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关键词： 现场可编程门阵列   模块设计   数据处理  

摘要： 该文根据系统性能指标要求、算法特点和FPGA的相关特性,系统先介绍了系统组成模块的设计和各个模块的作用;然后重点对同步采样、数据存储与处理、编码信号产生和通讯模块作了详细论述,说明了相应的工作原理,给出了它们的原理框图;最后展示了电路板实物焊接图。

关键词： 工业缝纫机   ARM   FPGA  

摘要： 针对目前工业缝纫机技术实际情况,提出了一种基于ARM与FPGA技术相结合的特种工业缝纫机控制系统的硬件实现方案。该系统以ARM为主处理器,负责系统中各个任务的管理与调度,实现人机交互。

关键词： 混合动力汽车   车载能量系统   管理技术   硬件设计  

摘要： 能源危机和环境污染是目前全球面临的双重威胁，世界各国已经相继制定出日益严格的燃油消耗和汽车排放法规以应对逐渐枯竭的能源和日趋恶化的尾气污染问题。作为一项在中短期内可有效节能减排的汽车新技术——混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle,HEV）技术已经成为世界各国政府、汽车制造企业和科研机构汇聚的焦点。能量系统作为混合动力汽车的辅助动力源是 HEV发展的关键技术之一，也是制约其快速发展的主要瓶颈，主要体现在HEV对能量系统的高性能、长寿命、低成本以及安全可靠等要求。为满足上述要求，一是需要不断提高能量系统的本体技术和工艺水平，同时还需要发展高效可靠的能量管理技术。\n 本论文课题来源于国家863计划项目“城市客车混合动力总成关键技术的研究”，研究对象是单轴并联式混合动力城市客车的能量系统及其管理技术。主要开展了能量系统的等效电路模型、能量管理控制策略设计、均衡结构设计以及能量管理系统的硬件设计等内容的研究。具体研究工作如下：\n 1.基于磷酸铁锂电池特性试验，建立了蓄电池的通用型低阶等效电路模型，模拟了磷酸铁锂电池的开路电压特性、直流内阻特性以及自放电等特性。研究了等效电路模型参数的离线和在线辨识方法，离线辨识方法主要通过复合脉冲功率特性试验并对试验数据进行分析拟合确定模型参数；在线辨识方法主要为了消除整车实际运行时的动态误差，基于限定记忆的最小二乘法根据实时变化的输入电流等信号确定模型参数，提高辨识精度。仿真和试验结果表明，模型离线辨识电压和实测电压静态最大估计误差为1.4%；在线辨识参数动态误差可减小到1.1%。最后分析了混合动力城市客车对能量系统的要求及其工作特性，据此建立了整车模型，并基于改进的遗传算法对蓄电池系统的标称容量和电压进行了优化匹配。\n 2.分析了能量系统SOC的主要影响因素及其常用计算方法的优缺点，提出了基于通用型低阶等效电路模型的自适应联合 SOC估计方法，该方法由电量累计模型、开路电压模型以及自适应SOC输出模型三部分组成，将SOC的变化描述成实时电流和开路电压共同作用的结果，通过建立噪声模型消除电量累计带来的误差累积效应，仿真结果表明自适应联合算法具有较强的抗干扰能力，SOC估计误差可有效减少。建立了基于模糊逻辑的峰值功率预测模型，可根据当前SOC、电压以及温度等因素实时调整最大充/放电功率计算输出。蓄电池的寿命预测模型分为内阻增长模型和容量衰减模型，仿真结果表明 SOH预测模型符合蓄电池寿命衰减趋势，具有较高的适用性。\n 3.分析了能量系统单体一致性问题产生的原因，主要由于蓄电池出厂时的初始差异以及使用过程中的差异累积而造成单体 SOC偏差逐渐增大导致出现单体过充或过放。在对比常用均衡电路结构的基础上，利用图论的方法分析各种均衡结构的均衡效率，并综合考虑高效率及工程实用性提出了基于双向 DC/DC的自补偿均衡电路结构，该结构在108串的磷酸铁锂电池系统中理论效率高于90%，并可通过分层结构实现了多个单体同时均衡。基于混合动力系统 DOD边界的自适应动态均衡控制方法以SOC为控制目标，利用DOD边界直流内阻和单体SOC的对应关系在蓄电池安全使用区域内及时找出不一致单体并开启均衡电路进行均衡，仿真结果表明自适应动态均衡控制方法控制目标明确，均衡效率较高。\n 4.基于能量管理系统EMS硬件功能需求，采用分布式架构，将EMS硬件结构分为参数监控、高压管理、均衡控制以及 CAN通信及标定等模块。对整车复杂干扰环境下的单元电压采样方法进行了研究，并提出了多路复用选通的模块化电压采样法，可有效避免共模干扰和漏电流的影响。根据国家电动汽车相关安全标准，开展了基于“安全”的能量系统高压管理方法研究，建立了高压电系统等效电路模型包括预充电、绝缘电阻、等效电容和剩余电量实时监测模型，通过完善的高压故障诊断以及安全断开机制确保整车用电及人身安全。\n 5.以能量系统测试台架及混合动力整车为基础，进行了能量管理系统的试验研究，通过一系列的试验表明能量管理系统信号采集实时准确，电压信号采集偏差小于0.5%，电流信号采集偏差小于1%；高压管理模块安全断开时间小于20ms，绝缘电阻检测误差5%，达到国家电动汽车高压安全标准要求；自适应联合SOC估计方法具有较高的鲁棒性，SOC预测偏差<5%，达到国内先进水平；峰值功率计算模型能够较准确的反映能量系统当前所能承受最大充/放电功率的变化；SOH预测模型预测结果与蓄电池系统实际容量衰减趋势基本一致，最大误差约6.6%。基于DOD边界的自适应动态均衡算法均可以精确的实现以 SOC为目标的均衡处理，可有效的保护蓄电池单体，避免出现过充/放现象，均衡效率大于80%。

关键词： LXI总线   数字示波器   FPGA芯片   DDR2存储器   网络接口  

摘要： 面对越来越复杂的测试环境和测试对象,需要采用复杂的测试系统进行测试,这给测试系统的组建带来了较大的困难。采用LXI总线测试设备组建分布式的测试系统较好地解决了这一难题。本文所研究的LXI总线数字示波器模块,具有一般数字示波器的主要功能,能广泛应用于分布式的测试系统。此外,该示波器模块还具有IEEE1588同步功能,解决测试系统中测试设备的同步问题。\n 论文在分析了LXI总线技术的基础上,讨论了数字示波器的主要组成部分和各个部分的实现方式,通过分析和比较提出了LXI总线数字示波器模块的硬件设计方案。本设计采用了ARM+FPGA的系统架构,硬件电路主要包括模拟通道电路、数据采集电路、LXI总线接口电路三大部分。模拟通道电路由AC/DC耦合电路、无源衰减网络电路、阻抗变换电路、放大电路、ADC驱动电路组成。数据采集电路采用FPGA作为逻辑控制核心,采样率为500MSa/s的AD9286作为转换器,高速存储器DDR2作为系统的存储设备,嵌入式处理器S3C2440作为系统的处理核心。LXI总线接口部分采用 DM9000+DP83640的架构实现以太网通信和 LXI总线数字示波器的IEEE1588功能。系统工作时,信号通过模拟通道进行信号调理后进入ADC转换,转换后的数据在FPGA内部进行接收降速处理,处理完的数据将存储在DDR2中。当ARM向FPGA发送取数请求时,FPGA通过DDR2控制器来读取DDR2的数据,再将数据从双口RAM送到ARM。系统在采用嵌入式Linux操作系统的ARM中实现了LXI总线数字示波器的网络等功能。\n 本论文完成了系统各个部分的电路设计。初步实现了LXI总线数字示波器模块的主要功能,主要实现了优于100MHz模拟带宽的设计、高速AD采集、DDR2存储和LXI总线B类仪器的IEEE1588触发。通过各部分模块的通信设计实现了系统的整体通信,对各部分实际电路进行了功能调试和指标测试。测试的结果表明,本文设计的LXI总线数字示波器模块满足了设计的基本指标要求,在分布式测试系统中具有一定的应用价值。

关键词： 物联网   TINY21   O   ARM  

摘要： 目前,物联网(Internet of Things,IOT)已经成为一个热门话题引起了人们的关注。物联网是用一定的通信技术(如RFID、GPS)按约定的协议将物品与互联网连接,进行信息交换,以实现监控管理、智能化识别、定位和跟踪的一种网络。本文提出了物联网监控终端硬件设计,整个系统是以广州友善之臂公司(GuangZhou FriendlyARM)生产的TINY210核心板为主控制器,结合各功能模块,综合运用嵌入式系统、通信系统等提出一套低成本功能强的应用系统的设计。

关键词： 自由立体显示系统   硬件设计   现场可编程门阵列   深度图像   多视点绘制  

摘要： 自由立体显示技术，是指观看者在不需要任何辅助设备的条件下观看就能产生立体感的一种技术。现今大多数自由立体显示系统要求在显示端具备多个视点的信息，如果采用多个相机拍摄视点信息，那么对系统的传输带宽要求高，并且对存储空间也要求高，同时为使观看者能看到连续的、流畅的视频，自由立体显示系统对实时性要求高。针对这些问题，本课题分析了采用的自由立体显示系统的架构，结合现有的设备设计了一块带有FPGA（现场可编程门阵列）处理器的电路板，利用其来实现自由立体显示相关处理的加速，并在该电路板上利用DIBR（基于深度图像的绘制）技术实现了多视点绘制。\n 首先，对整个自由立体显示系统进行需求分析，整个系统包括双目相机、电视控制板、FPGA加速系统和自由立体显示器，其中FPGA加速系统主要用于实现立体匹配、多视点绘制和立体视频合成；在此基础上对FPGA加速系统的硬件和目前已完成的FPGA处理逻辑进行了需求分析，在硬件方面，FPGA加速系统主要包括处理器模块、视频输入和输出接口模块、存储模块、辅助调试模块和电源模块，FPGA处理逻辑包括图像输入、立体匹配、多视点绘制和图像输出这些模块，其中图像数据的输入和输出通过串口进行传输的，多视点绘制模块由多个并行的DIBR模块构成。接着，进行FPGA加速系统的硬件设计。然后，利用VHDL（超高速集成电路硬件描述语言）描述语言实现了图像输入模块、多视点绘制模块和图像输出模块。\n 最后对在FPGA上实现的相关模块进行功能仿真，并结合同组同学实现的立体匹配模块，将整个处理逻辑下载到FPGA处理器上进行验证，实验结果表明实现的处理逻辑正确，而且能满足实时性要求。

关键词： 拖拉机   自动变速器   控制器   硬件设计   数字信号处理器  

摘要： 我国是农业大国，农业现代化和机械化是农业发展中迫切需要实现的目标，拖拉机作为重要的农业机械，其自动化程度是评价一个国家农业机械化水平的重要指标。变速器作为拖拉机传动系统中的一个重要部件，对拖拉机的整体性能有着重要的影响。目前，国产拖拉机多数仍采用机械式手动变速器，该变速器换挡过程复杂，且存在换挡冲击大和换挡动力中断等缺点。双离合器式自动变速器(Dual Clutch Transmission,简称DCT)在拖拉机换挡时能够弥补传统手动变速器的不足，实现动力的连续输出，提高了拖拉机的动力性和燃油经济性，降低了驾驶员的劳动强度。控制系统作为DCT的核心部分，其硬件系统对DCT的性能有着重要的作用。\n 本文在研究拖拉机DCT控制系统性能要求的基础上，分析了拖拉机DCT电控单元硬件系统的结构特点、组成和功能要求，制定了拖拉机DCT电控单元硬件系统的总体方案，并分析了方案的可行性。根据拖拉机DCT的结构和电控系统的工作原理，选取硬件系统所需的集成芯片型号，设计了以数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)为核心的电路原理图，并对主要电路进行了仿真，优化了设计参数，完善了电路原理图的设计。通过对印刷电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)的分层、布局、布线以及电磁兼容性设计，优化了PCB布局，完成了PCB的制作和元器件的焊接。建立了拖拉机DCT测试平台，利用万用表、示波器等对其进行了电气测试，结果表明所测电路在信号传输方面功能正常；利用CCS3.3软件、CANoe软件以及TIDSP-XDS510仿真器等，完成了RAM存储器、Flash存储器、CAN接口、SCI串口等模块的调试，测试结果表明所测模块能够正常工作。

关键词： 北斗卫星捕获   4ms遍历   并行码相位搜索   FPGA  

摘要： 北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星导航系统,是继美国的GPS以及俄罗斯的GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统的卫星信号采用了二次编码技术,限制了相干积分的时间,给北斗导航信号的捕获带来了挑战,因此本文提出了基于4ms的遍历并行码相位搜索的卫星捕获算法,用来解决这个问题,提高卫星捕获的灵敏度,提高卫星捕获的性能。

关键词： 永磁直驱风力发电机   控制系统   硬件设计   示范工程  

摘要： 进入21世纪以来，随着石油价格的不断上涨，世界范围内的能源供应持续紧张，合理开发利用可再生能源发电是解决能源问题的一个主要途径，然而，利用可再生能源发电却都是分布式电源，它们虽然靠近负荷，具有提高能源利用率的优点，但是却对大电网有着不良的影响。为了能尽可能地利用分布式发电所带来的经济效益和对可靠性的改善，并尽量减少其对主网的冲击，世界各国都在研究和发展微电网。\n 本文首先介绍了微电网的概念，阐述目前微电网在世界上的发展现状，着重介绍世界上主要微电网的研究和示范工程，通过对比各国微电网研究所存在的差异，提出中国微电网研究所需要重点解决的问题；其次介绍了我校和我司共建的微电网实验基地的规划和建设现状，详细介绍实验基地中风力发电机组的情况；再次着重讲述了该实验风力发电机组电气控制系统的硬件设计，并概述了该电气控制系统的软件设计；最后提出对控制软件优化和未来开展实验工作的建议。

关键词： 气象监测系统   信息采集   远程控制   硬件设计  

摘要： 气象信息在日常生活中扮演着越来越重要的作用。气象信息的获取主要依赖于各种气象仪表，且获取方式呈现自动化、微型化、远程化的特点。自动气象监测系统是一种重要的气象信息获取工具。其将传感器技术、嵌入式技术、集成电路技术结合在一起，具有体积小、精度高、性能稳定等优点，正逐步成为采集气象信息的主要手段。国外先进自动气象站性能优秀但往往本地适配性差，而国产气象站成本较低但往往性能及服务达不到要求，研发新一代的自动气象站，解决气象站性能与本地化的矛盾是改善气象监测方法的重要手段。\n 本课题以改善与提高自动气象站技术为研究目标，结合实验室既有MEMS技术，通过硬件电路、软件模块的重新架构与设计，在系统精度、稳定性、功耗、数据处理算法以及配套界面方面有所突破。本自动气象监测系统满足温度、湿度、气压、风速风向信息的获取，具有智能化、精度高、体积小等优点。其主要由气象监测终端、通信系统以及远程计算机监控界面三部分组成。气象监测终端负责气象信息的采集与处理，通信系统负责将气象信息发送到远程计算机，监控界面完成气象信息的显示存储等功能。\n 论文主要分为四个部分:\n 第一部分介绍了气象监测系统的整体方案设计，分别给出软硬件方案的整体框图。\n 第二部分介绍气象监测系统的硬件电路设计。硬件电路主要包括传感器模块、控制模块、通信模块、实时时钟模块、存储模块、气流扇模块以及电源模块。控制模块基于STM32系列微处理器，传感器模块部分基于成熟商用传感器，部分采用实验室自主研发传感器。由于系统需要工作在野外恶劣条件下，硬件电路的设计准则是在满足性能要求的前提下尽可能提高系统的稳定性与可靠性。\n 第三部分介绍了软件设计。软件设计分为监测终端控制软件设计以及计算机监控界面设计。对于前者，首先根据功能对各任务进行详细划分，给出软件系统架构图，然后设计任务调度模型并移植实时操作系统对各任务进行管理，以保证任务的有序执行，监测终端软件主要负责各硬件单元的驱动、气象信息的采集、处理、上传、存储以及与上位机交互功能。对于监控界面，采用VC++平台进行开发，基于对话框实现，监控界面负责与监测终端可靠通信并完成气象信息的显示、存储以及命令交互等功能。\n 第四部分是对系统的测试，分为硬件测试以及软件测试。硬件测试主要对各传感器的性能以及系统功耗做检测，检测环境为实验室专业设备。软件测试包括单元测试以及集成测试。测试结果表明系统性能基本达到设计指标。\n 本自动气象监测系统的研究与开发，有效的改善了国外先进自动气象站的本地化与国内自动气象站性能服务不满足要求之间的矛盾，为自动气象站的开发提供了可以借鉴的方法，具有一定的理论意义与实用价值。