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关键词： 水下管道   防腐层   硬件电路   FPGA   ARM  

摘要： 随着中国经济快速腾飞,石油、天然气消耗越来越大。管道运输作为油气运输的主要方式快速发展。由于大量管道穿越河流,因此水下管道安全性受到越来越多的重视。水下管道外壁涂上防腐层是主要的管道防腐措施。防腐层一旦破损,将会降低管道阴极保护效果,同时由于管道在水下,将加快管道腐蚀。管道一旦发生腐蚀,导致油气泄漏。油气泄漏将造成巨大的经济损失,并且造成严重的环境破坏。管道一旦爆炸将造成无法弥补的人身安全事故。鉴于此,水下管道防腐层检测技术十分重要。本文研究了国内外水下管道防腐层检测技术,并在此基础上采用多频管中电流法(PCM)设计了水下管道防腐层检测仪。具体设计工作有:1)发射机具体设计。首先进行硬件电路方案设计。本文根据油气管道电气特性选用以线性电源和开关电源结合的方案。设计过程中,进行了理论电路仿真,包括线性恒流源仿真和开关稳压源仿真。然后进行硬件电路设计、焊接、调试工作。发射机由数字电路和功率电路组成。数字电路主要实现交流基准信号的产生。功率电路主要实现电压电流转换以及功率扩大。2)接收机具体设计。接收机由管道探测器和磁场数据分析模块组成。管道探测器为一个特制高磁导率磁场感应线圈。磁场数据分析模块选用ARM和FPGA为主控芯片。FPGA主要功能是对磁场信号进行采样、数字滤波、传送给ARM。ARM负责将FPGA传过来的数据转换成管道信息显示和实时存储。磁场数据分析模块硬件电路主要由数字电路和模拟电路组成。模拟电路主要对磁场微弱信号进行仪表放大、射频滤波、工频干扰滤波(陷波器)、高频去干扰(低通滤波器)。数字电路主要实现对模拟电路输入的磁场信号进行采样、数字信息提取、将提取信息传给ARM、ARM将FPGA传送的信息转换成管道位置信息、埋深信息、管道电流信息、防腐层信息,并实时显示在LCD上和存储在U盘中。3)对水下管道防腐层检测仪实验室测试和现场测试,验证仪器工作的可靠性。

关键词： PXI   同步采样   数字触发  

摘要： 信号采集与处理技术是信息技术的关键部分,以电子学技术、计算机技术以及总线技术等作为基础,数据采集系统是获取外界信息的有效手段和主要途径。传统的数据采集装置因通道数单一、分辨率低以及实时性差等特点,已经远不能满足用户日益增大的需求,例如在化工、医药等工厂生产过程中就需要实时、精确得监测生产环节中的温度、湿度等多项参数。随着集成电路、计算机技术以及总线技术的发展,多通道同步数据采集、数据高速传输以及实时显示等技术得到了飞速发展,并在医疗生物设备、仪器仪表以及工业设备自动化等领域得到了越来越广泛的应用。本文结合教研室六通道16位PXI采集模块项目的研发,围绕采集模块硬件的设计展开研究,对总体方案设计、6通道同步数据采集、连续记录和扫描两种模式下存储电路设计以及数字化触发作了主要研究。具体内容包括:1.信号调理通路的设计:包括多级放大电路、垂直偏移调节电路以及低通滤波器的设计。外部输入的模拟信号经过调理通路后,其幅度到够达到合理的范围之内,以便ADC采集。2.数据采集存储与控制电路设计:设计中采用了ADC+FPGA架构,ADC的分辨率位数为16位,最高采样率为250KS/s,6通道同步数据采集是电路设计的重点。存储电路主要介绍了连续记录模式和扫描模式下数据存储的方案设计。电路中如译码电路的实现、调理通道上增益的控制、ADC的控制等都是在FPGA内实现的。3.数字化触发电路设计:利用FIFO存储器先进先出的特性,通过数字比较器控制FIFO的读写来实现触发功能。经过调试与测试,设计的六通道数据采集模块达到了指标要求。

关键词： 数据采集   PCI Express   GN4124   RocketIO   直接内存访问  

摘要： 随着计算机和超大规模集成电路技术的不断发展,数据采集系统已应用到更广阔的领域,同时也给数据传输技术提出了更高的要求。传统的并行总线由于自身的同步需要,在时钟速率上受到了很大限制。相比之下,串行总线所具备的自定时特点,不需要脉冲时钟的存在,可以达到很高速率,已成为传输技术的发展趋势。在新一代的总线标准中,PCI Express总线采用完全的串行传输体系,支持点对点传输,并有望在速率上达到铜缆极限值。 本论文研究了基于PCI Express总线的数据采集系统及其硬件实现,在介绍PCIExpress总线技术的基础上,给出了完整的硬件设计方案,包括高速串行A/D的数据接收,数据缓存,PCI Express总线的实现等,并以Virtex V系列的FPGA为平台进行仿真设计。在设计方案中,使用FPGA提供的RocketIO模块完成对高速串行A/D的数据接收,采用GN4124实现本地总线到PCIe总线的转换,并通过FPGA完成数据转换和传输控制功能。具体实现中,详细介绍了数据采集、总线部分,并描述了数字逻辑中各模块特别是直接内存访问模块完成的功能。 本设计的PCI Express是以×4通道实现的,如果能扩展其通道数量,总线性能将进一步提高。

关键词： MPC8640   LRM   RapidIO交换   以太网交换  

摘要： 高性能处理器是现代航空电子系统的一大显著特征,其运用也越来越广泛。该文描述了一种基于MPC8640处理器的通用处理模块硬件设计,该模块具有四个高性能处理器,每个处理器同时拥有大容量内存、Flash存储器、NVRAM存储器和高速串行总线接口,处理器之间采用RapidIO交换技术进行互联。除此之外,模块还支持板级以太网交换功能。

关键词： 快保护   光纤   定时触发   FPGA   PXIe   ADS  

摘要： 由于ADS（Accelerator Driven Sub-critical System，加速器驱动次临界系统）注入器Ⅱ的运行风险大大高于其它常规加速器，因此为了保证现场机器设备的安全，也为了快速定位故障位置以便减小故障排除时间，需要建立一套旨在实现故障信号采集、保护动作输出以及故障日志记录等功能的快保护系统。根据物理计算，该快保护系统只有在10μs内完成故障信号的读取和保护动作的输出，才可以避免现场设备由于受到强束流连续轰击所造成的损坏。 鉴于快保护系统以上所述设计要求，我们通过自主研制的基于现场可编程门阵列（FPGA）的主从控制板卡+安全信号光纤网构建了ADS注入器Ⅱ的快保护系统。经实验室初步测试，利用该板卡构建的快保护系统可以满足设计要求。本文将着重阐述FPGA控制板卡的原理图及PCB版图设计,并给出该板卡相应的仿真和测试结果。此外，我们还分析了ADS注入器Ⅱ的定时系统与快保护系统之间的技术共同点，并以此为基础，尝试设计了在两个系统间互用的FPGA控制板卡。

关键词： MEMS陀螺   ARMA (p,q)模型   硬件设计   支持向量机   奇偶向量  

摘要： MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS）器件体积小、重量轻、成本低，能够有效提高卫星姿态测量单元功能密度，缩短研制周期。但由于工艺水平的限制，MEMS陀螺在精度和可靠性方面尚存在劣势。因此，本文针对批量MEMS陀螺系统的设计制作、数据融合与故障诊断（FaultDetectionandIsolation，FDI）问题进行了研究。具体内容如下： 陈述了MEMS陀螺的误差组成模式。针对系统误差，输入多组相同绝对值的正负角速率，对每对输出值求期望并做差，消除量测噪声、零偏和地球自转角速率的影响，通过最小二乘方法得到陀螺输出的标定因数。针对随机误差，建立了ARMA p q模型，并叙述了模型参数的确定方法。 研究了批量MEMS陀螺的总体方案。将系统分为测量单元、控制单元和数据处理单元三个部分，并提出了批量MEMS陀螺系统的两级、多小组的数据融合与FDI总体设计方案。研究了系统的可靠性、融合精度和算法的时间复杂度，并提出了优化陀螺数量的性能指标。利用商用MEMS陀螺及相关元器件，设计并制作了工程样机，并使用C语言编制了相关程序，实现了测量单元和控制单元的功能。最后，在单轴气浮转台上验证了工程样机的功能。 研究了批量MEMS陀螺的数据融合方法。设计了基于具有可观性的ARMA p q状态空间表达式的Kalman滤波器。针对较小的角加速度，提出了一种基于支持向量回归机（Support Vecter Regression，SVR）的滤波趋势项预测补偿算法。为了克服以样本点序号为自变量时较弱的泛化能力，通过相空间重构，以样本点的若干历史值为自变量，有效地提高了SVR模型的泛化能力。预测补偿算法在大角加速度下失效。为了融合各陀螺的处理结果，提出了一种基于KMOD核函数的改进数据加权融合算法。最后，使用工程样机验证了融合算法的性能。 研究了批量MEMS陀螺的FDI方法。针对单故障系统中真实角速率对FDI的影响，设计了基于奇偶向量和支持向量分类机（Support Vecter Classica-tion，SVC）的FDI算法，并分析了量测噪声对算法的影响模式。通过联合使用多个单故障FDI算法，提出了一种改进FDI算法，用于检测和隔离两个同时发生的故障。为了克服量测噪声对算法的影响，提出了基于离散小波变换（Discrete Wavelet Transform，DWT）的改进算法。最后，对多种故障大小和陀螺故障组合模式进行了验证。

关键词： PMSM   矢量控制   MATLAB仿真   电机参数辨识   硬件设计  

摘要： 近年来中国工业经济发展进入新阶段，节能降耗是促进工业经济稳步发展的重要手段。为迎合国家政策，“十二五”规划中对电机系统节能的要求，PMSM（Permanent-Magnet Synchronous Motor）电机控制系统因其特有的优势而被广泛的推广和应用。无位置传感器PMSM电机控制系统结构简单、价格低廉且性能优良，其调速系统多采用PID控制器，其控制器参数与电机参数关系密切。由于系统要控制的电机型号多种多样，应用场合也各不相同，要求性能指标也有差异，这给控制器参数的标定带来了困难。因此，研究无位置传感器PMSM电机控制器参数自动标定系统具有重要意义，可以减少系统调试时间，提高生产效率，实现电机控制器参数优化匹配，提升电机控制器的智能化水平。 本文研究无位置传感器PMSM电机控制器参数自动标定系统，系统可以自动辨识电机参数并利用辨识结果自动标注控制器参数。本文首先介绍了PMSM电机的物理结构和数学模型，并以此为基础分析了PMSM矢量控制的原理和方法。利用MATLAB Simulink工具搭建了电流-速度双闭环FOC矢量控制的仿真模型，验证了该控制策略的可行性。分析了电流环PI控制器参数、速度环PI控制器参数与电机参数的关系。然后介绍了研究系统如何在不改变逆变器拓扑结构，不增加附加电路的条件下，辨识电机参数的方法。可以辨识的电机参数包括定子电阻、直轴电感、交轴电感、反电动势系统以及转动惯量。随后，介绍了系统的硬件设计思想和方案、主控芯片和智能功率模块的选择以及部分功能电路的设计;介绍系统底层软件的设计思想和主要控制流程，以及上位机软件的功能实现。最后，利用两台不同电机对系统进行了实测，验证了功能，并对将来的工作做出了展望。

关键词： 嵌入式   软件设计   硬件设计   部件   显示设备   模拟摄像机   视频监控系统   前端   设计和施工   需求数量   项目建设   图像   视频显示   视频矩阵   视频采集   监控中心   电视墙   视野   人员   匹配  

摘要： 一、研发背景在模拟视频监控系统中,作为前端视频采集而部署的模拟摄像机数量通常少则几十台,多则数百台,如果利用显示设备将前端摄像机采集的图像全部显示出来,则显示设备数量必须等于或大于前端摄像机数量才能满足这一需求.此外,由于显示设备成本较高且需求数量众多,这给电视墙的设计和施工带来相当大的难度,在实际项目建设中,这样的操作并不现实.基于此,为满足模拟视频监控系统视频显示的需要,让安保人员在监控中心能够任意查看前端摄像机所拍摄的图像,同时重点解决前端摄像机数量和显示设备数量难匹配的问题,模拟视频矩阵进入了人们的视野.

关键词： TMS320C6678   EP4SGX230KF40   SRIO   Multicore Navigator  

摘要： 随着科技的不断发展,出现了多种多样形式的图像处理硬件平台,其中使用DSP与FPGA协同配合进行图像处理已成为当前常用的方式。基于DSP+FPGA框架的平台结构灵活、通用性较强,适合于模块化设计,能较大程度的提高图像处理的稳定性,并且开发周期较短,容易进行扩展和升级。在该硬件平台中,较简单的底层算法、系统管理、任务分配和逻辑控制等适合于使用FPGA处理器实现,而复杂的核心图像算法,适合使用运算速度快、寻址方式灵活的DSP处理器实现,两者能实现明显的优势互补。本文采用DSP+FPGA框架来设计图像处理硬件平台。DSP处理器选用TI公司keystone架构的8核处理器TMS320C6678,FPGA处理器选用ALTERA公司的Stratix IV GX系列芯片EP4SGX230KF40。该平台可以实现图像采集、处理、存储和显示等功能,其中FPGA负责图像采集、逻辑控制,DSP负责图像核心算法处理。DSP与FPGA之间通过共享RAM和高速数据传输串行接口SRIO实现通信。本论文首先介绍图像处理的发展背景、现状与趋势、选题意义和论文主要工作,介绍硬件平台整体设计方案,并对各硬件电路功能和特点进行详细介绍。然后介绍平台硬件调试、系统初始化、外设测试、DSP多核并行处理图像软件设计和Multicore Navigator应用,并给出了平台硬件和软件测试结果。最后是对现阶段的总结和未来工作的展望。

关键词： 连续信号   采样   硬件电路设计  

摘要： 本文结合信号采样的原理以及模拟电子技术、数字电子技术，设计了两种能实现连续信号采样的硬件电路方案，并在文中给出了两种设计方案的典型电路图。