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关键词： 以太网无源光网络   光网络单元   接入网   硬件设计  

摘要： 近年来虽然骨干网的能力得到逐步提升，但是接入网的发展却远不能满足用户对高速上网的需求，也因此成为高效的LAN和骨干网发展的瓶颈。以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network，EPON)因具备设备制造成本较低、且能够提供较高的带宽等优点，成为了下一代接入网的较佳选择，代表着未来FTTx技术的发展方向。\n ONU的设计也在不断地向着低成本、低功耗、高性能的方向发展。本文根据当下热门的EPON ONU技术解决方案，设计了一款光纤入户终端设备，基于先前使用PMC6301主芯片的版本，改用OPL-06750芯片在成本上以及功耗方面作出了改进。\n 主要研究内容与工作如下:\n (1)详细阐述了ONU设计中的关键技术，包括多点控制协议(Multi-point Control protocol，MPCP)、传输机制和测距原理等。\n (2)根据市场应用较广的主芯片及设计方案，完成硬件总体方案设计。\n (3)根据硬件方案设计，确定主芯片以及外围芯片的选型工作，完成了主芯片外围电路、板内电源、防护电路等原理图设计内容。\n (4)完成了PCB设计，后续进行了硬件电路调试与测试，并根据需求规格完成了对设备的主要功能和性能验证工作。

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： 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： 高速光通信系统   误码测试仪   硬件设计   软件开发   可靠性分析  

摘要： 随着信息社会的发展，通信技术已经影响到人们生活的方方面面。而作为通信技术的引领者，光通信技术凭借其大容量、高带宽、抗干扰等优点，显著提高了通信系统的综合性能。近年来广泛商用的光模块与有源光缆等物理层设备，速率正在从2.5G、10G向40G、100G迈进。而在高速光通信系统中，数据经过不同的链路环境，会出现衰减、色散等现象，在接收端会产生误码。对于广泛商用的10Gbps光通信系统而言，准确地进行误码率的测试，逐渐成为验证光通信系统可靠性的一种重要手段。\n 本论文针对10Gbps光模块的测试需求，研发了一种高速误码测试仪。它可以输出多种伪随机码流，覆盖9.9Gbps至11.3Gbps的测试速率，提供10位误码显示，具有良好的触摸屏人机界面，可以为应用于Ethernet、Fiber Channel、SDH及Infiniband等网络环境的各种光模块提供准确的误码测试。\n 本论文完成的主要工作如下：\n (1)结合通信理论分析了10Gbps误码测试仪的工作原理，进行了方案对比分析并选择了最佳设计方案，提出了误码仪预期性能指标要求。\n (2)详细阐述了10Gbps误码测试仪的硬件实现方案，完成了各模块电路的方案选型与原理图设计，在高速信号完整性理论的支持下完成了高速PCB设计；分析了系统的软件模块，并开发了系统软件。\n (3)基于高速信号测试相关理论，对10Gbps误码测试仪进行时钟、发送端、接收端等完善的测试，输出伪随机码差分峰峰值≈800mV，上升时间<40ps，信号总抖动TJ<0.28UI，接收端能够比较好地完成误码测试。完成了与泰克BSA125C误码仪的对比测试，通过实际测试光模块验证了仪器的可靠性，实现了设计目标。

关键词： 雷笋检测   硬件设计   数字化表示   分级模型   褐变程度   木质化  

摘要： 目前雷笋均采用人工评判，分级结果的客观性和一致性较差，劳动生产率低。为提高雷笋制品加工产业的自动化程度，本课题探索雷笋品质无损检测方法，尝试利用机器视觉和近红外光谱技术，结合雷笋的颜色特征、形态学特征、粗纤维含量与质构硬度等指标，实现对雷笋的分级加工及品质快速无损检测。论文的主要研究内容如下:\n 1.雷笋分级研究的机器视觉硬件系统设计。针对雷笋的外形特点，计算相机拍摄的视野范围和工作距离，选用漫反射前景光照明方式，设计出尺寸合理的拱形光箱。针对光箱做照度近似计算，得出光源的最佳总光通量，为光源的科学选型提供参考。然后通过对相机关键参数的考量，筛选适当的相机和镜头。并进行光源均匀性、稳定性的试验验证。结果显示五个采样位置的照度差异较小，整个样品台的照度均匀性很好;整个视野内的平均照度在试验期间的波动很小，光源的稳定性很好。最后使用标准圆形量块进行系统标定，得到图像中单个像素对应的实际长度是0.2635mm。\n 2.雷笋各个分级指标的数字化表示方法研究。分割出雷笋中段部分的边缘曲线做弯曲度分析，以曲线所在最小外接矩形的长宽比作为弯曲指数，通过设定阈值，实现弯曲笋的检测。选择脱壳笋的B通道图像，研究得到笋由基部、中段到尖端的颜色变化规律，实现了雷笋不可食基部切割位置的定位。分别提取带壳雷笋与去根脱壳雷笋样本的长度、最大径、长度/最大径、周长和面积等直笋形态特征，利用BP神经网络分别建立带壳雷笋和去根脱壳雷笋的重量预测模型。使用预测集样本验证模型的性能，将样本重量的预测值与实测值进行误差分析，结果显示:对于带壳雷笋，R=0.9886，RMSEP=0.07076;对于去根脱壳雷笋，R=0.9930，RMSEP=0.07253。\n 3.雷笋分级模型构建。根据行业标准，综合使用单株重、长度、可食率和弯曲指数等指标，通过主成分分析降维，建立了基于k-近邻法的雷笋分级模型。当k=8，PCs=2时，得到最佳的KNN模型，实现将样本分为四级，此时模型训练集的识别率达到93.85％，预测集的识别率达到91.43％。\n 4.脱壳雷笋的褐变程度判别模型构建。提取样本的14个颜色特征与褐变面积比共15个特征变量用于褐变程度判别模型的构建。30根新鲜脱壳雷笋样本，在4℃条件下储藏11天，剔除奇异样本后，提取每幅图像的15个特征变量，经过对PCs和k值的优化，得到基于KNN的褐变程度最佳判别模型。当k=8，PCs=5时，模型训对练集的识别率达到83.16％，预测集的识别率达到82.18％，将不同褐变程度的雷笋样本划归为三个级别。\n 5.基于近红外光谱技术的雷笋木质化定量评价模型构建。以笋段为研究对象，粗纤维含量和质构硬度作为衡量采后竹笋木质化程度的指标。对原始近红外光谱进行预处理后，采用研究得到最佳变量筛选算法，剔除光谱原始变量中的冗杂信息，提高模型的预测能力并降低预测误差。预测粗纤维含量的CARS-GA-PLS模型，R=0.9508，RMSEP=0.05980;预测质构硬度的CARS-PLS模型，R=0.9681，RMSEP=0.8003。\n 研究结果表明，所提出的基于机器视觉技术的雷笋分级方法与脱壳雷笋褐变程度评价方法，以及基于近红外光谱技术的雷笋木质化定量预测方法是可行的。研究结果部分填补了国内外针对竹笋品质分级与快速检测的研究空白，为雷笋分级装置的设计与雷笋品质在线无损检测的实现提供理论依据。

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。

关键词： 变压器   硬件设计   保护装置   电力系统  

摘要： 变压器是电力系统中主要用于配电、变电、输电等环节，是高压电与民用电的枢纽，在电力系统的各个环节都起着非常重要的作用，它是整个电力系统的心脏，变压器能否安全稳定的工作关系到整个电网安全性能的高低，所以变压器是非常重要的电气设备，在电力系统的保护中必须要根据变压器的工作原理特性和周围环境条件，以及可能随时出现的故障种类，为其选择合适的保护措施，确保变压器在电力系统中能够安全、稳定地运行。\n 本文对变压器的工作原理以及特性作了简要地分析，在电力系统线路保护上介绍了变压器保护的相关原理，在此基础之上对差动保护的方式进行了深入的研究，同时给出了变压器保护算法。\n 文章在阐述变压器保护基础理论研究的基础之上，设计了基于ARM-DSP平台的变压器保护装置，该装置具有保护、测量、控制、通信等功能，通过DSP和ARM的配合使用来实现其保护功能，DSP完成交流采集和故障判断，ARM完成装置的初始化、键盘操作、显示界面、与上位机通信等功能。文章中对硬件系统的框架结构和模块电路的设计进行了详细的阐述。在软件方面，采用模块化程序设计，分为DSP程序和ARM程序，给出了这些程序的流程图。为了提高装置的可靠性，文章在硬件系统方面给出了抗干扰的措施。

关键词： 软件开发者   模拟工具   测试流程   硬件设计   并用   调试工具   模拟硬件   电子系统  

摘要： 不久前召开的2013年风河（WindRiver）中国开发者大会重点探讨并展现了物联网领域的主要趋势、挑战和机会，会上还着重介绍了风河Simics全系统软件模拟工具。风河调试工具及生命周期解决方案副总裁MichelGenard在接受本TUng者采访时表示，Simics是一个全系统软件模拟工具，可供软件开发者模拟硬件，并可模拟匪何规模和复杂度的电子系统，可以帮助工程师突破传统的产品开发和测试流程。

关键词： 微创手术机器人   多轴运动控制器   CAN通讯   硬件设计  

摘要： 微创手术与传统手术相比具有切口较小，术后恢复较快，住院时间短的优点。但是微创手术面临医生操作困难等一系列的问题，微创手术机器人可以很好地克服微创手术存在的问题，使微创手术更安全、更精确，扩大了微创手术的手术范围。微创手术机器人的优点决定了为它在未来的一段时间都将是研究的热点。本文结合微创手术机器人的需求，较为系统地完成了微创手术机器人的控制系统，并对完成的控制系统进行了性能验证，实验结果表明该控制系统基本可以满足机器人的控制要求，运行可靠，初步达到了设计要求。本文的主要工作是:\n (1)对微创手术机器人的机械结构进行了分析，详细地分析了微创手术机器人对控制系统的需求，包括输入输出接口需求，实时性、安全性等要求。在上述分析的基础上，设计了微创手术机器人的控制方案，提出了5个多轴运动控制器和1个中央控制器的控制方案，该控制方案采用并行控制的方式，具有很好的实时性。\n (2)对多轴运动控制器进行了设计。对控制器的整体架构进行了说明，采用的是DSP+FPGA的控制核心单元，保证了控制器具有较高的运算速度和丰富的逻辑资源。对数/模转换、模/数转换、CAN通讯等功能模块进行了硬件电路的设计，并且在FPGA中使用Verilog HDL实现了底层逻辑驱动，并对各个模块的性能进行了测试。设计了数字和模拟接口电路，增强了控制系统的电平匹配性能和安全性能。至此，完成了运算速度快、逻辑资源丰富、电平匹配性能良好、通用性强的多轴运动控制器的设计。\n (3)整体控制系统的搭建。设计了中央控制器，包括多种通讯模块和多GPIO实现。实现了逻辑切换电路，该电路能灵活地实现主从控制方式之间的切换，搭建了控制系统的硬件电路，实现了五个多轴运动控制器和一个中央控制器的控制系统，并对该系统的性能进行了测试。

关键词： 逆变器   三相四桥臂并网模式   硬件设计   控制系统  

摘要： 并网逆变器是当前新能源研究领域的热点，三相四桥臂并网具有转换效率高、输出电能质量好以及带不平衡负载能力强，受到世界各国研究结构的广泛关注。三相四桥臂并网逆变器的优良性能很大程度上是由主电路拓扑结构、硬件电路和控制软法共同决定的，其电能转换效率和供电质量还有待进一步优化。针对这个问题，本文展开三相四桥臂并网逆变器硬件设计与控制策略研究，主要内容如下：\n 设计了系统主电路的拓扑结构。首先对逆变器进行了需求分析，分析了设计规格和逆变器并网运行标准，然后通过比较几种常规的三相逆变器拓扑结构的优缺点，确定了逆变器功率电路拓扑结构和LCL滤波器结构。对一些重要的参数进行了分析与估算，选择了合适的元器件来构建主电路。\n 以DSP为核心设计了并网逆变器控制电路。控制部分包括DSP最小系统电路，信号采集电路、驱动电路，保护电路，人机交互（CAN）电路等，重点分析了测量交流电流信号的采集电路和使用集成模块的驱动电路。\n 研究了三相四桥臂并网控制策略。分析了三维空间矢量调制方法，深入研究了基于a-b-c坐标系的三维空间矢量调制策略，包含开关矢量的选择、开关矢量占空比的计算以及开关矢量的排列方式。结合系统的功能要求，设计了系统工作在离网模式和并网模式下的控制策略，提出了离网模式采用前馈电压补偿以达到输出电压恒定的控制策略，并网模式下采用闭环电流PID控制器以实现跟踪逆变器并网电流的控制策略，并设计了多模式切换的控制策略。\n 研制出了10kW三相并网逆变器样机，并网电流THD最低达到2%，并通过了第三方测试，实验结果表明系统能够稳定运行，各项指标参数达到了设计要求。