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关键词： 太阳能路灯   智能开关控制   自动充放电   节能调光   蓄电池保护  

摘要： 为实现太阳能路灯的智能开关控制、自动充放电、节能调光以及保护蓄电池等功能,设计了电源供电模块、AD采集模块、充放电控制模块、串口通信模块4个系统模块,并将系统设计成负系统,以保证系统稳定可靠的工作。

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。

关键词： 目标侦测   声源定位   数据融合   无线传感器网络   硬件设计  

摘要： 无线传感器网络(WSN)将客观世界的物理信息与传输网络相连接，提高和扩展了人类获取信息的能力，具有重要的应用价值。为了能够侦测出人、机动车辆等地面移动目标的类型以及位置等信息，结合无线传感器网络技术，本文拟对基于WSN的地面多目标侦测系统进行研究。\n 首先，本文介绍了国内外现有的地面侦测技术和无线传感器网络技术，分析了人、机动车辆等地面移动目标的红外信号、磁信号和声音信号等特性，在此基础上设计了基于WSN的地面多目标侦测方案，包括地面目标识别子方案和地面目标定位子方案。其中地面目标识别子方案采用LHI958红外传感器和HMC1002磁阻传感器分别获取地面移动目标的红外和磁信号，然后通过小波包分析方法进行特征提取，并利用神经网络算法识别地面移动目标的类型。地面目标定位子方案采用声音传感器线性阵列获取地面移动目标声音信号，利用基于到达时间差的声源定位技术，结合多传感器平均值数据融合算法，对地面移动目标实现定位。\n 其次，本文采用所设计的基于WSN的地面多目标侦测方案，完成了软硬件设计，实现了一种基于WSN的地面多目标侦测系统。该系统采用DSP控制器作为传感节点的核心，能够实时采集地面移动目标的红外信号、磁信号和声音信号以及对所采集的目标信号进行预处理。通过无线传感器网络将所采集的目标信息上传至上位机，然后通过上位机调用基于MATLAB的神经网络目标识别算法和定位算法分别实现对地面移动目标的识别与定位。\n 最后，本文采用基于WSN的地面多目标侦测系统分别进行了室内外地面目标识别实验、单人定位和小车定位实验。实验结果表明，所设计的基于WSN的地面多目标侦测系统对地面目标的识别正确率优于80％，定位误差小于0.30m，达到了系统的技术指标要求。

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： 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： 穿销机械手   PLC   控制过程   硬件设计  

摘要： 本文首先介绍了PLC在柔性制造系统穿销机械手的应用,其次阐述了加盖机械手的组成及控制流程。从PLC的控制原理角度,设计了穿销机械手控制流程图、电源系统图、PLC的I/O接口设计及它们的地址分配,经实验验证,达到了预期的控制目的。

关键词： 水环境污染   便携式红外测油仪   软硬件协同设计   ARM处理器   Linux系统  

摘要： 近年来水污染事件的频繁发生，深刻的说明了我国目前水污染形势的严峻。而在导致水污染的污染源中，油类物质一直是重要的污染源。开展水中油类物质检测设备的研究，对于控制油污染，掌握水质情况和保护水资源具有重要意义。目前市面上大多数红外测油仪是上位机和下位机共同完成测油工作，这种结构导致其携带困难，很难实现现场实时检测，便携式红外测油仪不受地域环境的限制，具有广阔的发展前景。\n 本论文设计开发了基于ARM微处理器和嵌入式Linux操作系统的红外测油系统。首先介绍了本系统的硬件设计部分，将整个系统分为光源模块、分光模块、检测模块、信号处理模块、嵌入式模块五个部分，详细地介绍了每个模块的实现方案。\n 接着概述了嵌入式软件开发需要的Bootloader、Linux内核和根文件系统，重点阐述了本系统中红外单色仪驱动程序的设计，分析了Linux内核定时器使用方法，论述了AD驱动和斩波器驱动程序的实现方案。\n 然后基于MiniGUI开发了一套红外测油软件，介绍了MiniGUI在宿主机中的安装和在目标板上的移植，概述了SQLite数据库的移植过程，重点分析了红外测油功能的实现方法，介绍了数据存储和数据打印功能的实现。\n 最后搭建了一套实验测试样机，并对样机的软硬件系统进行测试，验证了本系统用于红外测油领域的可行性。

关键词： 锂电池管理系统   荷电状态   电池模型   卡尔曼滤波算法   均衡控制策略   硬件设计   软件开发  

摘要： 近年来，环境问题、能源问题日益严重，已经影响到了人们的生活。人们一方面探索新能源，另一方面开发先进的能源管理方式。磷酸铁锂电池安全、无污染、可大电流放电等众多优点被人们广泛关注，在后备电源、汽车等领域得到了广泛应用。锂电池管理系统BMS（Battery Management System）也应运而生，成为很多科研就够的研究热点。简单来说，BMS管理系统就是动态监测电池运行过程中的各种参数，并根据采集到的数据信息进行容量估算，评估电池状态;再根据预设的电池管理策略，做出进一步的处理。如需要时进行备用电源放电、电量不足时进行充电、出现异常时进行报警等。\n 锂电池管理系统的关键技术是对电池的荷电状态估算，准确的荷电状态(SOC)的估计对提高电池使用寿命和提高安全性能都具有重要意义。当今，对电池的荷电状态估算有很多方法，本文以Thevenin电池模型和卡尔曼滤波算法为基础，对电池模型建立了状态空间表达式，分别采用最小二乘法和双卡尔曼滤波算法对该模型参数进行辨识。该算法一方面提高了该模型的精度，使电池模型能够较好的反映电池内部的真实状态，另一方面提高了SOC估算的精度。实验结果表明在不同的工况环境下，该算法在线估计SOC具有较高的精度和对环境的适应度，最大误差小于4.5％。此外，还验证了双卡尔曼滤波算法具有较好的收敛性和鲁棒性，可以有效解决初值估算不准和累积误差的问题。\n 锂电池管理系统的另一项关键技术是均衡管理，由于锂电池串联充电存在不一致现象，因此需要均衡管理。根据工况的现场环境特点，本文采用了传统的电阻式均衡方式，虽然产生了一定能耗，但是体积小、可靠性高、实用性强的特点决定了该方法适用于备用电源领域。为了尽量减少能耗产生的热量，设计了改进的均衡控制策略，做到了分散式均衡、电池异常检测、改进的充放电策略等，大大改善了热管理的问题。\n 此外，论文还完成了以下工作:基本完成了锂电池管理系统的系统设计，设计了硬件平台和部分软件模块。硬件平台以STM32为核心，主要包括核心控制板卡、主控制板卡、数据采集板卡，具体包括STM32最小系统，数据采集模块（如温度，电压等），均衡管理模块，通信系统（如串口，CAN通信，SPI通信等）。软件部分编写这些模块的驱动程序，并进行了调试。设计的BMS系统，无论从结构上还是功能上，能够达到系统的要求。

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： 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。