分辨率的ADC利用时间交替采集技术来搭建的采集系统。针对高速高清晰采集系统并行采集的特点以及特殊的时钟需求,设计了信号驱动电路与ADC采样时钟电路。并且为了解决多片ADC数据拼合时的相位关系问题,设计了基于时间展宽电路的校正模块。2、对数据处理系统核心硬件可编程逻辑器件(FPGA)的接口资源和时钟资源进行研究与分析,提出了基于ISERDES2与IDELAY2的高速高清晰数据的接收和降速方案,并对系统的时钟方案进行了设计。3、制定了外接DDR3存储器实现高清晰数据大容量存储的方案。针对高清晰数据位宽达10bit的特点,为保持数据的高速传输,利用Xilinx公司提供的专用IP核MIG(Memory Interface Generator)对两块外接存储器进行控制,将数据拆分存储,实现了500Mpts的存储深度。对大容量存储模式进行扩展,利用划分存储空间的方法,实现了分段存储的功能,用有限的存储空间存储了更多有效的数据,丰富了显示模式,也为后端波形数据分析提供了基础。经过对样机的测试,本文设计的高清晰数据采集与存储系统能够同时满足20GSPS的高采样率以及10bit的高清晰分辨率。在深存储模式下能够实现单通道500Mpts的存储深度,并能够实现分段存储的功能。整机性能处于国内先进水平。

关键词： PLC控制系统   十字路口交通灯   硬件设计   软件设计  

摘要： 本文设计结合交通的实际情况拟设交通灯控制系统的工作流程,给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。并完成交通灯PLC控制系统的硬件设计及软件设计,最后通过仿真调试满足要求。

关键词： 电动汽车   锂电池   电源管理系统   硬件电路设计   荷电状态   均衡方案   Simulink仿真  

摘要： 随着全球可循环利用资源逐渐减少，环境污染问题越来越严重，怎样节约资源与保护环境，已经成为了世界各国的研究课题。传统的汽车主要以燃油作为动力能源，燃油的大量使用，在消耗可循环利用资源的同时，也对环境造成了巨大的破坏。电动汽车具有能源利用率高、环境污染小等优点，正在逐步取代燃油汽车，成为未来汽车的发展方向。动力电池组是电动汽车的核心部分之一，为动力电池组配置一套合适的管理系统，能够有效的提高电动汽车的续航能力和安全性，是使电动汽车工作在最佳状态的前提。　　本文设计的电动汽车锂电池电源管理系统，主要完成了以下几个方面的工作：　　完成了基于STM32电动汽车锂电池电源管理系统的硬件电路的设计。硬件电路分为主控制板电路和采样板电路。主控制模块电路包括STM32最小系统、电源模块、数据采集模块、通信模块等等。采样板电路主要负责完成单体电池间的电压和温度的采集。主控制板和采样板之间通过CAN总线进行通信。　　完成了电池组荷电状态（SOC，StateofCharge）的估算。分析了充放电效率、老化因素、温度等因素对SOC估算时的影响，并在SOC估算时，引入了修正系数。采用安时积分法结合开路电压法估算电池组的SOC。开路电压法为安时积分法提供初始SOC，在电池组充分静置的前提下，通过实验获得开路电压（OCV）与荷电状态（SOC）一一对应的关系，在电池组处于工作状态或者未充分静置时，通过对锂电池的模型搭建，完成初始时刻电压的估算。　　完成了电池组均衡方案的设计。通过比较多种均衡方案的优缺点，最终采用了基于反激式电路的均衡方案。在Simulink上搭建电池模型，通过仿真实验，得出了在具备均衡装置和不具备均衡装置的两种不同情况下，电池组的放电特性，证明了电池组在充放电阶段的均衡重要性和可行性。

关键词： 嵌入式   侧扫声纳   模块化   双频  

摘要： 海洋科学正在高水平快速发展,对海洋探测设备的需求也在逐年增加,设备种类和探测方式也呈现嵌入式、多元化、多模式、小型化的高速发展态势。侧扫声纳就是探测应用较为广泛的设备之一,而设备设计和使用过程中的重量、安装尺寸以及数据存储读取方式等,对于侧扫声纳使用的灵活性而言成为关键的使用制约因素。传统拖曳式侧扫声纳已无法满足当今海洋探测设备的使用需求。本文以嵌入式侧扫声纳模块化硬件设计与实现为主要研究内容。论文首先对国内外侧扫声纳的技术发展历程和应用背景及意义进行了简要概述。并根据侧扫声纳的使用需求确定了设计指标。然后,根据设计指标对侧扫声纳的关键参数进行理论设计分析,包括:侧扫声纳成像的基本理论原理、换能器频率特性与指向性特性、分辨率与信号脉宽的关系、海底反向散射强度特性、声信号传播损失特性以及发射声源级和发射声功率特性,并给出了硬件平台的理论计算参数。根据理论计算参数,设计并实现了模拟电路和数字电路两部分。模拟电路实现了发射机和接收机电路性能指标,同时对电路的功能进行了调试测试。其中发射机部分包括:发射信号驱动电路、功率放大电路、变压器参数设计、换能器匹配电路以及发射储能电路。接收机部分包括:差分信号输入电路、固定增益补偿、TGC(Time Gain Control)增益补偿控制、MGC(Manual Gain Control)增益补偿控制、信号频谱搬移、信号选频滤波等信号调理电路。数字部分实现了回波信号处理、逻辑信号控制、数据处理传输及验证等功能。完成了左右通道回波信号的数据采集和预处理、传感器数据采集及解析、硬件平台的逻辑控制、数据的高速传输。通过对硬件平台各个不同功能模块的性能测试,验证了整体设计方案理论的正确性;通过不同阶段的水池及外场实验测试,实现了硬件平台嵌入式、模块化,数据读取、数据传输、数据存储方式灵活可选择配置,同时验证了嵌入式侧扫声纳模块化硬件平台的工作稳定,双频成像效果良好。

关键词： 生化分析仪   硬件设计   软件程序   柔性运动   动态规划  

摘要： 生化检测是临床医学检验中的重要组成部分,随着我国医学水平的提高和医疗条件的改善,人们对生化指标检测提出了更高的要求。生化分析仪作为生化分析的主要工具,其发展也因此受到越来越多的关注。目前,国产生化分析仪在检测精度、速度和稳定性等方面与国外产品存在较大差距,使其在该领域的市场竞争中处于不利地位,而进口设备却又存在检测系统封闭,配套试剂价格昂贵等问题,因此,研发具有自主知识产权的高性能自动生化分析仪迫在眉睫。基于以上背景,本文基于化学免疫发光法研究设计了一款小型台式自动生化分析仪测控系统,能够实现对微孔板微弱光信号的自动测量;同时对仪器所存在的噪声较大,检测方式单一等缺陷,通过对其测控系统的优化改进,大幅提高了仪器的检测性能,为后续产业化奠定基础。研究内容主要包括两部分:(1)生化分析仪测控系统设计,包括硬件平台设计和上下位机软件设计。本仪器硬件系统采用模块化的设计结构,主要分为控制器模块、电源模块、校准模块、检测模块、电机及其驱动模块、串口通讯模块等。下位机软件以C语言为开发工具,完成硬件系统的初始化、电机的校准、与上位机的通讯,最后配合上位机指令通过驱动电机运动完成生化检测。上位机软件以Visual Basic语言作为开发平台,采用结构化编程模式,实现了对整个测控系统的PC端操控,主要功能包括串口自动识别与串口通讯、检测模式选择、信息录入、后端路径规划、Access数据库存储、数据处理、曲线生成、病历打印以及信息查询。(2)生化分析仪测控系统优化,包括运行精度优化与检测路径优化两个方面。首先,为实现对生化分析仪传动过程的精准控制,提出了一种新型的S曲线加减速算法。该算法取代传统的梯形曲线加减速算法,应用于生化分析仪的电机传动过程中,实现了电机的柔性启停,减小了机器的运行噪声,提高了运行精度。其次,针对生化分析仪微孔板检测位点多、路线单一、规划难的缺陷,提出了一种基于动态规划法的路径规划算法,将多阶段的全局路径寻求过程转变成多个单阶段性最优化问题,最终求得最优路径。该方法的应用大大缩短了仪器的单周期检测时间,提高了检测速度。

关键词： 变电所   开关   智能采集板   设计  

摘要： 由于煤矿井下事故频发,引起大规模的断电等安全隐患,对井下高压供电系统的监控尤为重要。本文首先对智能信息板进行了详细的介绍,然后对矿井变电所供电开关的智能硬件板进行了设计与开发,对煤矿开采具有重要的意思。

关键词： 仿人机器人   行为控制   硬件设计   软件设计  

摘要： 仿人机器人在人工智能,人机交互,行为控制,取得重要突破。行为控制实现机器人,平面行走,上下台阶、绕过障碍物、物体跟踪等功能。这些功能都离不开对机械臂的控制,控制电机完成机械臂的转动。论文具体分析了相关的行为控制系统,首先具体介绍了仿人机器人,此后系统分析硬件设计工作,具体涉及到两大块,即关节驱动器、关节控制;最后,则具体分析软件设计,主要包括电机控制、主程序等。在探究行为控制系统的基础之上,能够令仿人机器人的功效得到更好的发挥,以便通过对行为的控制,由此来服务于用户。

关键词： 细胞电融合   阻抗测量   嵌入式  

摘要： 细胞融合是指通过介导和培养,在离体条件下用人工干预的方法将细胞通过无性繁殖方式融合成杂合细胞的过程。细胞融合技术不仅为核质相互关系、基因调控、遗传互补、肿瘤发生、基因定位、衰老控制等领域的研究提供了有力的手段,而且在遗传学、动植物远缘杂交育种、发育生物学、免疫学、医药、食品以及农业等方面都有广泛的应用价值,已成为杂交育种、药物筛选、单体克隆抗体制备、哺乳动物克隆以及抗癌疫苗研发等方向的关键技术。细胞融合方法有生物融合法,化学融合法,物理融合法。现在广泛使用的是物理融合方法。在物理融合方法中,又以电融合方法得到最广泛的应用。电融合法相较于其他方法,具有效率高,重复性好,操作简便,对细胞无毒害,便于细胞融合过程观察和录像,适用于仪器应用和规范操作。本文在分析细胞电融合原理的基础上,对国内外在该领域研究现状的对比,针对细胞融合芯片的特点,提出了一套完整的基于嵌入式的设计方案。对设计方案的每一个具体功能模块进行分析实现。在实现了功能电路并进行了测试后,对比设计指标后,利用人慢性髓系白血病细胞K562进行了细胞融合实验。实验表明,设计的实验装置顺利的完成了整个细胞融合过程,达到了预期的设计目的。本文在设计细胞电融合系统中引入了阻抗测量负反馈,试图发现细胞电融合的过程同细胞溶液阻抗变化之间的规律,进而利用其内在联系,更加智能的控制细胞电融合的过程,并最终达到减轻操作人员的劳动强度,提升细胞融合率的目的。同时,为了减缓细胞过程中的单极性脉冲对电极的氧化影响,设计并实现了双极性脉冲电路。总之,采用嵌入式的设计思路实现的片上细胞电融合系统极大的提升了用户体验,并使系统朝着智能化,小型化更进了一步。

关键词： 信号采集   信号回放   中频带通采集   PXI-e  

摘要： 随着机载电子设备和无线通信设备测试引入软件定义无线电和通用数字系统的思想后,测试体系构架整合为射频处理、中频信号预处理和功能信号处理三个部分,射频部分完成从中频到射频的变换以及射频信号的接收和发射、中频部分完成信号的采集和回放以及基本调制类型的调制与解调、功能性信号处理部分是完成信息的编解码。中频信号预处理部分对中频信号采集和中频信号回放的模块化、小型化和通用化需求逐渐增加,因此设计一款基于标准高速测试总线的中频信号采集与回放模块就越来越有必要。本文空中交通管制机载应答机测试中对175MHz中心频率、10MHz最大带宽的中频信号的采集和回放的测试需求,结合带通滤波理论、带通采样理论和数字上下变频技术,对采集通道和回放通道的结构和指标实现进行分析,提出了基于PXI-e的中频信号采集和回放模块的整体设计方案,并根据设计方案完成了模块的硬件部分。本模块采用双FPGA+ADC+DAC的方案完成中频信号的数字化、中频接收和回放的数字化处理、时钟信号的产生和分配、高速通信同步接口的设计,实现中频信号的接收处理,数字化回放,OOK、DPSK、PPM等基本调制类型的信号调制与解调、高速接口通信与数据传输。最后,通过模块的测试结果,验证了本文设计方案的可行性,并对本文的设计进行总结与回顾,指出在调试和实现过程中发现的设计上的不足,提出了PXI-e中频信号采集和回放模块未来的展望。

关键词： 硬件  

ISBN: (纸本)9787040478952

摘要： 全书共11章, 分别介绍嵌入式硬件系统设计基本知识、嵌入式硬件设计基础、皖入式处理器片上组件、电源设计、最小系统设计、数字通道和模拟通道设计、电机及其控制、互连通信接口设计、可靠性与抗干扰设计, 最后以一个完整的实例详细讨论联入式硬件综合设计。本书将通识性知识和个性化知识有机结合, 在介绍硬件组件原理及外部接口原理时, 不针对任何一款特定嵌入式处理器, 只是在具体编程应用时才涉及具体引脚。这样做的目的是因为任何一款处理器都不可能一直使用下去, 但只要学握其本质, 以后使用新的处理器时就可以很方便地用特定的引PH替共性的标识来移植。