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关键词： 涂布设备   造粒系统   PLC控制   技术改造   硬件设计  

摘要： 目前电子行业发展迅猛，特别是硬盘的存贮容量的增加从1997年的3.36GB到2010年的1TB短短13年增加了300多倍，体积不变容量增大同时对硬盘磁头的要求也越来越高，硬盘信息的读写由磁头和磁盘之间的高速旋转运动实现。磁盘与磁头间隙越小，硬盘驱动器记录面积越小，硬盘容量和磁盘储存密度越大。目前磁盘与磁头间隙已趋近于10nm以下，磁头和磁盘的表面粗糙度、划痕和杂质颗粒会对计算机磁盘造成致命的危害，因此对磁盘和磁头的表面加工处理技术要求越来越苛刻。\n 我们公司目前自主研发的造粒抛光研磨纸解决了磁头表面光洁度的问题，随着发展，生产研磨纸的机器（1982年美国APPLLA公司生产的涂布生产线）逐渐不能满足要求，此机器机械方面的精度高于目前国内的生产水平，但是电气方面已经远远落后于目前自动化发展水平，例如电机变频器体积的50*30*50cm，非常大，控制精度差。\n 本课题主要是对涂布设备控制系统实施改造，此改造项目成功后，将会对此业的涂布水平有一个飞跃性提高。生产出的产品将可以达到国外同类产品，同时价格会大幅度降低，进而可使硬盘的价格随之降低，利国利民。\n 生产磁头、硬盘抛光材料的生产线涂布机的组成分为四部分，分别是造粒系统、植砂系统、辊涂系统、固化系统。其中造粒系统是生产线的首要部门，也是最重要的部门。以往工艺中原材料直接应用于生产，造成20％原材料浪费。通过本文的工作对造粒设备的改造，增加填充材料，使原材料的利用率增加10％，目前可达到90％左右，每年节省成品200万元。\n 本文首先阐述了造粒的生产工艺，然后分析了造粒设备的控制方法，最后确定造粒设备电气控制系统总体方案。本文重点设计了温度控制、风速控制、供料单元、细料回收单元的硬件实现以及软件编制。在电气控制系统的硬件设计方面，采用了三菱PLC控制器作为控制核心，实现生产过程的速度控制、温度控制、压力控制，完成了基于PROFIBUS-DP总线的电气控制系统的网络组态。在电气控制系统的软件设计方面，利用三菱GX Developer编程软件完成电气控制的程序编写和温度控制的PID算法实现。在分析造粒生产过程中批次一致性差，工艺参数不能完全重复后，提出造粒系统进行改进。

关键词： 手势检测   跟踪算法   硬件设计   Handle-C语言   功能仿真  

摘要： 手势交互是一种自然、直观、易于学习的人机交互方式。近年来，基于计算机视觉的手势识别逐渐成为了研究和应用的热点，各种吸引人们眼球的新产品层出不穷。目前大多数的手势识别产品都是在高性能的通用处理器上实现的，如DSP或多核处理器，计算复杂度高，成本昂贵。采用硬件实现的方案，能够充分利用其并行处理特性，加快处理速度，并具有高集成和高可靠度的特点。本文就是在此基础上，设计一个能够实现简单控制功能的手势检测和跟踪系统，并对其的硬件实现进行研究。\n 首先，本文回顾了手势检测和跟踪算法的研究背景、研究现状、发展历程和当前常用的一般方法，之后对本文选择的基于Adaboost的手势检测算法和基于Camshift的手势跟踪算法从基本原理方面进行了较为详细的介绍和分析。\n 其次，本文在PC上分别对两种算法进行了实现，并进行了适当优化和部分参数调整。鉴于算法中有较多浮点运算，分析了定点化的基本原理和方法，并在此基础上，将两个算法进行定点化改造，对定点化后的性能进行了分析比较。实验表明定点化后的算法性能基本保持稳定。\n 最后，本文采用了基于Handle-C语言的快速硬件实现方法，对算法的硬件实现进行研究。本文详细介绍了两种算法中一些关键模块的架构设计，如流水线或空间并行方式等，并通过Handle-C对硬件方案进行了一些代码级优化。通过Modelsim对各个模块进行功能仿真及验证，并在XilinxFPGAVirtex-5器件平台下，对硬件资源的利用情况进行了分析。

关键词： 以太无源光网络   芯片验证   接口电路   性能测试   硬件设计  

摘要： 近年来，随着互联网的广泛应用和飞速发展，“三网融合”在全球范围内已经成为一种网络发展的趋势。这就要求接入网提供足够高的带宽，以支持IPTV、HDTV、VoD以及网络游戏等新兴业务应用。同时，第三代移动通信(3G)技术近几年也得到了广泛的应用，并导致了移动互联网的兴起，引发3G基站对高带宽无线回传网络(Backhaul)的需求。2009年正式发布的IEEE802.3av10G-EPON（以太无源光网络）标准支持最高达10G/10G的上下行速率，可以为上述业务提供一个高带宽的数据传输平台，是下一代接入网技术的最佳选择。\n 本文首先介绍了EPON技术的发展过程以及10G-EPON系统的工作原理和关键技术，然后介绍了10G-EPON OLT系统级芯片的主要性能与功能。\n 10G-EPON OLT系统级芯片内部集成了MIPS高性能处理器、10G-EPONMAC(Media Access Control)、包处理(Packet Process)模块以及基于硬件的动态带宽分配(DBA)算法模块，可支持符合IEEE802.3av标准的OLT(Optical LineTerminal)，包括10G/10G对称模式和10G/1G非对称模式。\n 在讨论了10G-EPON相关知识以及10G-EPON系统级芯片的性能基础上，本文主要阐述了10G-EPON OLT系统级芯片(System on Chip，SoC)验证系统的设计与测试。首先讨论了10G-EPON系统级芯片验证系统的总体设计方案，给出了验证系统的总体框图，并讨论了各个子模块的功能以及具体的硬件设计与实现，重点介绍了CPU子系统、XAUI接口、10GE PHY以及10G-EP0N接口电路的原理与设计方法。\n 最后，用Agilent90000系列示波器对10G-EPON以及1G-EPON SERDES接口进行了眼图以及抖动(Jitter)测试，并采用IXIA以太网性能测试仪对验证系统进行了性能测试。测试结果表明，采用系统级芯片实现的10G-EPON OLT完全满足IEEE802.3av标准的相关要求。

关键词： 摘要   倾角传感器   RS485   模块设计   基金资助项目   软件设计   硬件设计   检测实验室  

摘要： 基于RS485的高精度倾角传感器的设计与实现 注：国家自然科学基金资助项目（项目编号：61271047） 作者：单莉莉．高国伟．李健超．贺志刚 单位：北京信息科技大学信息获取与检测实验室 北京100101 摘要：根据MEMS加速度计倾角测量原理．设计了一种基于RS485串口通信的高精度倾角传感器。分别对该系统的硬件设计和软件设计进行阐述。倾角传感器的硬件设计主要分为MCU模块设计、传感器模块设计、电源模块设计、A／D转换模块设计和RS485数据输出模块设计：

关键词： 网络安全   加密芯片   抗差分能量攻击策略   硬件设计   功能仿真  

摘要： 能量攻击理论利用加密芯片运行过程中泄露的功耗信息来获取密钥。差分功耗攻击是能量攻击中的一种。自差分功耗攻击理论提出后，给金融网络和个人信息安全带来了严重的威胁。DES和3DES算法属于对称私钥密码算法，被广泛应用于加密芯片的设计当中。抗差分能量攻击策略主要有掩码和隐藏两种，在DES和3DES加密芯片中注入防御策略是提高加密芯片安全性能的主要途径。\n 本文首先在研究DES和3DES算法结构的基础上，完成了DES和3DES轮复用结构和流水线结构的设计。第二步，在研究差分功耗攻击原理的基础上，通过Hspice功耗仿真和FPGA功耗采集两种途径对轮复用结构的DES和3DES进行了差分功耗攻击实验。第三步，在研究抗差分功耗攻击策略的基础上，在DES和3DES芯片设计中注入了掩码和干扰周期两种策略。最后，对引入防御策略的DES和3DES进行了差分功耗攻击实验，对DES和3DES防御攻击的性能进行了比较。本文的硬件设计主要包括使用Verilog HDL完成对DES和3DES算法的描述，并进行功能仿真验证和综合实现;使用FPGA攻击平台对引入防御策略的DES和3DES进行攻击测试，使用Matlab对测试数据进行分析。\n 通过实验分析证明，与同类型设计相比，该设计性能有所提高，可成功抵抗105数量级功耗迹的差分功耗攻击。与其它防御策略相比，该设计易于优化和改进，具有很好的理论研究和实用价值。

关键词： 机械改造   教学魔方   角度传感器   单片机   图形状态  

摘要： 随着魔方的发展，现在魔方不只是儿童的玩具，更是成为了体育竞技的一种方式。再加上多种更具有刺激性和挑战性的玩法，越来越多的人对魔方产生了新的关注。魔方的玩法有很多种。魔方的还原速度也是不断进步和被刷新。此次研究的教学魔方旨在给玩家提供一个更方便的渠道和工具，帮助初学者在更短的时间内学会魔方的复原方法。\n 在教学魔方的研究过程中，在下面几个方向上进行了研究。首先是将普通的魔方进行了机械改造并安装了电路元件，例如角度传感器，单片机，蓝牙，电池，使它要能够感知魔方各个面的颜色、各个面转动的角度和整个魔方的转动状态。其次需要有一个PC机上的魔方复原的求解程序，这个程序可以求解出将一个打乱的魔方进行复原的步骤。在研究中考虑到目前最流行的复原方法是CFOP，所以采用的CFOP复原方法，并在其基础上进行了一些步骤上的优化，达到减少复原步骤的目的。最后还要建立魔方和PC机上魔方复原求解程序之间的通信，也就是在魔方和PC机魔方复原求解程序之间建立无线通信关系，这样可以将魔方的当前状态信息通过无线通信传送给魔方复原求解程序，求解程序根据魔方的当前状态，求解出复原魔方的步骤，这样初学者就可以根据复原步骤将手中的魔方进行复原，在初学者将魔方恢复到魔方复原状态的转动过程中，PC机上的3D魔方图形也随着魔方的转动而转动，魔方和PC机上的3D魔方图形状态保持一致。初学者只要按照PC机魔方复原步骤进行分步的操作，最后学会魔方复原的方法。

关键词： 灭火弹   引爆控制系统   触发方式   温度传感器   硬件设计  

摘要： 火灾消防作为一个共性的难题已经越来越受到世界各国的重视，针对火灾扑救工作，灭火弹是一种有效的灭火设备，目前，世界各国在该领域加大投入并研制出一系列相关产品。本课题研究一种基于C8051F310单片机的灭火弹智能引爆控制系统，灭火弹通过迫击炮发射，进入火场后探测温度信息、红外信息和烟雾信息等情况，智能起爆灭火弹，实现灭火剂在火场上空弥散，达到较好的灭火效果。\n 本文介绍了国内外灭火弹的发展现状，针对灭火弹触发方式上存在的问题，提出了灭火弹智能起爆控制系统的总体方案设计。系统分三大功能模块进行设计研究，首先，完成了火场信息探测模块的设计，通过温度传感器、火焰传感器和烟雾传感器的合理选择，并对其分别进行外围器件的搭建，构成系统前端信息探测模块；其次，选用C8051F310单片机作为信息采集模块的核心元件，使用单片机内置的AD转换器对前端探测到的三路模拟信号进行采集处理，对此模块进行了硬件与软件设计；最后，选用可控硅作为执行级开关，通过外围器件的搭建完成了执行级模块的硬件设计，根据执行级电路触发的机理完成了软件设计。基于以上模块，完成了系统整体硬件电路设计，对起爆控制系统进行了模块调试试验和系统总体静态调试试验，并对各试验采集到的数据和试验现象进行了分析。

关键词： 矿产勘测   数据采集系统   数字深层地震仪   电路芯片   硬件设计  

摘要： 首先，本论文根据国家对矿产勘测领域的支持以及需求，并结合国内外地震仪产品以及我国实际应用的现状，阐述了地震仪产品开发研究的必要性。\n 其次，本论文以数据采集系统的原理和现有地震仪产品的架构为理论基础，讲述了整个地震仪产品的实现过程，包括芯片的选型、硬件设计、数据处理的设计到最后的应用软件的开发，然后根据厂家的技术要求设计了地震仪的总体结构。由于地震仪产品应用的目的是为了获得高精度的测量数据，因此误差是我们在开发设计过程中必须要关注的重点，也是难点。误差主要是受三个方面的影响，一是传感器的特性，因为获取初始数据的准确性是我们控制误差的最基本的出发点;二是整个电路系统的布线问题，要尽量减少各个芯片之间的干扰。三是AD转换器的分辨率，这直接影响到了数据转换之后的精度，分辨率越高，转换精度就越高，数据就越准确。本文的主要工作包括实现整个产品的软硬件开发和基于整个电路系统的误差控制。在误差控制方面，因为传感器本身的特性我们没有办法控制，所以我们主要考虑的是电路系统的布线和提高AD的转换精度方面。其中的布线问题需要考虑到电源、地线等多点的处理;而在提高AD转换精度方面我们采用了4倍采样频率的采样并结合平均的方法，有效的减小了噪声，提高了转换数据的精度。\n 最后通过我们对地震仪产品进行的测试表明，该地震仪产品满足了厂家对其技术指标的要求，包括采集时间、工作方式、传输方式、数据存储方式、对误差的控制等等。同时，它充分利用了各个元器件的资源，减少了浪费，做到了低成本开发。该地震仪最终也能够达到实际应用的效果。

关键词： 传感器节点   水环境监测   软硬件设计   定位技术   数据采集   无线传感器网络  

摘要： 地球上水域辽阔、水资源丰富，是未来人类生存和实现可持续发展的重要基石，然而由于水环境较为恶劣，通常人迹罕至，给水环境监测及水资源的勘探和利用造成了极大的障碍，因此需要通过技术手段实现水环境的自动监测和数据采集。随着机械、微电子、嵌入式等技术的发展，无线传感器节点的出现给该问题的解决带来了契机。\n 本论文对水面传感器节点进行了研究，设计了基于CC2430芯片的水面传感器节点及其相应软件。主要研究内容及工作成果如下:\n (1)研究并设计了水面传感器节点的总体结构，具体包括四个基本模块:传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块，并约定了各模块之间的协同关系;\n (2)节点软件设计包括通信协议的设计、信号采集和处理等内容，设计并实现了水面传感器节点的软件系统，该系统包括操作系统层、系统服务层、应用层。\n (3)在分析各无线传感器网络定位技术的基础上，结合水面传感器节点的特点，提出了一种适用于水面传感器网络的定位系统，该系统操作简易可行，可以获得较为精确的节点坐标。\n (4)基于所设计的水面传感器节点软硬件，实现了多节点组网通信，并进行了相应的功能测试和性能测试，测试结果表明该节点具有较为完整的功能和良好的性能。

关键词： 汽车真空助力器   性能检测   制动辅助功能   硬件设计   工控机   软件开发  

摘要： 随着汽车工业的快速发展和汽车保有量的增加，降低道路交通事故的发生率显得尤为重要，国家对汽车整体和零部件的性能要求越来越多，特别是对汽车制动系统各个零部件性能的要求越来越严格，并出台专门的检测标准对各个零部件进行检测。\n 本课题研究带有制动辅助(Brake Assist，BA)功能汽车真空助力器性能检测装置，检测的内容不仅包括国家规定的检测项目，也包括对其BA功能的针对性检测。在对助力器工作原理分析的基础上，设计的检测项目包括:助力器三项密封性能检测、空行程检测和输入-输出特性曲线等。真空助力器性能检测的基础是密封性能检测和空行程检测，通过正常制动和紧急制动两种情况下不同输入-输出特性曲线的对比，根据设定参数G60％和GF60％的检测，对其BA功能进行判断。\n 在对试验台所需检测项目详细分析的基础上，根据试验条件和企业的生产需要对整个试验台进行设计。试验台的整体设计包括以下三部分:硬件部分、控制部分和软件部分。\n 试验台硬件部分的设计是基础，通过对试验台的整体分析，选择上下结构的立式试验台，依靠控制柜和铝型材搭建试验台的外部轮廓，上部为试验台的负载装置，下部为加载装置。负载装置的设计采用气缸、直线导轨和弹簧等结构，利用其来模拟真正的负载作用。加载装置的设计采用加载拉杆和推杆等把电机的力传递到试件，模拟真空助力器受到的踏板力作用。\n 试验台控制部分是整个试验台的操作中心，控制部分的核心是工控机，利用传感器和接近开关等把模拟量信号或数字量信号输入，利用数据采集卡把数据转化为数据量，并传递到计算机内进行存储和运算，最后通过数据采集卡输出数字量信号和脉冲输出，控制电磁阀和电机作用。\n 试验台软件部分设计是控制的核心，通过编制系统的程序，来控制整个系统，进而完成设计的各种检测项目。软件部分采用Delphi作为试验台的编程语言，其有以下优点:具有可视化窗口继承、强大的组件、具有较多的开发工具和具有Object Pascal语言所具有的优点。