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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： 室内组合导航   导航计算机   微机电系统   ARM   视觉导航  

摘要： 室内导航技术的利用和发展有效弥补了一般空间导航技术在室内环境下的弊端和盲区。论文对室内环境下微惯性/视觉组合导航方案进行了深入研究，完成了基于微机电系统惯性传感器和摄像头器件的微型组合导航计算机平台基本设计，并对研制的组合导航计算机系统进行了试验测试和各独立模块数据准确性与可靠性分析。 通过对导航计算机的性能和应用环境需求的分析，论文提出了基于ARM产品中STM32F4系列的处理器电路设计方案，该导航计算机以STM32M4为核心处理器，通过其丰富的外设资源完成各部分传感器模块的数据采集，并通过调用其内部的DSP内核来完成航位推算和图像算法的数据分析处理等相关任务。 为满足系统的微小型体积要求和低功耗设计，论文为导航计算机选择了合适的传感器芯片，并最大限度的利用片内资源完成导航计算机功能实现，减少外部电路设计造成的体积扩充。摄像头模块电路设计则通过外部接口来完成电路连接，保证了导航计算机图像采集的灵活性。同时计算机上还嵌有GPS模块、TF卡数据存储模块和数据远传模块，扩充了系统的应用范围。 在导航计算机硬件平台基础上，论文针对各部分硬件资源进行了详细的驱动设计。通信总线的合理使用和片内资源的软件调用弥补了导航计算机硬件资源的不足，保证了导航计算机处理器对各部分数据的顺利访问和有效处理。 最后论文就导航计算机工作情况进行了试验测试，试验测试结果表明系统各模块的基本性能满足系统的功能需求。

关键词： 合成仪器   模拟通道   信号调理   信号完整性分析  

摘要： 随着电子系统的发展速度和灵活性要求日益提升,随之而来对电子设备的测试速度、精度以及数据处理能力的要求也越来越高,而传统测试仪器的测试功能比较单一,越来越不能满足当代电子设备的测试需求,因此,更高性能的综合性测试仪器的研究与开发就势在必行。合成仪器就是综合性测试仪器的一种,合成仪器是建立在通用的硬件系统之上,通过软件系统的重复配置功能来实现各种测试测量任务,多种测量功能显然比传统仪器的单一功能具有优势。本文研究的合成仪器由主处理器、数据采集模块和任意波形发生器模块组成,以Mpc85xx系列的CPU为嵌入式主处理器,既可以控制数据采集模块采集数据也可以控制任意波形发生器产生任意波形。本文主要阐述的就是对合成仪器模拟通道的设计。本文研究的合成仪器模拟通道主要包括三个模块:数字示波器模拟通道、数据采集信号调理模块和任意波形发生器信号调理模块。本课题的主要任务就是完成对上述三个模块的设计,并对调理信号进行测试。具体研究内容主要有以下几个方面:第一:信号调理电路的分析和设计。主要完成对输入信号进行放大、衰减和滤波等调理功能,使得调理后的信号幅度能够满足ADC和DAC的输入输出范围。第二:示波器触发通道的设计。由多路选择器选择其中一路触发源信号送入高速比较器,产生边沿触发信号,之后再将边沿触发信号送到FPGA进行处理,实现触发功能。第三:控制电路的设计。控制电路主要完成对整个模拟通道的状态切换控制和一些子电路的电平调节。第四:信号完整性分析。详细分析了影响信号完整性的因素,并针对这些因素采取了一系列的优化措施。

关键词： 嵌入式系统   税控收款机   S3C2410   模块化  

摘要： 随着国家金税工程的不断深入，国税总局在全国全面推广税控收款机的使用。目前，通用的税控收款机有着成本过高、管理不方便等缺点，而基于嵌入式系统的税控收款机则具有成本低、可靠性高，而且由于采用嵌入式操作系统，具有易管理、安全性高等优势。因此，在技术和市场两方面的驱动下，本文提出了基于嵌入式系统的税控收款机的硬件设计，将嵌入式技术与税控收款机设计要求有机结合起来，设计出一种新型的税控收款机硬件系统，为新型机的开发提供借鉴意义。 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。本文通过研究嵌入式系统设计的一般性原理与设计方法，特别是嵌入式硬件系统设计的方法，设计了税控收款机的硬件部分。 首先，对税控机功能及市场需求进行分析，依据分析的结果对整个系统采用模块化概念进行设计；然后，对体系结构中的核心机制模块进行了详细的设计，在采用S3C2410芯片为处理器的基础上，展开键盘和显示模块、打印模块、税控模块、扩展口与通信模块以及电源模块的硬件设计。在各模块的硬件设计中考虑了电磁抗干扰的影响，加上电磁抗干扰电路。并使用Protel99SE软件给出相应模块原理图。最后，对税控收款机的软件进行设计，根据税控收款机的功能模块，提出了税控收款机的软件基础架构。并在软件架构的基础上，引入模块化与层次结构相结合的方法，实现了税控收款机的软件分层设计和软件流程设计，通过介绍税控收款机的硬件驱动层设计和系统软件程序的烧写实现，完成整个税控收款机的系统设计。

关键词： 选煤厂   机器视觉   图像采集   硬件设计  

摘要： 近年来，随着计算机与图像处理技术的发展，机器视觉技术正广泛应用于工业、农业、医学、军事等领域，作为一种高精度、高智能化的先进技术已越来越引起人们的重视。而机器视觉技术在矿业工程上的应用并不多，尤其是在矿物加工领域，但煤炭洗选的工作环境迫切需要先进的具有智能控制的在线检测系统。煤质组成的在线快速检测已经成为制约选煤过程自动化的技术瓶颈。对于一个机器视觉系统来说，最关键的就是图像的获取，任何在图像获取方面的缺陷都会给后续图像分析和理解带来困难。同时图像采集也是进行图像处理、图像压缩、图像识别的基础，所以对图像采集系统的研究与设计有着重要的现实意义和价值。 本文首先介绍了机器视觉系统的组成机构和特点，并综述了其在工业检测与矿业工程领域中的应用，概述了论文的选题意义、背景及研究内容。 根据选煤厂的生产情况、工艺要求及在线检测系统功能要求，从图像采集系统整体的硬件构成方面对整个图像采集系统进行了总体设计。系统包括信息采集、照明、相机的防振与除尘三个分系统。并针对信息采集部分中主要硬件进行了详细的性能比较和选型。 为消除选煤厂皮带周围光照、振动、粉尘污染，构建良好的图像采集环境，开发了遮光和照明系统，并对系统相机的防振与除尘措施进行了分析论述。 论文开发的图像采集系统应用于太西洗煤厂一分区末精煤皮带上，文中给出了部分工业试验结果。对现场采集到的180张不同灰分的精煤图像，提取了7个特征值并对其归一化，采用最佳参数的SVM神经网络对训练集构建煤粒灰分识别系统。利用测试集进行验证，最终末精煤测试集灰分预测绝对误差平均值为0.12%，预测效果好，验证了图像采集系统的可行性。 机器视觉技术对推动煤炭加工的智能控制将起到重要的作用。本文设计开发的煤用机器视觉图像采集技术为选煤厂基于物料组成的在线过程控制提供了成功的示范。

关键词： 物联网   智能家居   ZigBee无线网络   ARM技术   S3C6410   CC2530  

摘要： 浙江长征职业技术学院为适应职业教育发展需要,自主开发了基于物联网的智能家居体验中心系统(以下亦称智能家居系统)并部署在专门组建的体验中心实训室内部,以便物联网专业通过智能家居体验中心系统能够实现完成一系列的教学任务。在智能家居体验中心系统的设计中,本人主要承担了总体方案设计、嵌入式家庭网关的软硬件选型及家庭内部网络节点模块选型和系统硬件设计工作。 本着小型化、模块化、系统化、低成本、低功耗的系统设计原则,本课题对物联网智能家居系统在国内外的发展现状以及相关技术进行了分析研究之后,提出了物联网智能家居系统的总体结构,即该系统主要由家庭智能网关、家庭内部网络、外部通讯网络等组成;然后给出了系统设计方案及软硬件选型：通过对比当今主要无线传输技术的特点,确立了采用低功耗、低成本、低传输速率、大容量及具有自组网方式的ZigBee无线技术作为智能家居系统的内部组网方式,ZigBee网络节点设备采用美国德州仪器TI公司CC2530芯片,软件开发采用IAR for MCS-51集成开发环境;为了实现智能家居系统的远程管理和无线传输的功能,将ARM技术和ZigBee无线网络技术相结合,以三星ARM11处理器S3C6410芯片和相关的一些外围器件组建整个系统的家庭智能网关控制平台,采用嵌入式WINCE6.0作为操作系统;家庭内部网络通过智能网关与internet或Wi-Fi连接。最后,按照设计方案完成系统硬件电路设计和软件程序设计。 本课题通过统一的无线协议和不同的控制协议,实现了对智能家居系统进行统筹管理,体现了智能家居系统的人性化、智能化、网络化等特点,为今后的智能家居系统设计提供了新的解决方案。

关键词： 光接入网络   宽带接入网   波分复用无源光网络   无色光网络   单元   信道均衡  

摘要： 随着视频点播、互动游戏等新兴互联网应用的不断发展和快速普及,普通网络用户对于带宽需求快速提高,原有的包括ADSL等接入形式已经无法满足用户的需要,波分复用无源光网络(WDM-PON)凭借其更高的网络带宽、与原有光纤接入网络相兼容、易随着视频点播、互动游戏等新兴互联网应用的不断发展和快速普及,普通网络用户对于带宽需求快速提高,原有的包括非对称数字用户环路(ADSL)等接入形式已经无法满足用户的需要,波分复用无源光网络(于后续系统升级等优点,日益引起人们的重视,并成为下一代光无源接入网络技术的研究热点。 本论文作者作为研究人员之一,在实验室修硕士研究生学位期间参加了国家自然科学基金资助的项目“基于RSOA的光射频信号处理的机理研究与实验验证”和“基于SOA和MZI的全光信号处理技术的研究”。其间,利用专业的光通信仿真软件平台VPI Transmission8.5、Modelsim6.5、电子电路开发设计软件Mentor Graphics2005等软件和实验室其它无源接入网络的实验平台,研究了基于反射型半导体光放大器(RSOA)实现远端波长重用10Gbp/s数据速率的WDM-PON系统原型的设计和实现方法。本论文的主要研究内容如下所示： 1、分析现在广泛使用的无源接入网络(PON)的发展现状,在对现有无源接入网络,如以太网无源光网络(EPON)和吉比特无源光网络(GPON),存在的问题进行分析的基础上,引出作为下一代接入网络研究重点的波分复用无源光网络(WDM-PON)。详细说明WDM-PON接入网络技术进一步发展的若干关键技术发展现状和技术不足,主要包括光网络单元(ONU)的无色化技术、波分复用器件的设计、前向纠错编码技术(FEC)和信道均衡技术。 2、充分考虑实验室在RSOA器件建模和基于RSOA的ONU无色化方面进行的理论研究和实验积累,在进行WDM-PON实现和设计技术调研的基础上,提出基于RSOA实现波长重用的WDM-PON实验系统设计方案并利用电子电路设计软件进行相关的电原理图设计在该设计方案中使用RSOA作为ONU无色化的关键器件,利用串并变换器件实现物理媒介适配层(PMA)的基本功能,物理编码子层(PCS)的功能实现,例如高速数据信号同步接收、64B/66B编码变换等由FPGA芯片编程实现。另外,为解决RSOA器件有效带宽不足的问题,方案综合利用前向纠错编码等技术保证整个系统的工作性能。 3、提出一种基于信号误差的LMS自适应算法(ESD-LMS)并在专业光通信仿真软件中进行系统仿真分析。该算法通过相邻两次迭代的输出误差值进行自适应系统步长的调整。论文中详细分析了基于所提出算法的自适应滤波器的几个关键参数并通过MATLAB软件仿真了在信道均衡和系统识别应用场景下的算法性能;在专业光通信仿真软件VPI中对所提出的WDM-PON光接入网络实验设计方案进行性能仿真。通过基于RSOA的双向10Gb/s的数据传输的仿真,测得的误码率和眼图结果表明所提出的算法可以降低OLT端的上行数据信号误码率并提高眼图张开度。在使用基于所提算法的信道均衡技术之后,在基于RSOA的双向10Gb/s的系统中可以在1E-4级别的误码水平可以提高接收灵敏度约2.5dBm。

关键词： DSP   数字化   硬件电路  

摘要： DSP高性能数字芯片的迅速发展，使得电机驱动控制系统的全数字化实现成为可能。这不仅大大降低了系统的硬件成本，而且软件的可移植性增强，提高了产品的通用性。本文设计了以DSP芯片TMS320LF240A为核心器件的永磁电机全数字化驱动控制系统的硬件电路。主要针对DSP最小系统和片外RAM扩展及其外围控制电路部分电路进行设计，分析了各部分电路的工作原理，绘制了电路连接图。

关键词： 管道焊缝   相控阵   缺陷检测   信号处理   FPGA   硬件设计  

摘要： 在新能源不断发展的潮流下,我国也加快了天然气等新型能源的发展,因此对于能源运输管道的安全检测成为了一个研究热点。相控阵超声检测技术作为无损检测新技术的一种,以其独特的优势近年来在工业检测领域得到了广泛应用。通过激发超声换能器产生超声波,并且灵活的改变相控阵探头各阵元的延迟规则,可以使超声波束在不同的深度以及方向进行聚焦,从而可以对被测对象实现区域性的扫查探伤。相控阵技术除了具有通用的其他无损检测方法所具有的优点以外,它还具有可检测对象范围广、可对缺陷成像、检测精确、灵敏度高等一系列优点。由于我国相控阵检测技术的研究起步较晚,进口的相控阵检测设备昂贵,因此实现成熟的、自主研发的相控阵超声检测系统成为目前的一个攻坚难题。本论文在调研了成熟的相控阵检测设备以及研究了国内外的相控阵超声检测技术相关理论及关键技术的基础上,设计了一个可实现对天然气及是由运输管道进行缺陷检测的基于控制的通道相控阵超声检测系统。本文在分析相控阵技术的研究背景的基础上介绍了目前该技术的发展现状,简单概述了相控阵检测技术的基本原理以及相控延迟等关键技术。总结了相控阵检测技术在无损检测领域所具有的优势以及存在的局限性。本文详细描述了新型的通道相控阵超声发射极回波信号采集硬件系统,介绍了从整体的硬件方案设计到各功能模块的电路设计。主要包括脉冲激励信号发射电路、超声回波的隔离接受以及通道选择模块、信号放大以及模数转换模块、基于的控制模块以及外围的双存储模块、电源管理系统等。完成了硬件电路系统的实现,介绍了在绘制板过程中需要注意的问题,总结了绘制高速电路板所需要遵循的基本的布局布线规则和约束。本文对课题中所设计的相控阵超声发射和采集硬件系统进行了功能验证,完成了实际的试块检测试验。试验表明该系统对试块中的缺陷检出率高,系统稳定性好、效率高,基本满足工业无损检测的要求。

关键词： 车载终端   DSP   快速启动   硬件设计  

摘要： 车载终端是军用工程车电控系统的核心部件,主要完成状态信息显示、总线通讯、数据管理等任务.针对装备对于车载终端快速启动性能的使用需求,设计了基于DSP的具有快速启动功能的车载终端.首先介绍了车载终端的设计方案,其次对图形接口单元、数据接口单元、结构设计等核心单元进行了详细说明.试验结果表明,该车载终端的启动时间、刷新频率、通讯速度等各项性能指标达到了设计要求.