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关键词： 永磁同步电机   伺服控制系统   硬件设计   驱动系统   模块化设计  

摘要： 随着现代工业、农业、航空航天和军事领域的不断发展，对电气伺服控制系统的需求量也不断增加，而且对伺服系统的性能也提出了更高的要求。而近年来，电力电子技术、微电子技术得到了快速的发展，而且在永磁材料和现代控制理论方面的研究也不断取得新的进展，这些都为高性能永磁同步电机伺服控制系统的研究与发展提供了良好的契机。\n 目前国外伺服产品在高性能伺服市场占据垄断地位，而国内对伺服控制系统的研究多集中在控制理论算法方面，而且研究所用的平台多为整套购置的专用试验平台，这些试验平台价格十分昂贵，而且在使用过程中可配置的灵活性较差。本文旨在研究永磁同步电机伺服控制系统的硬件设计方法，并希望通过研究的不断进行，可以最终设计出一套用于永磁同步电机控制算法研究的功能多样、可灵活配置的试验平台。\n 本文以TI公司生产的高性能电机控制专用数字信号处理器(DSP)TMS320F2812为控制核心，以三菱公司生产的智能功率模块(IPM) PS21A79为逆变核心，对永磁同步电机伺服控制系统的硬件电路设计进行了研究。运用模块化设计思想，首先根据各个功能模块的设计需求，综合考虑各方面因素对其实现方案进行选择，然后进行电路原理图的设计，在原理图设计过程中完成了主要器件的选型和参数计算等工作，然后根据原理图进行了PCB的设计与焊接，最后按照设计要求对各功能模块分别进行了调试。本文还对调试过程中的注意事项进行了总结，并对永磁同步电机的数学模型和电压空间矢量脉宽调制技术进行了介绍，将其作为理论依据对系统的测试结果进行了分析，证明本文所论述的设计方案可以满足永磁同步电机伺服控制系统的基本设计需求，对相关设计研究具有一定的参考意义，也为后续的研究奠定了基础。

关键词： 图像处理系统   硬件设计   数字信号处理器  

摘要： 随着数字信号处理技术以及通信技术的不断发展，以高性能数字信号处理器(DSP)为核心构建的图像处理系统已被广泛的应用于航空航天、卫星遥感、国防军事、生物医学、医疗影像等领域。目前，信息处理算法复杂度不断增高、数据量日渐增长，整体运算实时性要求愈发苛刻，仅依靠单个信号处理器的系统已经不能满足要求。应用多颗最新型的多核DSP处理器，搭建基于多DSP阵列的图像处理系统，是有效解决实时图像算法需求问题的最佳方案之一。\n 本文以实际项目为依托，应用目前业界内性能最高的TMS320C6678八核DSP处理器，完成了基于双片多核DSP图像处理系统的硬件设计及实现。系统包括两块板卡，分别为以双片C6678 DSP互联结构为核心的最小图像处理单元，以及以Cyclone IV GX FPGA为核心，包含多种图像数据接口转换芯片的图像处理底板。与以TS201为核心的旧图像处理系统相比，双片C6678 DSP图像处理系统存储器资源大大增加，芯片间及板间数据传输通道带宽小有提升，系统整体峰值运算能力得到极大提高。\n 系统中的最小图像处理单元具有较高的硬件复杂度，其整体结构小于标准CPCI3U板卡，对外接口种类全面出线简洁。最小单元以3U或6U板卡为底板，配合高速串行桥接芯片，可构成针对某一功能的高性能多DSP阵列处理机。与其他C6678板卡相比，最小单元拥有强大的通用性及灵活性，可有效减少系统硬件重复设计过程，大幅缩短项目周期。针对该板卡设计的电源方案级联层次清晰，转换效率高，由FPGA控制保证上电时序准确严谨。时钟方案与其他板卡相比有着较高的集成度，输出波形抖动小且频率可灵活配置。整板硬件可为处理器发挥最高性能提供支撑。\n 本文完成了双DSP图像处理系统的方案设计、原理图PCB绘制、制板后电源时钟调试、上电复位逻辑编写仿真等工作，最终板卡顺利启动加载。在实现设计过程中，本文先后讨论并解决了高复杂度硬件系统中电源时钟供给问题、PCB绘制过程中3GHz以上高速差分串行信号信号完整性问题、制板后高速通道实际性能测试问题。给出了详细的电源、时钟、处理器互连方案及十二层PCB叠层设计结果，最后应用TDR示波器及误码分析仪，搭建测试环境，对板卡实际阻抗值及最大传输速率进行测量，测量结果充分验证了前期PCB设计的正确性。

关键词： 电力数据   低压抄表集中器   硬件设计   软件开发   通用分组无线服务系统  

摘要： 从2013年开始，国家电网公司开始对低压集中抄表集中器一年四次到五次的集中招标，这种大批量招标的模式对于低压集中抄表集中器的生产厂家来说是一次大的考验，这要求集中器厂家要有很强的研发能力，来满足国家电网各网省公司越来越丰富的功能需求和每年上百万只集中器的大批量生产能力。在这样的形式下，我们本课题的研究目标就是设计出一套具有系统稳定，远程通信稳定，数据采集准确，具有较强平台性、可批量生产性的终端，来为国家电网提供稳定可靠的低压集中抄表集中器。\n 本文首先介绍低压抄表系统的国内外现状，着重介绍了我国低压集中抄表系统在用电系统中的定位及优点，并通过对远程通信方式的比较，介绍GPRS通信技术在低压集中抄表集中器应用中的优越性。我们要实现一款平台性的低压集中抄表集中器，所以首先确定了集中器的设计原则，并在设计原则的基础之上确定了集中器硬件、软件的层次结构。通过合理的硬件、软件层次结构来保证集中器的系统稳定，更体现集中器的平台性与可批量生产性。在此基础上，本文着重介绍了低压集中抄表集中器电源模块、CPU模块、逻辑板模块的详细设计，并在设计过程充分考虑了硬件设计的可靠性和可测试性。软件部分着重介绍了应用层主要任务的设计，包括GPRS通信，数据采集任务和点抄任务的设计。\n 本课题的研究可以说明基于GPRS通信的低压集中抄表集中器代表着抄表技术发展的新趋势，平台性的集中器设计方法能更适应中国用电环境的市场。

关键词： 脑机接口游戏   脑电波控制   Android系统   蓝牙通信   手机游戏  

摘要： 科研人员发现大脑在思维活动时会伴随有相应的脑电波信号产生，他们希望在对这些脑电波信号的采集处理后可以分析得到我们的思维意识意图并用来实现通过想象直接对外界事物进行控制，从而发展出了一个新的研究方向——脑机接口(BCI)技术。目前，在脑机接口辅助肌体损伤病患实现设备控制方面的医学研究已取得初步成果后，将这些应用于大众的日常生活也成了脑机接口方向的研究热点，其中，将脑机接口控制方式运用于游戏交互也是其中之一。科研人员相信这种不依赖肌体动作语言而直接实现大脑对游戏直接操纵的游戏交互方式便捷，且可以给人们带来全新的娱乐体验，从而在实验室中开发了一些脑机接口游戏。现阶段的脑机接口游戏主要有以下特点:\n 1.基本是针对PC端使用，可用于智能手机端的几乎没有;\n 2.侧重对使用者方向策略意图、选择意图等非潜意识自发的脑电波控制方式的实现，而采用反映大脑精神状态的潜意识自发脑电来互动的游戏交互形式基本没有。\n 本论文基于上述情况，考虑到Android手机日益普及，人们的休闲娱乐方式向Android手机倾斜，以及采用可分析出大脑精神状态的脑机接口应用可以给于大众很好的神秘感和娱乐感体验，研究和开发了一款可在Android智能手机端上运行的可根据大脑精神专注度和冥想放松度（精神紧张程度）的脑电波控制3D赛车游戏。所做开发工作主要有:\n 1.根据TGAM生物组件及Android系统蓝牙通信协议的要求，搭建了一个可以与Android智能手机进行蓝牙无线通信的脑机接口系统(TGAM-BCI);\n 2.设计和实现了基于TGAM-BCI脑机接口系统控制的具有3D视图渲染效果的脑电波控制赛车游戏。实现了根据使用者的专注度控制赛车速度，并记录标志身心是否紧张的潜意识冥想放松度，并在赛车跑完一圈赛道后给出冥想放松度平均值并对下一圈的赛道的选择给予建议。

关键词： 北斗用户接收机   卫星导航基带芯片   软件开发   硬件设计  

摘要： 我国独立自主建立的卫星导航系统:北斗一号（BD1）和北斗二号(BD2)已经进入高速发展时期，在国防、水利、通信和抢险救援等领域已经发挥了重要的作用，但是作为后面发展的卫星导航系统如何能够后来居上，在市场上占有一席之地，需要在系统的应用上多做工作。\n 本文通过对国产卫星导航基带芯片的使用和研究，设计了一款结合北斗RDSS(Radio Determination Satellite Service)和北斗RNSS(Radio NavigationSatellite System)的接收机，重点研究了如何设计接收机的控制软件。根据项目中要求的用户接收机功能，该系统基于LPC3250系统板，μC/OS-Ⅱ操作系统，ADS1.2集成开发环境，根据嵌入式系统中多任务的设计原则，通过改变任务的优先级，采用信号量等任务间的通信手段，实现了接收机中多个任务间的合理调度。\n 项目结束后，通过集成用户接收机的软硬件，并进行了调试和验证，最终证实:系统性能可靠，设计的主要功能指标完全满足了项目设计的要求。

关键词： CAN总线   电池管理系统   软硬件设计   电动汽车   内部结构  

摘要： 随着能源的不断开采和环境污染的不断加深，有效地利用能源和保护环境已经变为汽车行业的重要支柱。动力电池作为电动汽车的重要一部分，电池管理系统能够充分挖掘动力电池的性能，提高其使用率，延长电池的使用寿命。本文采用STM32F103ZET6处理器的分布式管理结构，结果表明所设计的电池管理系统能够实现系统的各项性能指标。本文主要完成的任务分为如下几点:\n (1)对磷酸铁锂电池的内部结构、工作特性分析，确立电池管理系统总体设计方案。\n (2)对运用STM32F103ZET6的分布式电池管理系统，进行硬件电路设计。硬件电路包括主控模块与测控模块两部分。主控模块负责对采集到的数据分析处理、实时显示，并作出相应的控制。测控模块专门负责单体电池的单体特性采集。\n (3)基于uC/OS-Ⅱ的电池管理系统的软件设计，包括系统移植、应用软件设计。其中应用软件由各个模块任务组成，分别对任务进行程序设计。\n (4)利用MATLAB的SIMULINK工具箱对磷酸铁锂电池进行了建模，根据该模型结合电池开路电压与SOC的经验公式，对电池管理系统中的不同均衡控制策略进行研究。\n 通对系统的软硬件设计、系统调试、仿真分析，实验结果显示:所设计的电池管理系统能够实现期望的各项功能，满足系统的要求。

关键词： 全成型电脑横机   分层控制系统   硬件设计   并行总线   人机交互  

摘要： 电脑横机是针织行业中集计算机技术、自动化技术及针织工艺于一体的高性能机械设备，主要用于编织中高档羊毛衫。其中，全成型电脑横机是一种具有织可穿功能的高档电脑横机，可以一次性编织完成整件衣物，方便地实现真正的无缝编织，可以赋予织物对应身体部位不同的功能特点，更符合人的生理特性，这样的服装穿着更加舒适，是电脑横机领域发展的必然趋势。然而，全成型电脑横机技术复杂，对机械结构和控制系统都有非常高的要求。与国外相比，国内的全成型技术几乎是空白，难以研发出高性能的全成型电脑横机，也就难以满足消费者对高质量、高舒适度针织产品的需求。因此，对全成型电脑横机技术的发展迫在眉睫。\n 本文在充分的研究了电脑横机的国内外现状和国外全成型电脑横机技术及相关专利之后，针对国产电脑横机的不足和国内发展全成型技术的难点，结合本人所在课题组设计的全成型电脑横机的机械结构及控制要求，提出了全成型电脑横机控制系统硬件方案，即采用分层控制系统，将控制系统分为主控制系统和机头控制系统等子控制系统。主控制系统对花型文件进行解析后，通过主控制系统上的FPGA和子控制层上FPGA间的并行总线发送控制指令信息包，再通过CAN总线实现协调控制。同时，设计了主控制系统的详细硬件电路，即主控制系统采用Cortex-M4系列处理器STM32F407IGT6为主控芯片，以Cyclone IV系列FPGA芯片EP4CE10F17CE8N作为辅助芯片，完成系统移植，实现人机交互、任务管理、控制命令发送以及使用CAN总线对各子控制系统进行协调控制，同时配置了Ethernet接口，用于横机管理，配置了EtherCat接口用于横机辅助装置的扩展。\n 本设计主控制系统硬件电路已经过调试验证，初步满足全成型电脑横机主控制板所需的基本功能，对全成型电脑横机的进一步研发奠定了基础。

关键词： 硬碟   伺服信号写入系统   硬件设计   螺旋方式   现场可编程门阵列  

摘要： 当今数据存储量越来越大，对硬盘容量的要求也越来越大，在不增大硬盘尺寸的前提下，就需要数据轨道越来越小，这样也要求磁头越来越小。小尺寸的磁头生产出来后，要对其进行测试就需要同样小的伺服信号轨道。目前公司使用的伺服信号写入器能写的轨道窄度逐渐到达瓶颈，不能满足磁头的发展需求，需要开发新的写入器。针对这种情形，本文以FPGA为核心，开发设计了一种新型伺服写入器的硬件系统，为研发新一代的伺服信号写入器提供硬件解决方案。\n 本文详细分析了当前国内外伺服信号写入方法的优缺点，结合公司的实际情况，为这台写入器选择了把最终伺服信号用螺旋方式写入的方法。为实现这种写入方法，本文设计了整体的硬件系统，并分配了系统各部件的功能。然后详细分析硬件系统的核心——伺服信号产生板的功能要求，对这些要求拟定解决方案。根据方案，文中选择FPGA作为该板的核心，设计了包括RAM存储器、DDS时钟产生器、CPLD通讯电路、EPC16配置器等模块的硬件电路。文中给出各模块设计的过程，并最终通过实验验证了设计的可行性。\n 文中还根据伺服信号产生板的功能要求，给出了该板FPGA的固件的设计方案。文中以模块图、VHDL语言和Verilog HDL语言方式设计了寄存器组、锁相环及其重配置、起始信号、伺服信号输出逻辑、轨道数更新逻辑等FPGA固件模块。通过仿真波形和最终输出的伺服信号波形验证了设计满足其功能要求和时序特性。\n 然后文中还设计了硬件系统的另外一块板——读写板。根据生产需要，对这个板提出了产生序列号的功能要求，敲定设计方案还是以FPGA为核心，加上必要的电平转换电路设计了此板的硬件电路。再以Quartus II平台设计了FPGA的固件，通过仿真和实际输出波形验证了设计。

关键词： 智能家居   网关设计   ZigBee无线技术   硬件设计   微处理器   Linux系统  

摘要： 随着数字化技术的发展，智能家居正在快速发展，各种各样的解决方案层出不穷，然而传统的有线解决方案，由于其安装、布线的局限性，大范围普及受限。本项目开发的智能家居系统利用ZigBee无线技术很好的解决了这个问题。本文主要完成智能家居网关的开发，分析了智能家居网关的需求，建立了系统运行所需的硬件平台，并完成智能家居网关的软件设计与实现。\n 首先，本文介绍了课题的研究背景以及国内外智能家居的发展现状，分析了智能家居网关的需求，确立了智能家居网关的总体结构，将智能家居网关划分为主控模块和协调器模块，并分别建立了主控模块与协调器模块的软硬件平台。通过综合分析，选择使用SQLite数据库完成系统的数据存储需求，采用C/S架构设计主控模块软件。\n 接着，本文详细介绍了主控模块与协调器模块相关硬件电路设计、主控模块系统软件、主控模块应用软件开发以及协调器模块软件开发。\n 然后，介绍了在开发过程中所使用的调试方法及部分功能测试情况并展示了系统的联合调试结果。\n 最后，对本文的工作进行了总结，针对智能家居网关系统软硬件的一些问题，对后续工作作出了展望。

关键词： 开关磁阻电机   单片机   IGBT驱动   霍尔效应传感器  

摘要： 以三相开关磁阻电机为研究对象，介绍了开关磁阻电机调速系统的构成和工作原理。采用不对称半桥电路型功率变换主电路，设计了基于Atmegal6单片机的调速系统控制器和外围电路，给出硬件的具体结构，包括系统功率电路即IGBT驱动电路、位置信号检测与电流检测。提高了开关磁阻电机硬件的可靠性、结构的坚固性和工作稳定性。