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关键词： 无线通信系统   室内LED可见光   硬件设计   通信速率   驱动电路  

摘要： 无线通信是目前最重要的通信方式，它实现了任何人于任何时间在任何地点与任何人进行任何通信的梦想。在过去的二十年中，人们对于无线通信的需求持续增长，但是数据拥塞和射频频谱带宽受限限制了射频无线通信的发展速度。无线通信数据的高速增长和迫在眉睫的射频频谱危机迫使人们寻找新型的无线通信方式，无线光通信正是解决该问题的可行方案，目前已成为学术界和产业界的热门课题。\n 本论文的研究重点是室内LED可见光通信系统中的硬件设计与实现。本论文分别介绍了室内LED可见光模拟通信系统和数字通信系统:前者通信速率较低但接收端简单便携，适合用于语音通信;后者通信速率较高但需要复杂的基带处理硬件，适合用于高速数据通信。\n 本论文首先介绍了室内LED可见光模拟语音通信系统中硬件的设计、实现与测试。发送端的核心电路为LED驱动电路，采用功率MOSFET管;接收端设计为便携设备，并且设计了基带语音可见光通信和AM/FM调制语音信号可见光通信两种接收端硬件方案。经过测试，两者抑制荧光灯等环境噪声的性能有明显差别。\n 本论文接着介绍了室内LED可见光高速数字通信系统中硬件的设计、实现与测试。系统模拟部分负责电光转换，数字部分负责通信算法的实现。数字部分集成于以FPGA为核心的基带处理板，基带处理板包括高速ADC、高速DAC以及以太网接口。本论文在上述硬件平台上实现DCO-OFDM可见光通信系统。

关键词： 计算机网络   数据传输   XLGMII接口   芯片设计  

摘要： 以太网曾是局域网中应用较为广泛的联网技术。目前，以太网的发展领域早已不局限于局域网，其范围已经延伸至城域网和广域网。从2010年6月起针对40G/100G以太网接口的标准协议IEEE802.3ba的正式发布开始，国内外各大公司已经争相推出40G/100G以太网产品。由此可见，以太网产品具有重大的意义和经济价值，其发展刻不容缓。\n 本文设计的是基于IEEE802.3 ba协议的40G以太网接口，该以太网接口包括三个核心模块，分别是媒体访问控制(Media Access Control, MAC)模块、40G独立媒体接口(40 Gb/s MediaIndependent Interface，XLGMII)转换器模块和物理编码子层（Physical Coding Sublayer, PCS）模块。采用从整体到部分的方式阐述了40G以太网接口的实现过程。首先给出整个设计总体设计方案，然后再分别从各子模块出发，对输入输出信号、状态转换图、流程图、原理图等方面的设计工作进行详细的叙述。接着对整个设计采用System Verilog语言搭建的验证平台进行了仿真验证。仿真结果表明本设计达到了4条通路总速率为40Gb/s的要求以及功能覆盖率百分百的目标。在此之后，运用DC综合工具对RTL代码进行逻辑综合和时序验证，得到了DC综合图、时序报告、面积报告以及功率报告。最后使用Xilinx ISE自带的综合工具XST对其进行了FPGA验证，并给出了系统资源利用率和ISE综合图。本文设计的40G以太网接口实现了IEEE802.3ba协议的基本要求，达到了国际化的通用标准，对高速以太网的发展具有推进作用。

关键词： 干扰抑制   三网整合   多模无线通信模块   硬件设计   驱动程序  

摘要： 通信技术的不断发展为各种基于通信技术的应用提供了技术基础，人们提出了“三网融合”的概念，三网融合是指互联网、有线电视网和电信网三者的融合，能为用户同时提供数据、广播电视和语音等服务。\n 随着无线通信技术的发展，无线网络已经从WAN发展到MAN再到LAN和PAN，无线通信网络相对有线通信网络有着很多优点，其中短距离无线通信因为其自身的优势在无线通信中的地位变的越来越突出，出现了诸如Wi-Fi、ZigBee、Bluetooth等常见的短距离无线通信技术。Linux是一个多任务、多用户的操作系统，它作为功能强大、开源的操作系统，在嵌入式领域的应用非常广泛，越来越多的嵌入式产品都是基于Linux平台的。\n 本文以三网融合课题为背景，设计了支持WiFi，Bluetooth，ZigBee等多种无线接入方式的多模无线通信模块，它是三网融合家庭信息网关的重要组成部分，该模块实现了集Wi-Fi、Bluetooth和ZigBee三种技术于一体的功能，实现了家庭无线覆盖，包括数据(Wi-Fi)、语音(Bluetooth)和家庭物联网(ZigBee)的无线覆盖。网关为基于ARM的嵌入式Linux平台，模块与网关通过USB通信。\n 文章介绍了常用的短距离无线通信技术、家庭信息系统，然后针对家庭信息网关应用中的多模无线通信模块进行了设计。其中硬件设计部分包括电源管理、USBHUB以及Wi-Fi、Bluetooth和ZigBee三种通信单元，软件部分包括通信模块的Linux驱动程序的移植，最后对通信模块内部三种同频短距离无线技术的相互干扰问题进行了分析并介绍了本文中采取的干扰抑制的方法。

关键词： 智能小区   水表集抄系统   地址分配算法   无线抄表协议栈   组网方式   硬件设计  

摘要： 无线抄表具有较高的精确性，可以解决传统有线抄表受到时间和地点限制的问题，但是现存的无线抄表方案所使用的路由协议大多不是专门为抄表而设计的，存在路由表的存储和满足一些标准要求的问题。在低功耗方面，现存抄表系统多数是在硬件节点的设计上实现的，忽略了协议栈对节点的控制。\n 针对上述问题，本文设计了一种新的无线抄表协议栈方案，该方案采用了专门设计的路由协议，通过地址分配算法建立路由，避免了有限存储能力的传感器节点对于路由表的存储和更新;不包含无用功能，修改维护较为方便;实现了网络同步，提高了节点间数据传输效率，解决了水表集抄的能耗问题;在应对数据碰撞时采用了CSMA机制。主要做了以下工作:(1)根据RI-MAC协议工作原理，设计了被动入网的组网方式，解决了入网过程中节点的能耗问题;(2)基于树状路由拓扑结构，设计了地址分配算法，解决了路由建立问题;(3)根据系统低功耗要求和抄表效率要求，设计了网络的同步方式，减少了网络运行过程中节点唤醒的时间并解决了同步网络的维护问题;(4)基于MSP430和CC1100E的硬件平台实现并测试了所设计的水表无线集抄低功耗协议栈。\n 通过在硬件节点上进行组网测试验证，结果表明设计符合设计指标，可以达到一次抄表成功率90％以上，平均丢包率在4％以下，并且系统稳定，多次抄表可以保证100％的成功率，节点可以在3Ah电池供电下，连续工作5年以上。

关键词： 产业   中央空调   硬件设计   业态组合   消防设施   空间布局   扶手电梯   现代化   停车位   商业楼   大兴区   主题   娱乐   休闲   时尚   商品   面积   精品   经营   街区  

摘要： 近日，集购物、休闲、餐饮、娱乐为一体的天通尾货旧宫店在北京大兴区隆重开业。
　　天通尾货旧宫店经营面积2.1万平方米，商品多达2万多种，为六层大型商业楼。其从硬件设计到业态组合都进行了精心安排，空间布局上分为“精品天地”、“时尚街区”、“生活广场”和“乐活空间”四大主题，内设四部自动扶手电梯、四部直梯，以及现代化的消防设施和大型中央空调，拥有各种商位500余个，停车位200余个。

关键词： 南极望远镜   运动控制系统   双机备份   硬件设计   PWM脉宽调制   故障检测  

摘要： 南极内陆冰穹高原Dome-A具有海拔高、干燥、温度低、视宁度好、风速低等优点，但由于其特殊的环境和不宜居住，建造望远镜的难度介于地面天文台和空间天文台之间。同时，在南极建造望远镜具有特殊的技术挑战，如:电路系统的温控和可靠性、望远镜的全自动遥控、大型望远镜的安装调试等[1]。基于此背景，设计了以数字信号控制器dsPIC30F6010A和运动控制H桥组件LMD18200构成的南极天文望远镜双机备份运动控制系统。\n 论文首先分析了望远镜控制系统的发展现状，阐述了系统中所用到的直流电机的基本构成、工作原理，并研究了电机的数学模型、控制系统的构成及其基本控制策略，给出了基于数字信号控制器的望远镜控制系统设计方案。然后在前期的研究工作及所取得的阶段性成果的基础之上，以美国微芯公司的高性能16位数字信号控制器(DSC) dsPIC30F6010A为核心设计了硬件系统，并编写了系统软件。硬件系统包括电源电路、驱动及电流检测电路、故障检测与信号切换电路、CAN接口电路以及硬件抗干扰措施。在设计上实现了系统硬件电路小型化及模块化。软件部分在C编译环境下采用模块化编程，包括主循环程序模块、CAN总线通讯模块、电流环、转速环、位置环、故障保护模块、PWM脉宽调制模块以及软件抗干扰措施等。\n 最后对整个控制系统进行了调试。给出了部分实测波形并进行了分析，对系统中出现的问题给予解决，测试结果表明控制系统设计达到了预期效果。该控制系统可以应用于南极巡天望远镜(AST3)的控制系统中。

关键词： 单片机   门控系统   步进电机驱动  

摘要： 通过以SD02型热释电传感器等器件组成的红外感应模块,将检测到的人体信号传送给以STC89C52单片机为核心的单片机模块;单片机模块根据设定程序检测前级送入信号,并作出判断输出电信号控制后级驱动模块;驱动模块采用SH-215B高性能细分驱动器,其输出控制电机运行。

关键词： 物流数据采集终端   嵌入式Linux   硬件设计   底层驱动   原子操作   SEP6200处理器  

摘要： 近几年来嵌入式技术飞速发展，并渗透进各行各业，物流行业的蓬勃发展也促使物流数据采集终端应运而生。其中，嵌入式系统及其微处理器也对终端功能的不断完善起到了巨大的推动作用。物流数据采集终端利用现有技术给物流业提供信息服务，使物流仓储运输变得更加便捷。\n 本论文使用SEP6200嵌入式微处理器设计并实现一款物流数据采集终端开发平台，采用嵌入式Linux操作系统和Qt图形系统开发框架实现系统软件运行平台。设计工作包括二部分:整机硬件设计、软件底层驱动和系统设计、Qt图形系统开发框架的应用与优化。硬件及其驱动主要完成一维条码采集、射频卡读写以及可视化图形人机交互，均提供板级支持包。关键工作内容包括:采用国产高性能微处理带来的板级高速电路设计问题，以及针对SEP6200国产硬件平台所做的Qt底层汇编优化。\n 本论文从硬件设计、启动代码、操作系统、底层驱动、上层应用程序框架层面为SEP6200在物流数据采集终端领域的应用提供了一套完整的产品解决方案。论文所实现的物流数据采集终端开发平台实现了物流数据采集终端所需的具体功能，经测试效果稳定，有一定实用价值。在SEP6200开发平台上，Qt图形系统开发框架针对访存和原子操作进行汇编优化;优化后的Qt运行库可以有效降低GUI程序的资源占用，CPU占用率减少15％以上，同时内存占用也会减少10％左右。

关键词： 水质处理   冗余机制   数据采集   可靠性能   软硬件设计  

摘要： 我国是水资源大国之一,但人均淡水资源占有量却是世界13个人均水资源最贫乏的国家之一。同时我国正处于发展中阶段,伴随着国家经济的迅猛发展,能源与环境之间矛盾日趋尖锐,水环境的污染情况日益严重。因此,城市水资源的处理与防治被给予高度的重视与支持。城市水质处理系统是城市核心公共设施之一,对于城市的重要性无需赘言,其可靠性能关乎城市用水供给与污水处理的能力,影响着市民的正常生活起居。本文在进行整体水质监控系统设计的同时,着重对系统可靠性进行深入的研究分析,并设计了一种基于冗余机制的高速数据采集系统。\n 在水质处理监控系统的整体架构中,数据采集功能作为实现水质处理过程控制目的的核心部分,无论是在数据处理方面,还是在稳定可靠的工作性能方面都需要进行精心的设计。其中针对负责水质处理现场信号采集任务的数据信号输入模块进行冗余结构设计,以保证水质处理控制系统实时可靠地对水质信息数据进行准确的采集;并且依靠输入模块与输出模块协同作业,形成闭环控制结构来提高控制决策输出的可靠性与安全性。在实现系统可靠性技术的设计中,论文着重分析了系统冗余技术,通过对各种冗余结构与策略分析比对,最终选定在双机热备冗余结构的基础上,进行二取二冗余策略的创新性改进。并在系统可靠性技术的理论支持下,完成了对冗余化的数据采集系统的软硬件设计。最后,对该监测系统进行测试,其中通过MATLAB仿真软件进行了可靠性能的仿真分析,并通过搭建测试平台对模拟通道和数字通道的各个模块进行测试。结果表明该系统在平均无故障运行时间指标中远优于单系统,而且通过故障注入等方法测试了冗余系统的容错功能,并且对水质处理过程中的数据采集功能也达到了预期效果,满足实际需求。

关键词： 协议卸载引擎   嵌入式IP系统   现场可编程门阵列   硬件设计  

摘要： TCP/IP协议卸载引擎(TCP/IP Take-off Engine，TOE)是一个用硬件电路实现TCP/IP协议基本功能的嵌入式IP系统。它可以应用在各种需要简单上网功能，通过以太网传输数据的小型嵌入式终端中，以较小的资源换取较快的上网体验。随着以后Internet网络的快速发展，网络数据的处理速度将越来越限制网络速度的提高，纯软件的实现方式已经显得捉襟见肘，因此TOE系统的研究和开发就越发重要。\n 本文围绕着TCP/IP协议卸载引擎的核心部分——TOE硬件实现系统中架构设计和改进等若干问题进行研究分析。本文在参考大量国内外文献的基础上，根据AlteraFPGA开发板的特点，采用了文献[16]中的硬件架构进行设计，并在原设计的基础上，根据其CCI模块的特点对CCI模块进行拆分，使CCI模块由原来的只能同时响应一个读写请求变为可以同时响应多个读写请求。另外，在不影响其功能的前提下，对部分部件如ARP表的存储和维护机制进行简化。\n 由于TCP/IP协议簇的复杂以及庞大，在完成此篇论文时，该设计的实体代码并没有全部完成，只缺少传输层的TCP模组的设计以及软件部分的代码编写。本论文利用Altera公司的开发套件搭建了一个可以应用该TOE模组的SOC系统，并评估系统预期的性能以及可以改进的空间。性能评估的计算显示，该TOE系统可以达到的最高时钟是51 MHz，满足1Gbps的网络环境要求。