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关键词： 纯电动汽车   整车控制器   硬件设计   再生制动   台架试验  

摘要： 当前全球面临的环境和能源的压力日趋严峻，纯电动汽车作为新能源汽车的代表之一，已经成为新型交通工具发展的重要方向。制约纯电动汽车技术发展的几大难题有：电池及充电技术、整车优化控制技术和再生制动技术。整车控制器是实现纯电动汽车整车优化控制和再生制动的基础，因此本文针对纯电动汽车整车控制器的功能需求，设计了整车控制器的硬件系统并提出了再生制动方案。 首先，本文简要介绍了当前国内外纯电动汽车整车控制相关技术的发展现状。然后根据纯电动汽车的结构和整车控制的需求，对整车控制器各功能模块的设计要求做了详细的分析。根据各功能模块的要求，设计了整车控制器的硬件系统，主要包括主控芯片的最小系统、电源模块、通信模块、信号采集模块、外部存储模块和功率驱动模块。在分析了现有再生制动方法的基础上，结合实际条件，以硬件系统为平台，完成了再生制动方法的设计和初步实现。最后，搭建动力系统CAN总线网络，对所设计的整车控制器进行台架试验。 试验结果表明，所设计的整车控制器，硬件系统各模块运行稳定，能够满足整车控制器的基本要求;模拟实车运行过程中，再生制动方法能够有效的实现能量回收;整车控制器运行稳定、有效。

关键词： ZigBee   小型粮库   环境监控   星型拓扑   硬件设计   传感器布置  

摘要： 民以食为天，粮食的储存是否安全关系到了国家和人民的切身利益。为了减少粮食储存过程中的损失，保障粮食的质量和安全，需要及时掌握粮食储藏过程中各种环境因子的变化情况，找出其变化规律。针对传统有线方式监测粮库储粮环境，ZigBee无线技术的出现极大地改变了传统传感器网络的信息传递方式，实现了随时、随地的信息采集、传输与处理，其在农业生产数据采集领域具有极为广阔的应用前景。 与大型粮库相比，小型粮库（库高5-8m，面积<200m2）由于其规模较小，储粮转运频率较高，使得工作人员很容易忽视储粮过程中的安全状况。本文在总结前人已有的一些工作基础上，提出了一种基于ZigBee的小型粮库环境监控系统的设计，主要工作如下： （1）对涉及到的ZigBee技术做简要介绍，简述了ZigBee协议栈的层次结构及各层的主要功能。通过对网络拓扑结构的学习，确定了小型粮库环境监控系统采用星型拓扑结构组建网络。 （2）简述了本监控系统的工作原理，提出了系统硬件设计方案。根据总体设计方案，选择CC2530作为协调器节点和终端节点的主控芯片，MS5100烟雾传感器、TN9红外传感器和SHT10温湿度传感器作为数据采集模块，ARM11(S3C6410)作为管理平台，搭建了系统的硬件平台。 （3）提出了系统整体软件流程。终端设备加入由协调器组建的网络后，根据协调器的命令实现数据的采集和发送。在小型粮库环境监控系统中，需要采集的数据可以分为温湿度数据（针对储粮环境）和火情数据（针对突发火情）两类。根据传感器（TN9）的性能，提出了一种传感器布置方案，以实现针对起火点的准确监测。当确定起火点后，控制对应区域的喷头进行灭火。在实验过程中，分别针对温湿度数据（精度、实时性）和火情数据（准确率）进行了检测，结果表明该设计具有较高的稳定性和监测效率。

关键词： 电学层析成像   硬件设计   现场可编程门阵列   USB  

摘要： 当前常用的CT技术等是医学诊疗过程的重要手段;通过CT技术能够获得患者病灶的影像材料,为进一步诊治提供主要依据。CT技术具有侵入性、时滞后性且价格昂贵,无法解决实时监护问题。电阻抗层析成像系统是医学成像领域的新一代可视化技术,具有解决CT技术局限性的巨大潜力。本文研究用于人体胸腔电阻抗成像的新一代硬件系统设计。本文的主要工作和创新点如下。本文先通过采用大量的Comsolatlab联合仿真,得出了设计新一代系统所需的各种指标和要求,并且在仿真的过程中开发了一个灵活的仿真模型,为以后的研究者提供了重要的研究基础。本系统的整体系统架构是全并行系统,整个系统包括一个主控卡、多个激励采集卡以及系统背板,主控卡主要通过USB协议实现系统与PC机的通信,将各激励采集卡采集到的数据上传给PC机,并接受PC机发送的控制信息,这些控制信息一部分用来完成对主控卡的控制,一部分转送给各激励采集卡从而完成对各激励采集卡的控制。两对电极共用一个激励采集卡,激励采集卡产生激励信号给物场,并采集相应的电压信息。通过这样模块化的设计,使得该系统能够适应任意多对电极。本论文对新一代系统中一些重要的模块进行详细分析和功能测试。截止到目前,本系统已经完成了部分模块的详细设计、仿真与制备,其中包括:1)设计了系统的模拟信号调理电路、FPGA相关电路以及其他辅助电路;2)用Cadence公司的Allegro软件完成主控卡PCB板的设计、绘制;3)用Verilog编写了FPGA内部控制程序以及信号处理程序,并用Modelsim完成仿真;4)编写了用USB芯片CY68013A在FPGA与PC之间进行通信相关的C程序。这些结果为进一步开放以及改造已有的系统奠定了实验基础和经验;最后,本研究对其中尚未开放完成的一些模块提出前瞻性的开发目标以及基本设计思路。

关键词： ARM   半导体激光器   温度采集  

摘要： 随着嵌入式技术的不断发展,电子测量技术已经成为一门十分火热的专业,电子设备,仪器早已经成为一个规模独立且十分庞大的产业。近几年,利用嵌入式技术来测量气体的成分等相关项目层出不穷,但是大多数系统大都十分复杂。因此,利用嵌入式技术来设计出一种简单,实用的气体测量系统十分有意义。 通过对当今国内外市场上最新的微处理器芯片的仔细调研和研究,最终选用飞思卡尔半导体公司生产的具有高达16位采集精度的ARM芯片MK60DN512ZVLL10。本文完成了一套气体测量系统的硬件设计部分,设计的原理是利用半导体激光器发出的激光进行气体成份的测定和分析。本设计的硬件电路包括：隔离电源供电模块,实现了5V的电压输出,最大功率输出不超过2W;设计了仿真接口电路,并使用J-Link V8仿真器实现了PCB板和电脑的连接;温度采集和控制功能模块,将半导体激光器温度控制在25℃,误差不超过0.5℃;RS-485通信模块,与上位机进行通信;以太网传输模块,实现了以太帧的收发功能等。涉及到的软件部分都是在Embedded Workbench for ARM6.30环境下编译完成的。 本气体测量系统具有操作简单,采样快,精度高,稳定性好,成本低等优点。

关键词： 六维力传感器   单片机   硬件设计   软件设计  

摘要： 力传感器是众多传感器中最基本的一种，应用十分广泛，并且在机器人传感器中尤为普遍。特别是能够同时检测三维力和三维力矩的传感器（即六维力传感器）在其中扮演着极其重要的角色。多维力传感器的研究历史已有近50年的历史了，因为其重要性，众多科研工作者也在其中投入了大量的精力，但大多都是通过设计不同的弹性体或是改变电阻应变片的位置等方法来实现和改进多维力传感器。但是受到贴片工艺以及加工精度等客观条件的制约，最终制作出来的样机几乎都存在结构复杂、体积偏大、动态响应差等缺点。 针对以上诸多不足之处，一种结构相对简单的直接输出型压电式六维力传感器被研制出来。该传感器有着体积小、质量轻、固有频率高、灵敏度和信噪比高的特点。并且理论上输出信号无须进行解耦运算。因此该传感器有着十分广阔的应用前景。但是目前该传感器还停留在实验室阶段，未能投入实际应用。主要原因是目前传感器输出信号的处理主要依赖PC机完成，这存在很大的资源浪费，实际应用中不甚可取。为了实现该类压电式六维力传感器能投入实际应用中，本文主要针对该种力传感器设计出了以单片机为核心的后端信号处理系统，从而能够实现该传感器的便携式与现场测量。 本文主要完成了以下几方面的工作： ①介绍了多维力传感器的发展现状。 ②分析了压电式六维力传感器的基本原理，以此明确后端信号处理电路的具体要求。 ③系统的实现方法设计，确定系统的总体工作模式。 ④硬件设计，包括芯片的选型，电路设计。 ⑤软件设计，包括系统工作流程设计，驱动程序设计，以及算法设计。 ⑥PCB版图的绘制，最终装配样机进行试验。 样机在标准信号源输入的情况下，能够实现预先设想的各项功能。

关键词： 铸造旧砂   湿法再生   间歇式再生   硬件设计   控制系统  

摘要： 铸造是机械工业的基础，又会产生大量的废旧砂。高质量、低成本地再生回用全部铸造废旧砂，一直是铸造工作者的奋斗目标。在几种常用的铸造旧砂再生方法中，湿法再生非常适合水玻璃旧砂、粘土旧砂、碱性酚醛树脂旧砂等水溶性旧砂的再生回用。水溶性铸造废旧砂的湿法再生砂，可代替新砂做面砂或单一砂使用。现有的湿法再生系统存在组成庞大、耗水量大、能耗高等问题。本文研究开发了一种新型间歇式旧砂湿法再生系统，它具有系统组成简洁、生产率及自动化程度较高、调控性好等优点。论文内容主要包括如下几方面。 依据旧砂湿法再生的工作原理及设备特点，并在本课题组新近发明的铸造旧砂间歇式湿法再生设备系统的基础上，进一步提出了“5t/h间歇式旧砂湿法再生设备系统”的总体构架，完成了间歇式湿法再生系统各部件的选型设计。该设备系统主要包括混合擦洗再生机、升降式清洗再生机和砂水分离器等。本设计中确定了该设备系统所需控制的元件，使其可实现单次500kg旧砂的湿法再生。 在控制系统的硬件设计上，提出了控制系统硬件的总体方案，并完成控制模块的选型及外围扩展电路设计;采用按键显示系统进行人机交互，实现再生过程参数设定;选用AT89C52芯片作为控制核心，并完成控制系统的电路设计。 在控制系统的软件设计上，根据控制要求，对软件所需实现的功能进行划分;以Keil C51嵌入式操作系统作为控制系统的软件开发平台，开发设计了软件的控制流程等;根据软件的控制流程，并按照软件设计规范，用C语言完成控制系统的软件开发。 最后采用Proteus对控制系统进行仿真调试。结果表明，本间歇式旧砂湿法再生控制系统能达到预期效果，具有一定可靠性，再生效率高。

关键词： AVS-s   视频监控   熵编码   环路滤波  

摘要： 近年来,随着物联网的发展和国家平安城市的大力推动,视频监控成为人们关注的热点,目前我国的主要产品采用的是MPEG4和H.264系列的标准,因为高昂的专利费用,使之成为我国安防领域的一颗隐形炸弹。在这样的背景下,为视频监控专门定制的监控标准AVS-s开始由AVS工作组和国家公安部联合推出。本文对AVS-s编码器的结构、熵编码模块和环路滤波模块进行了深入的探讨和研究。 本文首先讲述了视频监控的发展现状,确定了本文的研究意义。接着对我国的AVS-s标准进行系统的描述与分析,着重介绍AVS-s的关键技术,然后再对熵编码模块进行重点分析,包括算法逻辑以及RTL级的硬件实现。在该模块中将码表切换、码字计算和指数哥伦布编码设计成三级流水线并行处理单元,利用并行zig-zag扫描,加快了处理速度,同时采用组合逻辑实现码表查找和设计码长确定器的措施,节省了硬件资源。接着详细分析了AVS-s环路滤波算法,并且根据其特点,改进了传统的滤波顺序,利用RAM加寄存器组进行数据缓存的方法,降低了存储带宽,提高了滤波速度。 用硬件描述语言Verilog HDL完成电路设计之后,深入分析了AVS-s视频标准的参考软件模型,提取出参考软件中熵编码模块和环路滤波模块的输入输出码流,将输入码流分别加载到熵编码模块和环路滤波模块,得到仿真结果后,与提取出的输出码流进行比较,验证设计的功能。再利用Synopsys公司的DC工具对设计进行综合,得到综合报告,并利用Synopsys公司的Formality工具对设计进行形式验证,最后分析了本设计的性能。 验证结果表明这两部分设计满足AVS-s实时编码的要求。

关键词： USRP   SDR   软件定义无线电   软件无线电   硬件设计   收发器  

摘要： 基本SDR架构看上去相对简单,然而,对于想要探索SDR潜力、评估其适用性,甚至开发他们自有应用的硬件和软件工程师而言,有一个难题,即将所有的硬件和软件准备就绪是极为困难的。为此,Ettus Research随即着手设计并解决通用软件无线电外设(USRP)所面对的问题。其产品是一款完全集成式直接转换收发器,可配置为多种格式、协议或频率。其目的是面向低成本市场设计一款高效率、高性价比、易于使用的器件。

关键词： 双足仿人机器人   硬件设计   软件设计   步态试验  

摘要： 近年来，随着现代科学技术的飞速发展，仿人机器人被广泛应用于医疗、军事、抢险救灾等领域。由于具有和人类相似的外观和动作特性，因此灵活性更强，并可代替人类完成潜水、探月等一系列复杂高危的工作。因此，仿人机器人的研究不仅有重要的学术意义，还具备很强的社会意义和应用价值。 本文首先介绍了国内外双足仿人机器人及其控制技术的研究现状和发展趋势，确定本论文的研究方向。针对人体的结构特点进行分析，确定双足仿人机器人的自由度数、自由度分配方案以及关节形式，设计出机器人框架结构的尺寸参数，并以舵机作为关节驱动装置设计双足仿人机器人的形体结构。 控制系统是机器人的中枢神经，CPU是机器人的指挥中枢，因此必须重点研究机器人的控制系统。STC12C5A60S2单片机是基于增强型的单片机，具有较高的指令执行速度与高速的处理能力，因此选择此单片机作为主控器和从控制器，对双足仿人机器人控制系统进行设计研究。硬件设计主要包括电源模块、主控制器、从控制器、语音播报模块、超声波测距系统、串口通信模块等。 软件是机器人的大脑思维，是机器人的决策系统，是解决机器人行走的协调和平衡的指挥中枢。在控制系统的软件设计中，采用模块化的设计思想来提高代码的利用率，并采用主机系统、从机系统的控制模式，由主机系统发送控制指令从机系统执行指令并将运行动作组，并通过PROTEUS的连接线路图，编写程序，成功仿真出预想的波形和舵机转动角度，通过步态实验发现存在的问题，对实验的步态进行多次调整，制定了双足仿人机器人的运动步态。 实验结果证明，本文设计方案具有可行性并且达到了预期的要求，通过实验也检验了双足仿人机器人结构设计的可行性，同时也解决了样机控制的多种问题，完善了双足仿人机器人的结构设计及步态的稳定性，能够保证机器人直线行走的稳定性。为今后仿人机器人的深入研究打下了良好的基础。

关键词： SD卡协议   硬件设计   Modelsim仿真   FPGA原型验证  

摘要： SD卡即安全数码卡,其设计基于半导体快闪记忆技术,为新一代的记忆设备。在便携式电子设备如数码相机、智能手机以及多媒体播放器等领域有广泛的应用。SD卡具有体积小、重量轻的特点并拥有高容量存储、快速数据访问效率、移动灵活方便以及安全可靠的性能。FPGA有着灵活性强,开发周期短,并行处理速度快,可靠性高等优点。除此以外,因为FPGA是可编程逻辑器件,用户可对FPGA进行重新配置,以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态系统重构的特性。基于SD卡应用范围的广泛性和基于FPGA设计的灵活性和高效性设计的SD卡控制器将具有重大的研究和实际意义。 本文首先介绍SD卡的应用背景以及选题的意义和前景。接着阐述了SD卡的协议规范和工作流程,其中包括SD卡的引脚、工作模式以及SD卡的复位时序,初始化时序,读操作和写操作时序等内容;再次简单介绍了设计所需要的硬件描述语言,并且对设计模块进行了详细的分析介绍,主要包括SPI模块和主控制模块;接着介绍了验证工具Modelsim以及验证环境的搭建和仿真,实验结果完全符合协议规范;最后介绍了设计工具Quartus Ⅱ以及FPGA原型验证的系统搭建和下载调试检验设计的内容和功能最终完全符合设计的要求。