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关键词： 单片机   网络摄像机   监控   可移动  

摘要： 介绍了一种基于单片机的移动视频监控系统,详细给出了硬件各部分的设计。系统由网络摄像机、无线网络以及能通过串口进行控制的小车平台组成,解决了无监控设备区域的监控问题。系统制作简单,维护方便,充分利用现有资源和技术,同时采用模块化设计,可移植性很强,在危险、未知环境的探测、监控等领域有很好的推广应用价值。

关键词： 装瓶机   PLC   硬件设计   控制流程   程序设计  

摘要： 自动药片装瓶机,是对不同形状的药片进行计数、装瓶的专用设备。采用西门子S7-200PLC技术,实现装瓶机的启动、停止以及中途改变装填粒数的功能。在分析装瓶机系统工艺过程和控制要求的基础上,进行PLC硬件和软件设计,经上机模拟调试,调试结果与实际控制要求一致。本装瓶机控制系统具有药片数量显示功能、装瓶速度快、计数准确、线路简洁、控制灵活的优点。

关键词： 导航系统   卡尔曼滤波   误差标定   硬件设计  

摘要： 个人导航系统由于其便携性和可靠性，在军事和民用领域都有着广阔的应用前景，是近年来导航定位领域的研究热点之一。本文以个人导航为应用背景，就MIMU/GPS/磁罗盘组合导航技术开展了研究工作，并在此基础上，设计并实现了MIMU/GPS/磁罗盘组合的个人导航系统。本论文的主要研究内容和成果如下:\n 1.针对个人导航系统的需求，提出了个人导航系统的总体方案，设计了基于DSP、FPGA和MCU的导航计算机，并完成对MIMU/GPS/磁罗盘组合的个人导航系统的硬件设计，达到了个人导航系统的基本要求。\n 2.针对个人导航系统，设计了12维状态变量的扩展卡尔曼滤波器，给出了系统状态方程和量测方程，编制了MIMU/GPS/磁罗盘组合系统的组合导航算法实时解算程序，并利用静态和动态试验验证了算法的有效性。\n 3.对系统进行了静态和动态试验，试验结果表明:在动态情况下，定位误差小于5m，速度误差在0.5m/s范围内，组合系统定位性能优于GPS且能正确反映测试者的姿态变化;同时，利用“动态翻转六位置法”对系统惯性测量单元的误差进行标定和补偿，使系统惯性数据测量精度提升至少1个数量级。\n 本论文的成果对基于GPS/MIMU/磁罗盘组合的个人导航系统系统的工程应用提供了理论和技术保证，具有重要的实用价值。

关键词： 智能电网   高压开关柜   在线监测系统   以太网   硬件设计  

摘要： 随着智能电网的逐步建设和全社会用电量的持续上升，电力系统安全稳定运行方面的要求逐渐提高，各种输变电和配电设备的检修工作也显得越来越重要。高压开关柜的数量多、维修花费大，而且一旦发生故障往往带来严重的后果。对高压开关柜实现实时在线监测是对它进行故障诊断进而做到状态检修的前提，对整个智能电网的稳定运行都具有重要意义。本文研究并设计了一套面向KYN28A-12型10kV高压开关柜的综合在线监测系统。\n 首先，分析了高压开关柜中各主要监测变量的特性和它们的监测方法，提出了一种基于以太网通信方式的多层分布式监测系统的总体设计方案。本系统的主要优点是综合性高、监测变量多、互操作性强。\n 然后，根据功能性和可靠性等方面的要求，对监测系统中传感器选型安装、信号采集板、FPGA+ARM核心板、工控机等部分做了具体的硬件设计。对核心板中的可编程嵌入式芯片FPGA和ARM做了详细的软件设计，对安装在工控机中“高压开关柜在线监测软件”的功能和界面都做了具体介绍。制造的在线监测样机在国家电网南瑞集团实验验证中心通过了型式实验并在泰州供电公司城西110kV变电站成功挂网试运行，运行结果验证了本监测系统的有效性、准确性和稳定性。\n 最后，为了从监测数据中提取有价值的特征值，研究了断路器分合闸过程三相动触头行程信号的处理方法。选择合适的小波包函数和分解层数，运用小波包阈值去噪的方法对行程信号做有效消噪，提高了信号的信噪比。分别运用速度曲线法和小波希尔伯特分析法来求取合闸过程刚合点，这两种方法得到的结果相互印证了彼此的准确性。根据定义进一步计算了断路器分合闸过程的各项机械参数。

关键词： 三维无线传感器网络   定位算法   硬件设计   粒子滤波  

摘要： 随着无线传感器网络使用越来越广泛，对移动节点定位的认知也成为一个非常重要的问题。传统的粒子滤波常用于对平面二维节点的进行定位，但是实际的无线传感器网络节点一般是水下、空间、坡地等一些三维场景，而不可能放置在绝对的二维平面内，所以需要节点的三维位置信息，本文对传统的粒子滤波算法进行了改进，使其应用到三维空间节点定位。基于移动节点定位的实时性要求，将粒子滤波算法用硬件实现。\n 首先确定定位目标的三维运动模型，在研究了基本粒子滤波算法的基础上，推导出适用于三维空间移动无线传感器网络节点的定位算法。基于粒子滤波算法的硬件实现，在对算法进行仿真优化时就考虑算法的复杂度，在保证算法精度的条件下降低计算量，尤其是对权值计算模块计算量的简化。在确定算法后，提出一种流水线架构的硬件实现方法，对各个子模块进行硬件设计和仿真，为了使硬件设计更具灵活性，本文使用高层次的SystemC硬件描述语言进行设计，代码编写后适用ModelSim进行仿真，将仿真结果导出到Matlab与软件仿真进行对比。架构验证完成后再将SystemC转换成可综合的Verilog代码。\n 得到的硬件仿真结果与软件仿真结果进行对比表明了硬件实现定位算法的精确性。算法对各模块的计算量进行了简化，用简便的计算替换掉复杂的指数运算，代码综合的结果表明本文设计的资源消耗与其他适用于平面节点的粒子滤波硬件资源消耗相当，消耗6826个Slices Registers。采用的算法架构与目前其他的算法相比较，平均执行时间降低了约1/3。

关键词： 滑移率   路面附着系数   FreescaleS12   单片机   硬件设计   软件设计  

摘要： 路面附着系数与行车安全性密切相关。设计了一种基于Freescale S12单片机控制的路面附着系数测试系统。该系统针对路面附着系数测试系统的需求,以滑移率与路面附着系数间的关系为依据,将MC9S12DG128B单片机作为控制核心,对信号采集系统和信号调理单元输出的信号进行相应计算处理,最终将测得的路面附着系数发送至数据显示单元。试验结果表明,设计的路面附着系数测试系统具有结构简单、测量精度高、实用性强及人机交互功能强等优点,具有一定的实际应用价值。

关键词： 电力现场   温度采集系统   硬件设计   软件开发   无线通信技术  

摘要： 在现代的工业生产活动中，温度对电力系统设备而言是一个重要的参数，当电力设备发生缺陷或故障时，电力设备的温度将因发热而急剧上升。如果不及时诊断，设备的绝缘将受到严重破坏，从而大大缩短设备的使用寿命，影响整个电力系统的正常工作。对其温度进行准确、实时的监控，有助于及时发现并排除存在的故障，保障其安全可靠的运行。生产环境的多变性和不确定性，导致许多工作场所不太方便布线，无线传输方式便很好的解决了这一问题。\n 本课题在分析了多种短距离无线通信技术特点的基础上，设计了基于无线收发模块nRF905和温度传感器DS18B20的短距离无线数据采集传输模块，本系统是通过单片机控制来实现电力现场的温度测量和无线传输，并通过串口通信实现单片机与PC机之间的通信，实现温度的测量、无线传输、显示，就是一套通过无线方式实现温度采集的系统。满足近距离无线数据采集的需要，具有功率低、小巧方便、数据传输稳定、抗干扰能力强的特点，可以很好地应用于各种短距离数据采集传输场合。\n 本文详细论证了实现温度数据采集与无线传输方案的总体架构，阐述了系统的硬件电路结构和完成各项功能相关的软件设计。

关键词： 比特流人工神经网络   ∑-Δ调制   数字信号处理   硬件设计  

摘要： 人工神经网络的硬件实现一直是研究人工智能，专家系统等方向的重要课题。它是通过一种大规模并行分布式系统模拟人工神经网络的功能，在非结构化信息处理方面比现有的计算机系统具有明显的优势。但是这种大规模并行分布式系统网络连线复杂，若采用传统的多比特数字电路实现困难，而本文提出的基于∑-Δ调制的比特流人工神经网络（SigmaDelta Bit-stream Neural Network，SDBNN）是解决这一难题的有效途径。一方面相对于传统数字信号处理系统，单比特信号的传递特征能够极大的减少人工神经元之间的物理连接，更适合超大规模集成电路(VLSI)的实现;另一方面∑-Δ技术中超高的调制精度也能够保证神经计算的准确性。而且SDBNN实现技术能够广泛应用于多种具体人工神经网络的构建中，是目前人工神经网络硬件实现研究领域的热点之一。\n 本文对∑-Δ调制技术和人工神经网络硬件实现技术进行了深入研究，设计了基于∑-Δ调制的人工神经网络中的主要运算单元（包括加法器，乘法器以及多种激活函数单元），并以此构建了线性/非线性多层前馈网络、反馈型Hopfield网络以及径向基函数网络。同时通过这些不同结构的网络系统，实现了非线性分类、函数逼近以及文字识别等功能。论文主要内容包括:\n (1)为了构建基本人工神经元，分析了多种基于∑-Δ调制的加法器结构、乘法器结构，比较了其优缺点，优化了其中部分运算单元，提高了它们的运算速度，并降低了硬件资源消耗。同时进一步分析运算单元的电路特性，设计了基于∑-Δ调制的L级平均乘法器芯片。在IC设计过程中，优化了其电路结构，运用源极耦合技术设计和多级流水线结构提高了其运算速度。流片测试结果表明，该乘法器可以工作在4GHz时钟频率下。\n (2)为了实现人工神经网络的非线性，提出基于∑-Δ调制的非线性类Sigmoid激活函数单元（Sigma-Delta Sigmoid-like Function Activation Unit）的硬件实现方法。这种实现方法是通过不同反馈系数的限幅放大器的线性组合，完成对Sigmoid函数的逼近。将此激活函数单元应用至隐含层神经元中，可在FPGA上构建实现比特流多层BP网络。这种基于∑-Δ调制的比特流BP网络同样能够实现逻辑异或、非线性区域分类、以及函数逼近等功能。同时还设计完成了基于反向传播算法的在片训练系统，该在片训练系统能够通过自我反馈学习训练并完成非线性逻辑异或判定。\n (3)提出基于∑-Δ调制的类立方根激活函数单元(Sigma-Delta Cubic-like FunctionActivation Unit)的硬件实现方法，并以此为基础在FPGA上实现了比特流非线性BP网络。分析立方根激活函数运算模块的具体原理，以及延时单元在优化计算精度中所起到的作用。通过实例验证得出，以类立方根激活函数构建的多层BP网络虽然硬件消耗较大，但是其输出平面较Sigmoid激活函数更加陡峭，同样能够实现非线性判断。\n (4)研究了∑-Δ调制技术在反馈Hopfield网络中的应用，并在FPGA上构建实现了此类网络系统。运用Hebb训练算法和同步扰动算法分别实现普通联想记忆和强制记忆功能，并根据同步扰动算法实现了在片训练系统。实验结果表明该在片训练系统训练过程中权值收敛，误差降低，最终能够实现字母间的强制记忆。同时本文还通过逻辑综合和布局布线设计了普通12神经元Hopfield网络芯片。\n (5)提出了基于∑-Δ调制的类Gauss函数计算单元(Sigma-Delta Gauss-Like FunctionActivation Unit，SDGAU)的结构，并通过这种结构利用较少的硬件资源实现了精度较高的运算电路。结合2-范数运算单元在FPGA上设计出径向基函数模块和基于∑-Δ调制的比特流径向基函数网络。同时通过中心固定算法计算出径向基函数网络输出层权值，并以函数逼近为实例验证了网络功能。结果表明径向基函数网络虽然消耗资源比多层BP网络较多，但是它能够更好的实现函数逼近功能。\n 多层面的研究表明将基于∑-Δ调制的数字信号处理技术和人工神经网络硬件实现技术相结合，能够实现多种复杂人工神经网络，并有效地减少网络互联及资源消耗。通过实例表明，该方法具有很高的研究价值和广泛的应用前景。

关键词： 计算机   硬件设计   安全技术   研究  

摘要： 现代科学技术的更新换代越来越快,计算机不断的普及,信息技术也在快速发展,其给人们的工作生活等带来了较大的变化,也带来了某些问题。其中的安全问题已经成为了人们广泛关注的的话题。计算机硬件作为其安全系统架构的基本载体,其安全性也受到了较高的关注。本文简单阐述了计算机硬件设计安全技术及缺陷,如木马检测、物理不可复制技术等,并提出了几点解决措施,包括内部安全确认、外部安全检测等,为计算机安全管理人员提供一定的参考与借鉴。

关键词： 门禁系统   硬件设计   软件开发   人脸识别  

摘要： 当今科技发展日新月异，伴随着社会的进步和人们价值观的转变，许多场合都越来越重视安全防范技术，而门禁系统正是安全防范系统中极为重要的一环。自动识别技术发展到今天，门禁系统的技术手段也日渐成熟，比较常用的方法有两种：无线射频识别技术和生物特征识别技术。\n 相比于虹膜、人耳、指纹、掌纹、手形、静脉等诸多的识别手段来说，利用人脸特征进行身份认证是最自然、最直接并且最易于被用户所接受的手段。本文首先基于小波变换研究了人脸的识别算法，将人脸识别系统分为两大部分，一是建立现有的人脸图像特征数据库（即合法用户），二是对实时目标的特征提取及识别认证，给出了基于肤色提取的人脸检测与定位算法和基于小波分析的人脸特征提取与识别的方法。\n 然后选用DSP和FPGA相结合的方法设计了用于人脸识别的嵌入式门禁系统。首先设计了硬件系统的总体方案，给出了由DSP和FPGA芯片组成的系统基本组成，分析了DSP和FPGA芯片的主要特点，最终对ADSP TS201S的DSP外围电路进行了设计，主要完成了FPGA大规模数据缓存器，系统时钟和电源等电路的设计，并对电路的实现原理进行了分析。\n 最后，根据系统硬件的特点分析设计了系统中各模块间通讯的实现方法及程序软件。利用MIG工具分析了大规模缓存器与FPGA之间的通信实现方法；讨论了使用双口RAM实现DSP与FPGA的通信过程，采用状态寄存器和数据存储器分别配置的方式，使FPGA与DSP的工作状态互相交互。在此基础上，采用模块化的软件设计思路，设计了门禁系统中的图像采集模块软件、人脸识别模块软件、数据库更新模块软件等，给出了各软件模块的设计流程。