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关键词： 电梯群控   蚁群算法   硬件设计   上位机监控界面  

摘要： 电梯作为高层建筑物内的重要交通工具,它不仅仅是单纯地起着对乘客的运输作用,同时它还标志着整个建筑物对乘客的服务质量。乘客的候梯时间、乘梯时间和乘梯的舒适度等已经成为评估电梯运输能力的主要标准。为了能够提升电梯的运行效率,满足乘客的对电梯服务质量已经成为电梯群控系统重点关注的话题。 本文设计了电梯控制系统的总体结构,根据对电梯客流交通模型的分析确定了五种基本交通模式。通过对电梯群控技术的各种调度方法进行分析,建立了一种基于蚁群算法的电梯群控控制器模型。利用交通客流量的仿真数据,把乘客的候梯时间等乘客和用户比较关注的因素作为控制器的输入,模拟了一个建筑屋内三种典型交通模式的运行情况,对蚁群算法的的电梯群控制器进行仿真。结果表明此算法控制器的真实有效性。 本文利用DSP芯片设计了电梯群控制器的部分硬件系统,尤其是通过CAN总线协议与现场数据收集的信息通讯。运用Visual Basic6.0语言对电梯系统的监控界面进行了编程,在与群控制器采用的传输速度更快的USB通讯技术,这样通过信息的交互,电梯的监管人员能够实时地观察电梯运行情况。结合蚁群算法的硬件和软件设计,使得本文对电梯群控系统的研究具有实际意义。

关键词： 里程系统   硬件设计   FIR   智能优选   最优脉冲   校正  

摘要： 随着输油管道的增多和管道铺设距离的增长,油气管道在各种复杂、恶劣的环境状况下易产生裂纹、蚀坑、管壁变薄等现象等,带来重大安全隐患和经济损失,因而开展长输管道的内部缺陷检测十分必要。腐蚀缺陷的准确定位是管道内检测的关键技术,而精确的里程测量则是腐蚀缺陷准确定位的重要保证。目前,对管道的里程测量仍然缺乏系统的、高精度的检测装置。尤其是在微小缺陷的检测系统中要求对管道的里程测量必须精确和准确。因此,设计一种具有强抗干扰性、实时检测的、高精度的里程系统具有重要的现实意义。鉴于现有的管道里程测量系统各方面的不足,本文提出一种新型设计方案,主要内容共三方面：第一,针对原有里程测量系统设计不全面、不规范的问题,提出一套完整的硬件设计方案,从数据采集、传输到处理和存储。采用了新型霍尔传感器模块结合FPGA中央处理器,完成了里程数据的完整高效处理。传感器输出脉冲电信号;电信号经信号调理模块进行滤波、放大后,送入A/D转换模块。A/D转换模块在FPGA中央处理单元中的时序控制模块的控制下,实现模数转换,转换后的数字信号送入FPGA中央处理单元;第二,针对管道中实时采集的里程数据可能带有杂波干扰的问题,提出了一种二次滤波方法,这种方法基于FPGA,并结合了MATLAB设计滤波系数,对里程信号实现了完美二次滤波。经FIR滤波器模块二次滤波后,使数字信号完美去除环境杂波干扰,同时剔除上限截止频率;第三,针对里程系统算法处理单一的问题,基于FPGA创新性的设计了三大算法模块：里程轮异常判断模块、基于BP神经网络的管道弯道判断模块和里程信号智能优选算法模块。滤波后的信号分别送里程轮异常判断模块和基于BP神经网络的管道弯道判断模块,在里程信号智能优选模块中经智能优选算法,确保输出最优里程脉冲。最后研究了一种里程数据校正算法,保证数据可靠性。本系统集数据采集、数据处理和存储校正等多功能于一身,通过理论研究和仿真实验证明,管道里程测量的智能处理方法能有效、及时、高精度的实现里程测量,具有一定的实际意义。随着研究深入,定能发挥更大作用。

关键词： 多通道   数据采集   数字三维示波器   触发   上电顺序  

摘要： 提高数据采集系统的采样率,以及增加采集系统的通道数已成为现代电子系统的主要发展趋势。数字示波器作为典型的数据采集系统,在实际开发应用中对其采样速率和通道数有更高的要求。本论文依托四通道数字三维示波器的开发平台,设计实现了四通道的高速数据采集系统。本设计采用国产模数转换器(ADC),运用并行时间交替采样和多ADC采集数据拼合技术,在现有国产ADC的基础上提高了系统的采样率。同时通过采集同步技术设计实现了多通道的数据采集同步。论文主要的研究内容包括提高采样速率、数据采集的数据接收缓存和大容量的数据存储设计、高速并行数据传输设计、采集控制系统设计以及多通道采集触发系统的设计与实现。在提高采集系统采样速率方面,本设计采用了交替并行采样技术,在现有国产ADC芯片单片2GSPS提高到4GSPS的采样速率,同时通过多ADC数据同步时钟间相位关系的确定,实现了高达16路数据的正确拼合,以及多通道的采集同步。在采集控制系统设计方面,根据节约成本和最大利用现有资源的原则下,采用了并行和串行接口混用的方式,在不影响系统性能的前提下,提高了采集系统资源的充分利用,降低了系统成本。在采集触发系统中,本设计根据多通道的特点,设计了模块化的触发信号传输与处理方案。对每两个通道进行模块化处理,在设计中只需要完成一个模块的功能,通过软件控制即可实现两个模块四通道采集触发功能,大大降低了设计的难度和开发周期,同时有利于采集系统的裁剪或者扩展。本课题还对系统电源和其他相关模块进行了方案研究和设计,并最终实现了基于数字三维示波器的双通道4GSPS或四通道2GSPS的高速数据采集系统。

关键词： 激光测距   等效采样   脉冲式激光测距仪  

摘要： 激光测距仪是激光技术、电子技术、单片机控制技术、信号控制与处理技术以及精密机械技术等各种技术的综合在一起的应用。激光测距仪是一种根据时域反射原理设计的测量距离的仪表,具有相当好的应用前景。目前,航空航天、自动控制、工业、军事、大地测量和建筑测量等领域中很多都需要进行距离的测量,并且现代的科技趋势越来越需要良好的精确度。但是市面上销售的激光测距仪一般难以达到较高测量精度的目的。由此,就有了研制成本低、精度高的激光测距仪的必要。本文所介绍的激光测距仪是一种基于等效采样测量原理的测距系统,可以达到高精度测量距离的目的。在经过了各种方案的研究的基础上,本文最终采用了基于等效采样原理的时间间隔测量法。在接收到周期性反射脉冲信号的前提下,采用等效采样的方法,即通过多次触发、多次采样而获得并重建信号波形的方法,可以将信号在时域上进行等比例展宽,从而得到重要的的时域信息,进而通过单片机的计算,获得需要得到的距离值。这种方案经过长期实践、研究,最终得到了硬件电路的实现,达到了将ns级别的时域信号扩展为ms级别的信号的目的,进而提高了距离测量的精度,这种方案也可以降低设计难度以及产品成本。本论文所介绍的激光测距仪的硬件设计内容主要包括系统方案的选取与设计、基于SPL LL90激光发射二极管的激光发射电路的设计与实现,以及基于AD500激光接收二极管的激光接收电路的设计与实现。激光发射电路的设计包括激光二极管的选型、发射和采样信号调制电路的研究与设计以及激光发射脉冲产生及驱动电路的研究与设计。激光接收电路的设计包括激光接收二极管的选型、激光接收脉冲信号获取电路的研究与设计以及接收信号调制电路的研究与设计。单片机部分电路设计包括MSP430单片机外围电路的设计。在论文的最后,列举了要求的实验指标,然后展示了实验波形并对之进行了分析,各方面分析结束后得出设计方案可行性结论。

关键词： 全球导航卫星系统   信号模拟器   数字信号处理   现场可编程门阵列   硬件设计  

摘要： 随着全球导航卫星系统的建立与发展,卫星导航在现代社会的诸多领域已经发挥了举足轻重的作用。GNSS卫星信号模拟器能够模拟多种复杂环境,实时生成高精度、高稳定性、可复现的GNSS卫星信号,为GPS/GLONASS多模导航接收机的研制和性能检验提供了完善的测试平台。　　本文以 GNSS多频段卫星信号模拟器的研究与实现为中心展开。首先从GPS/GLONASS两个导航系统的基本理论出发,在分析其信号体制的基础上,给出了模拟器卫星信号仿真模型。在卫星信号模拟过程中,深入研究了所涉及的卫星轨道递推、误差模型仿真、高精度信号延迟和时间空间同步等多项关键技术。其中,针对高动态环境对信号模拟精度的要求,创新性地提出了伪距及其变化率的实时计算和三阶频率合成的实现方法;本文还提出了一种惯导观测数据的仿真方法,与卫星信号模拟算法进行数据融合,以实现GNSS/INS组合导航的信号模拟。其次,详述了基于DSP+FPGA的信号模拟器的总体设计方案及其主要模块的功能,并重点对载体轨迹生成、信号初始相位计算、频率修正和电文发送时序等核心模块进行了设计。　　最后在双DSP+FPGA的硬件平台上实现了GNSS多频段卫星信号模拟器,并使用接收机与模拟器组成闭环系统进行测试。测试结果如下:(1)静态场景下,使用GPS L1/L5双频、GLONASS L1/L2双频和GPS/GLONASS双模定位时,定位精度分为达到约±8m、±15m和±10m;(2)动态场景下,匀加速直线运动和圆周运动的定位结果与模拟器设定的轨迹一致;(3)惯导软件接收机使用模拟器仿真的惯导观测数据进行定位解算,位置误差为10米量级,姿态角度误差为110?度量级。测试结果表明,GNSS多频段卫星信号模拟器的各项性能指标都达到了设计标准。

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： AVR ATmega128   智能小车   传感器   硬件设计  

摘要： 主要介绍一种以AVR ATmega128为核心的智能小车的硬件原理设计。智能小车以AVR ATmega128单片机为整个系统的控制核心;应用红外传感识别外界信息;使用左、右两侧电动机的差速驱动实现转向;外部通信拓展了无线和有线两种方式;同时还预留了陀螺仪端口,方便进行后续更新和升级。该智能小车可以作为对智能车辆进一步研究的平台。

关键词： 线性调频连续波激光雷达   DFB激光器   光电反馈   迭代补偿   FPGA  

摘要： 激光雷达自1961年被提出,在过去的50多年已有长足的发展,其中线性调频连续波激光雷达(LFMCW Ladar)的研究是其中的一个重要方向,广泛运用于环境遥感、大气监测、精密测距等。本课题针对线性调频连续波激光雷达高精度测距,特别是宽带线性调频激光的产生和接收进行了研究,设计了适用于分布反馈(DFB)半导体激光器的线性调频激光产生和接收系统,该研究成果是激光雷达三维成像和合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar,SAL)等技术的基础。本论文完成的工作包括以下几个部分:1.介绍了激光雷达的发展,线性调频激光实现测距的基本原理和本系统基于DFB激光器设计的实现激光线性调频的方法较传统方法的优势和难点。2.设计了一种带光电反馈补偿的DFB激光器驱动模块。包括了系统的时钟设计;FPGA+DAC的预置路驱动电压设计;光电反馈环路,反馈环路低通滤波设计;FPGA+DDS的鉴相器参考频率设计;电压信号转电流信号方案设计。3.设计了线性调频激光信号的相干平衡接收电路,系统的激光信号接收电路有两种方案,一种用于光电反馈补偿路的激光信号接收,另一种用于测距路激光回波信号接收,这两部分的激光功率和差频信号带宽不同,本系统设计了两种不同的光电流信号转电压方案以满足系统高信噪比要求。4.针对系统硬件低噪声要求进行板卡设计和关键信号线处理工作。5.使用MATLAB对光电反馈结果进行深入分析,获取DFB激光器的电流调谐特性,针对性地对驱动信号增加迭代补偿和选择最佳的光电反馈环路参数。

关键词： 可见光通信   电路设计   FPGA   调制技术   数字通信   信道建模  

摘要： 随着无线通信技术的不断发展和用户数量的持续增多,人们对移动通信网络的带宽需求也不断提高。然而当今世界无线频谱资源紧张,大多数可用频段都已被占用。传统的射频通信越来越难以满足当今人们日益增长的信息需求。在这种情况下,可见光通信技术应运而生。由于可见光通信使用的可见光波段还是空白频谱,所以无需授权即可使用。除此之外,可见光通信还具有安全性高、保密性好以及绿色节能等特点。可见光通信技术自从诞生以来就受到了国内外研究人员的广泛关注。本文主要研究了影响可见光通信系统的关键技术,并在此基础之上实现了可见光通信系统的硬件设计。首先,本文研究了可见光通信的信道特性,对在大气衰减、大气湍流和指向误差三种因素影响下的混合大气信道建立了可靠的数学模型。基于该数学模型本文得出了混合信道下通信系统平均误码率的闭合表达式,并通过蒙特卡罗方法得出与理论数据吻合的仿真曲线,证明了表达式的正确性。其次,本文研究了可见光通信系统中的调制技术。本文分析了二进制调制技术与多进制调制技术的性能特点,比较了二进制调制技术中OOK调制、PPM调制以及DPPM调制的频谱效率和功率效率。通过仿真分析可知,与PPM、DPPM调制相比OOK调制系统的频谱利用率更高,因此在通信系统设计初期更适合使用OOK调制以降低设计的复杂度。然后,本文设计了可见光通信系统的硬件电路。分别通过反向并联肖特基二极管的方法提高半导体激光器的调制速度,使用线性均衡的方法解决了半导体光源器件的非线性问题,使用电压缓冲器放大电流信号的方法提高电压信号的驱动能力以及使用T型偏置器解决了半导体光源的使用寿命短的问题。最后,论文通过测试眼图形状定性的验证了硬件电路的性能。最后,本文设计了可见光通信系统的底层硬件,包括A/D转换器、D/A转换器和三速以太网的驱动程序。论文还研究了A/D转换器和D/A转换器的选择对系统性能产生的影响,得出A/D转换器的精度越大、频率越高越有利于系统性能的提高的结论。除此之外,论文研究了网络传输的中媒体访问控制层的作用,并剖析了其数据帧的结构、设计了三速以太网的驱动模块。通过硬件仿真显示了该模块可以实现以太网数据的正确传输,验证了设计的正确性。

关键词： 数据链路   多途径   嵌入式   通信处理机  

摘要： 以收集检测数据为中心的传感器网络已广泛应用在诸多领域，例如环境监测、城市交通、军事国防、空间探索等。面对传统传感器网络中通信设备单一的数据传输途径，在复杂、远距离的环境下如何保证数据传输链路的畅通，成为新的研究课题。本文通过研究现有各种通信链路的应用现状，对多途径数据通信支持进行了深入研究，通过提供多种数据传输途径来保障传感器网络数据链路的畅通。 本文基于嵌入式系统的设计思想，在分析了内核定制、系统移植、制作根文件系统和Shell脚本等技术的基础上，详细调研了有线/无线局域网通信、3G网络通信、ADSL以及北斗卫星短报文通信等通信方式在嵌入式系统中实现条件、所需设备和通信接口方式，进而在SBC8600b嵌入式开放板上进了上述多途径数据通信支持的功能可行性验证，并实现了一种基于WEB的人性化网络配置方式。 本文在上述可行性验证基础上，提出并设计了一款基于ARM的嵌入式通信处理机，实现对多途径数据通信支持。嵌入式通信处理机主要包括：用来处理和存储数据的核心板模块;用于实现对有线局域网通信和ADSL通信支持的LAN模块;用于实现对无线局域网通信和3G网络通信支持的USB模块;用于实现北斗卫星短报文和连接传感器的RS-232模块。最后，本文完成了嵌入式通信处理机的电路原理图和PCB设计，并在项目组的整体系统集成中得到实现。