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关键词： 单片机   监控系统   设计研究  

摘要： 由于对有线网络的依赖,传统的有线移动监控系统在监控现场应用上的弊端逐渐显现,因此,研发出可靠的移动监控系统的尤为重要,正成为安防领域的一个重要发展方向。无线传输网络、单片机技术以及智能移动设备的迅猛发展,为监控系统的无线化与移动化奠定了坚实的技术基础。本文对移动监控系统的架构与发展历程进行了分析,对单片机的特点、应用领域与发展趋势进行了讨论,最后对基于单片机的手机移动监控系统进行了硬件上的设计与研究,采用了带有ARM9单片机的TQ2440开发板实现前端设备的视频信息处理功能。

关键词： 北斗卫星捕获   4ms遍历   并行码相位搜索   FPGA  

摘要： 北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星导航系统,是继美国的GPS以及俄罗斯的GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统的卫星信号采用了二次编码技术,限制了相干积分的时间,给北斗导航信号的捕获带来了挑战,因此本文提出了基于4ms的遍历并行码相位搜索的卫星捕获算法,用来解决这个问题,提高卫星捕获的灵敏度,提高卫星捕获的性能。

关键词： 阵列式射频仿真系统   FPGA技术   核心处理板   PCB设计   电磁环境   导弹研制  

摘要： 研制或者改进制导系统如果均采用实弹射击，则将消耗大量的人力、物力和财力。利用射频仿真系统可以建立精确的仿真模型，在实验室内逼真地模拟出外界的电磁环境，大大减少实弹射击的数量，从而降低导弹的研制费用和研制周期。基于光纤的微波控制系统就是阵列式射频仿真系统的实时控制部分。\n 本文主要给出了基于光纤的微波控制系统的硬件设计。首先，本文介绍了阵列式射频仿真系统系统的工作原理，并根据要求给出了基于光纤的微波控制系统的总体设计方案，具体包括核心处理板、接口处理板以及终端控制板卡的设计方案;其次，根据系统的总体设计方案，具体给出了系统各个模块的原理图设计以及相关的接口设计，并对DDRⅡ、LVDS、千兆以太网模块进行了FPGA的功能仿真，以验证该模块的可用性;然后，本文介绍了核心处理板的高速PCB设计，具体包括层叠设计（电源层、地层以及信号层的分布）以及元器件的布局;最后，本文对系统的各个模块进行了调试与测试，并且给出了系统各个模块的调试结果，证明该系统的硬件设计方案是可行的，可以达到预期。

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： 电梯   PLC   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着电梯在日中生活中地位的提高，其对人们生活的影响也日益显著，因此务必提高电梯系统的性能，保证电梯高效节能安全可靠的运行。本文采用可编程控制器（PLC）代替传统的继电器接触，从硬件设计和软件设计分两个方便介绍了电梯的设计方法，初步实现了电梯运行的基本功能，从而提高了电梯的控制水平，实现了提高电梯控制效率、故障检测与维修的方便性。

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： 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： 数字信号处理器   验证平台   数据传输模块   硬件设计  

摘要： DSP作为通用的数字信号处理器，在通信、数值运算、图像处理等诸多领域有着广泛应用，其强大的数据运算能力特别适合运算密集的应用场合。现代社会对DSP的应用越来越广泛，对新DSP的研发也越来越多。中国科学院声学研究所数字系统集成实验室自主研发的SuperVDSP是一款面向终端应用的高性能低功耗嵌入式DSP。随着新研发DSP规模越来越大，复杂度越来越高，对其验证也越来越困难。\n 硅后验证作为一种有效的验证手段，能够将SuperV DSP的样片置于实际应用环境中工作，其不仅能够验证工艺导致的物理效应，还能在真实系统下长时间运行大量测试程序，以达到充分检查SuperV DSP功能的作用。在验证SuperV DSP对多媒体音视频文件解码功能时，需专门设计验证平台。验证平台能够高效、便捷地向SuperV DSP提供多媒体音视频文件，并将解码后数据输出至显示器，以供直观感受衡量其解码功能。\n 数据传输模块作为SuperV DSP验证平台中的一部分起到数据通路的作用。其将存储于硬盘上容量庞大的多媒体音视频文件，按照SuperV DSP对数据的实时需求，动态地传输给SuperV DSP，其能避免对板上存储空间的占用，也能避免SuperV DSP直接访问硬盘，同时能提高验证数据的多样性、灵活性。\n 本文针对SuperV DSP验证平台提出了一种数据传输模块的具体实现方案。数据传输模块通过TCP/IP通信协议从PC接收多媒体音视频文件，再根据SuperV DSP对数据的实时需求将数据转发给SuperV DSP。数据传输模块与PC之间的TCP/IP通信涵盖反馈确认机制、流量控制机制、错误重传机制、按序提交机制，能够保证传输的可靠性。数据传输模块能够灵活调整接口方式与时序，以适应不同版本SuperV DSP特性。本文详细阐述数据传输模块的总体构架、软硬件设计与测试，并对进一步改进作出展望。

关键词： 高校教室   电源网络化控制系统   需求分析   软件开发   硬件设计  

摘要： 随着计算机技术和网络远程控制技术的不断发展，现代教育技术理论逐渐深入到各类高等院校的多媒体教学应用中，并通过与相关学科结合，构建成新型教学模式。\n 本文从多媒体教室智慧化建设的发展开始，重点介绍集美大学诚毅学院智慧教室发展中电源网络化集中控制管理系统建设项目的工程案例。通过介绍电源网络化集控系统的建设思路与集成方案，对智慧教室建成之后的运行模式进行思考，以期为智慧教室的进一步研究、建设与运行提供参考。\n 本文研究的主要内容包括:系统的需求分析;系统设计;系统硬件的实现;系统软件的实现。\n 具体来讲，电源网络化集控系统的建成，使集美大学诚毅学院所有多媒体教室成为一个具有远程控制、状态反馈的网络型集中控制系统，解决了现有高校中多媒体管理人员不足、多媒体教室能耗高、管理效率低的问题。\n 本文所研究系统的特点在于硬件模块化设计，通用性强，软件系统代码开源化，二次开发简单，并解决了现有智慧教室建设中故障维修难、改造费用高、软件兼容性差、技术升级贵的问题。

关键词： LZMA算法   硬件设计   现场可编程门阵列   数据压缩  

摘要： 现令信息系统，数据的传输、存储和处理是三个最主要的构成部分。大量的数据传输和存储对集成电路技术和通信技术提出了严苛的要求。为了能够处理和传输大量的数据，需要使用大量的内存并且占用大量的通信带宽，如此一来就会增加系统硬件和数据通信的成本。所以在数据传输和存储之前对数据进行有效的压缩处理是必要的。LZMA(Lempel-Ziv-Markov chain-Algorithm)是一种用于实现无损压缩的算法，山Igor Pavlov于1998年提出，目前在7ZIP中被用作默认的压缩算法，其对数据的压缩率普遍高于其他常见压缩算法。LZMA压缩算法由LZ77算法（Abraham Lempel和Jacob Ziv于1977年提出）和自适应区间编码算法组成。LZMA压缩算法高效的数据压缩率，能够显著的减少存储数据所需窄间、提升数据带宽的效率。\n 虽然LZMA压缩算法可以取得很好的数据压缩率，但是基于软件的LZMA压缩算法压缩速率很慢，并且在数据压缩的过程中占用了大量的CPU资源，对海量数据进行处理时，长时间占用大量CPU资源，使得在进行LZMA数据压缩的同时进行其他操作变成了难题。本文提出了一种基于FPGA实现的LZMA压缩电路，基于该硬件结构实现了多种用于加速LZMA算法的方法，在支持标准LZMA压缩文件格式的同时，将压缩速度提升到了近125Mbps，相比基于软件的LZMA算法加速10倍以上，每个时钟处理的相对数据近200倍。\n 本文提出的基于FPGA实现的LZMA压缩电路对通用数据具有较好的数据压缩效果，同时拥有较高的数据吞吐量，可以广泛的用于需要进行实时高效数据压缩的大数据计算、数据通信、气象雷达、卫星遥感、医学影像以及数据安全等众多关乎国家经济发展的重要领域。