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关键词： 双向直流变换器   双有源桥   零点钳位   移相控制法   可变占空比控制法   硬件设计   软件设计   FPGA  

摘要： 本论文首先对双向直流变换器的分类、研究现状以及发展趋势等进行了学习和研究,其中重点学习了桥式结构。继而研究了基于双有源桥(Dual Active Bridge, DAB)结构的带有零点钳位半桥-全桥拓扑结构。其次,本论文在传统的移相控制法的基础上提出了可变占空比控制法,通过理论分析和静态运行仿真得出该方法可以拓宽变换器的软开关范围。静态仿真包括了正向以及反向传输。接着,本论文还提出了一种25kW,1200V-400V桥式双向直流变换器的硬件、软件设计方案。硬件设计包括了器件选择、关键电路的原理、散热器的设计以及变换器整体三维模型仿真。通过选择合理的器件以及对变换器各部分的精心布局,使得整体体积较小,达到了较高的功率密度。软件设计基于FPGA平台,以移相法为例给出了各个模块的设计思路以及验证波形。软件部分包括PI控制模块,采样模块,信号调制模块以及故障监测模块。其中对PI控制器进行了闭环仿真,通过观察响应曲线确定控制器参数。

关键词： 硬件设计   Zigbee   FPGA   语音编码   数字无线通信  

摘要： ZigBee技术是一种低成本、低功耗、低速率的短距离数字化无线通信技术，在工业控制、智能家居等方面得到了广泛的应用。但是ZigBee技术作为一种低速率的无线通信技术在设计之初并未考虑用作语音通信。本系统基于ZigBee技术，建立了ZigBee技术的语音通信系统模型，设计了一套数字化无线语音通信硬件平台。 首先，对数字化通信的发展、系统结构模型以及性能指标进行研究，通过分析比较几种常见的短距离无线通信技术，选择了合适本课题的Zigbee技术，为整个硬件平台的搭建提供了基础。 随后，结合Zigbee技术，确定了本系统的技术指标参数;在数字化无线通信系统的模型的基础上，建立了ZigBee技术的语音通信系统模型，并细化设计出本系统的结构。 根据本语音通信系统模型及结构，设计并实现了基于微控制器的通信平台。该平台包括射频板和基带处理板两个模块，射频板负责节点之间的射频语音交互;基带处理板负责模拟信号与基带数字信号的转换、数字信号的压缩编码，而两个模块之间通过SPI接口通信。通过芯片分析与选型，电路设计，系统接口设计，PCB制作与调试，实现了该平台点到点的通信。 另外，尝试通过FPGA实现语音压缩芯片AMBE2000中的多带激励编码，以此代替该语音压缩芯片，进一步降低成本，构建了基于FPGA的通信平台。通过对MBE编码的算法研究， Matlab的仿真实验，用硬件描述语言初步实现了MBE的编码部分功能。 最后，对基于微控制器和基于FPGA的通信平台均进行了测试，对微控制器平台的测试主要有芯片的正常工作测试、芯片间的接口信号测试、整机联调以及工作测试;对FPGA平台的测试主要是MBE编码的各模块单独系统仿真测试。实验测试成功的证明了使用合理的基带处理技术利用ZigBee网络实现语音通信的可行性。

关键词： 汽车电子   MC9S12XE单片机   自动化硬件设计  

摘要： 随着汽车工业的迅猛发展，汽车电子已经成为汽车产品的核心竞争力之一。从最早的车灯、电动雨刷，到现在的ABS（刹车防抱死系统）、PKE（被动无线钥匙）、自动泊车系统、ESP（车身稳定系统）、防夹车窗、按摩座椅等，汽车电子产品已经不仅满足乘车者的基本需求，而是向着安全、舒适、个性的方向发展。各个厂商也纷纷将汽车电子产品作为产品定位的最主要依据之一。可以说，在物理化学领域没有重大发展之前，汽车电子的发展决定了汽车的未来。汽车车身电子是目前汽车电子行业发展比较成熟的一个领域，也是目前消费者感受最直观的汽车电子系统。 汽车电子产品不仅工作环境非常恶劣、工况复杂，还要面对很多人为失误的破坏，使得产品对于可靠性和错误保护的要求很高。因此汽车行业建立了众多技术标准，以保证汽车的安全性和可靠性。针对这些标准的电路需要硬件工程师用丰富的经验和大量的时间，经过大量的试验来设计，其设计成本居高不下。另外汽车产品的元器件都必须经过汽车级认证，通过一系列苛刻的试验，建立完善的科研和生产管理流程。再加上汽车功能的独特性，使得很多芯片厂商为汽车电子设计了品种丰富的芯片以供选择。因此汽车电子不同于消费类电子和工业类电子，需要更有针对性的平台化设计软件。 本文旨在介绍一种汽车电子行业的硬件自动化设计软件，主要用于车身控制系统的原理图设计。工程师只要根据输入输出信息，明确系统需求，就可以自动生成合理的电路原理图，在产品初期报价和设计的过程中，为硬件工程师节约大量时间，降低出错的风险。本课题不同于以往的其他同类软件，其他同类软件是通过例如遗传算法寻找合适的元器件组成特定功能的模拟电路，而本课题则是根据现有的典型电路，进行合理的搭配，满足功能和性能需求。本软件根据汽车电子的特点和元器件的特殊要求，将自动化硬件设计向更为专业化的方向进一步尝试，不仅能够实现原理图的自动连线，还能根据输入输出负载要求，以满足功能为首要目标，兼顾成本优化，从众多类似的元器件中，选择合适的元器件和拓扑。

关键词： 控制器   模拟量   车门控制系统  

摘要： 车门控制系统可分为中央、左前门、右前门、左后门、右后门、后备箱六个控制器单元.由于左前门控制器与其他单元相比,其输入输出量最多,所包含的类型也最全,因此可以以左前门控制器单元为基础设计硬件,通过编制不同的软件实现在同一个硬件平台上完成不同的控制功能,这样可以在有限的时间内,完成系统硬件的设计,并可以减少设计成本.

关键词： 牵引变电所   数据采集   硬件设计   复式录波   OMAP-L137  

摘要： 随着我国客运专线建设规模的扩大和铁路运营速度的不断提升,牵引供电系统的安全性和可靠性愈显重要。目前,牵引供电系统尚无专门的综合故障录波系统,数据的记录只能依靠微机保护装置和安全监控与综合自动化系统所具有的有限的故障录波功能。由于牵引供电系统自身的特点,加之运行环境恶劣,故障时有发生,并且故障原因呈现多样化。为便于故障原因分析、消除安全隐患,需要研制牵引供电系统专用的故障录波系统,以满足现代牵引供电系统对事故判断、分析、处理所提出的更高要求。 针对传统录波方式存在的不足,本文在对牵引供电系统结构和运行规律研究的基础上,借鉴电力系统故障录波分析系统成熟的技术、运行经验,以一座客运专线典型牵引变电所为对象,将基于时钟同步的分层分布式结构应用于综合信息采集系统。在变电站层设置录波信息采集装置和现场分析站,在远动调度中心设置数据库服务器和数据查询与分析工作站。其中,录波信息采集装置是整个信息采集系统的核心和基础,作为系统下位机,可分布于牵引变电所、分区所或开关站,主要完成当地实时数据的同步采集、录波判据的启动、网络通信等功能。而现场分析站作为系统上位机,与录波信息采集装置配套安装于牵引变电所或分区所内,主要负责完成实时数据收集和监控、海量数据存储、定值管理以及录波文件的就地分析和打印等功能。 为满足信息采集装置对数据处理与传输实时性、高效性的要求,清晰地记录下牵引变电所稳态运行和故障发生前后较长时间内的详细故障数据,装置硬件平台采用DSP+ARM双CPU架构的嵌入式系统,核心处理器选用OMAP-L137芯片。针对变电所内部非电量保护误动频繁的问题,尝试采用重点开关量信息模拟量化采集的新方法并给出具体解决方案。在此基础上,依次给出录波/管理插件、直流量/非电量采集插件、交流量采集插件、普通开关量采集插件详细的电路原理图设计。 最后,鉴于牵引供电系统的特殊性,为便于实现故障录波数据高层次的系统分析与应用,以及今后在线监测及故障预警系统的建设,本文结合已有的研究成果和录波方法,系统设计采用基于异地同步触发录波技术的复式录波模式,不仅能及时同步地捕捉到全系统各个观测点的实际运行状况和相关信息,而且能根据系统的运行状态调整采样速率,这样既能满足今后故障或非正常运行状态的复现,又能保证综合信息采集系统软硬件资源的有效合理利用。

关键词： 动态背光控制   算法   背光亮度提取   硬件架构   FPGA  

摘要： 如今，随着人们物质生活水平的逐步提高，我们对液晶电视提出了更高的要求-“更环保，更节能，更明亮，更轻薄”，为了满足液晶电视的降低功耗、提高对比度的需求，LED区域动态背光控制技术(localimming控制技术)已经成为液晶电视领域研究和应用的一种发展趋势。尤其是采用侧导光的区域动态背光控制技术因其可以减小背光模组的厚度而被广泛运用。 本文首先介绍了液晶电视领域的LED区域动态背光控制的背景，以及国内外的发展现状、本课题的研究意义、课题的来源和本论文的章节安排。然后在第二章介绍了区域动态背光控制的技术原理、动态背光控制的几种分类以及优缺点，并在此基础上确定了本文的设计思想-白光LED的侧导光的区域动态背光控制，这种控制方法简单来说就是在确定背光亮度值和补偿亮度值之后，分别用于SOC芯片中对LED背光单元的背光控制和对液晶面板的数据补偿提亮的操作。本文重点在第三章和第四章：研究动态背光控制技术的算法，并且在改进的算法基础上实现了动态背光控制模块的硬件架构。 整个动态背光控制算法灵活程度的关键在于背光驱动信号的决定算法是否有很好的适应性，因此动态背光亮度的提取算法是算法部分的设计重点，本文第三章，首先介绍和比较了常用的几种背光驱动信号的决定算法，包括最大值算法、平均值算法和平方根算法等，然后提出本文背光驱动信号算法的设计思想-基于暗景图像背光增强的背光驱动算法，这种算法最突出的优点在于可以减小算法运算的复杂程度，同时可以降低功耗并提升对比度，进而满足市场上对液晶电视的要求。除了介绍动态背光亮度的提取算法之外，本章还对RGB图像转换成灰度图像部分、背光图像的模拟部分做了算法方面的分析。 本文第四章在改进的动态背光控制算法的基础上，设计了整个动态背光控制的硬件架构，并分别对整个背光系统的各个子模块，主要包括接口模块、背光亮度的提取模块、背光图像模拟模块以及背光图像补偿模块这四个模块进行相关的硬件设计，同时用VerilogHDL硬件编程语言对各个模块进行了硬件描述与功能仿真并且进行相对应的FPGA的系统级的验证。验证的结果证明各个模块设计的电路仿真结果符合预期设想，满足设计的最初要求。 本文设计的背光系统经过适当改进之后，可以很好的应用在超薄液晶电视领域中，具有广阔的市场前景。

关键词： 数字可视对讲   快速以太网   Hi3512   H.264   ARM  

摘要： 数字可视对讲系统是科技发展和人们追求更美好生活的必然结果,也符合建设节约型社会的要求,是未来可视对讲产品的主流。 本文选择国产SoC微处理器Hi3512作为数字可视对讲系统的核心,它包含了ARM9内核、H.264硬件编解码器、数字视频输入输出接口、12S音频接口、MII网络接口、Flash接口和DDR2SDRAM接口,搭配相应接口的芯片或模块即可实现多媒体信息的采集、处理、传输和显示。 论文的主要内容包括： 第一,研究了数字可视对讲系统的网络采用快速以太网的优点和必要性,在分析快速以太网及其物理拓扑结构的基础上,结合可视对讲系统的设备种类及其安装位置,给出了单元楼和监控中心的树型网络结构,并将它们组合得到了整个小区的网络拓扑结构图。 第二,完成门口机和室内机电路原理图的设计工作,分析了Hi3512芯片对电源、复位和时钟的要求,并给出了相应的实现电路。接着给出了JTAG接口电路、NOR Flash芯片接口电路、DDR2SDRAM芯片接口电路、音频电路、摄像头模块、以太网接口电路、键盘与LCD以及室内机数字显示屏接口电路的设计过程。其中,重点研究了以上各种接口的规范、软件消除回声的方法,在讨论电源设计、麦克风信号放大电路、摄像头自动补光电路、键盘电路、按键识别方法时,给出了诸多的技术细节。 第三,重点研究了Hi3512管脚的扇出方法以及DDR2接口、Flash接口、以太网接口处高速信号的布线经验和注意事项。在上述研究基础上完成了一部分门口机和室内机PCB板的设计。

关键词： 单片机   漏电   电流  

摘要： 在本篇文章中我们将针对漏电保护器智能测试仪硬件设计这一问题展开论述。将PIC16F877型号的单片机设定为处理器,针对单片机内部的系统单元、试验电流生成以及调控单元、电流讯号的搜集单元、人机接口单元做出了简要的探讨,从而设计出符合漏电动作时长以及漏电动作电流精准程度检测标准的测试仪。

关键词： 模糊系统   量子粒子群算法   系统辨识   FPGA   硬件设计  

摘要： 从目前模糊系统的建模方法上来说，模糊系统的规则确定主要依赖于先验的专家知识，模糊系统自身并不具备获取知识的能力。而该问题从本质上来说是一个模糊系统参数寻找最优值的问题，因此将模糊系统与求解优化问题的相关算法相结合就能克服上述缺点。同时更为重要的是将算法应用到实际工程应用中时，算法的运算速率直接决定了该算法的性能。如果将算法直接用硬件来实现而不是采用软件的方法将能大大提高算法的运行速率。而且用硬件实现之后，算法的实现可以更加易于采用可并行性的设计方法。使算法的效率更大幅度地提升。 在对模糊系统建模方法以及群体智能算法进行深入研究之后，本论文提出基于群体智能的模糊系统构建方案。将群体智能算法与模糊系统结合之后，系统能通过自主学习从输入输出数据对中自动提取出模糊规则，而且提取出的模糊系统参数是经过优化的最优参数，可以使系统性能达到最优。群体智能的相关算法很多，这里选用的是粒子群算法的改进算法——量子粒子群算法来进行模糊系统建模。 在了解FPGA硬件编程的一般方法，模糊系统硬件实现中存在的技术难点并掌握常用的解决方案之后，根据模糊系统的硬件实现方法，提出了通过对输入输出数据对提前聚类，然后利用量子粒子群算法对数据进行学习，产生稳定的模糊系统的硬件实现方法。通过XILINX公司的集成ISE开发环境，利用XINLINX公司Spartan-3E系列XC3S400E型号FPGA芯片的功能特点设计硬件基本模块。设计的主要模块包括数据聚类模块、量子粒子群算法参数寻优模块以及模糊系统运算基本模块三个主要部分，并通过Verilog代码编程实现并仿真验证各个模块的功能。然后通过单输入单输出模糊系统模型、双输入单输出模糊系统模型以及混沌时间序列预测问题验证整个系统的性能。同时利用MATLAB软件实现该算法并用软件仿真，比较软硬件仿真数据表明，该系统在数据量较小时，因为系统初始化占用较多的时间，相比软件并没有太大的优势，但是当系统持续运行或解决大数据量问题时相比较软件而言有很大的时间优势。最后将程序转化成PROM文件下载到芯片板当中，测试水浴温度控制问题得到良好的控制结果。证实了对该系统进行硬件加速的可行性与必要性。文章最后还对未来的后续工作进行了展望。

关键词： 无线传感器   双频通信   双处理器   TinyOS系统   CC2430平台  

摘要： 无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSNs)由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一种多跳自组织的网络系统。WSNs能有效的通过各种功能的无线传感器终端采集前端实时数据，通过无线网络并以自组织的方式将实时数据发送回用户终端，实现对各种监测对象的远程的实时监控。从而实现物质世界与信息世界的交互。　　 WSNs的应用前景非常广阔，其广泛的应用于国防军事、环境监测、医疗卫生、交通管理，建筑物状态监控以及工业园区安全监测等领域。特别是对于恶劣环境的监控，更是与国家安全以及人民生活息息相关。但是由于恶劣环境下，环境的变化突然并且难以预测，所以为了反映这种变化，就需要在此环境下采集大量的数据。但是由于这种环境变化而导致通信条件的变化，导致对于数据的传送造成了极大的负面影响，导致传感器无法及时获取现场信息，或者无法保证数据传送，信息的可生存性在这种无人照顾的环境下下降。　　 本文针对恶劣环境下无线传感器节点所面对的大数据量接收和发送这一课题，提出一种基于双处理器双频通信的无线传感器节点设计方案。通过将数据采集及节点间相互通信分配到功能相互独立的处理器，来提高系统对数据的处理能力。并提出一种基于不同频段切换的通讯方案，在普通环境下使用2.4GHz高频低能耗频段，而在特定环境下切换至适应能力强的433MHz频段以保证正常通信。　　 本文在深入分析了无线传感器网络节点各个模块性能要求和功能特点后，根据本文提出的无线传感器网络节点的设计方案，完成了整个节点的软硬件设计。硬件设计方面，设计了主处理器和从处理器的应用电路，无线收发电路，SHT11温湿度传感器电路。软件方面，将TinyOS系统移植到CC2430平台上，并在此平台上实现了主处理器和从处理器之间的调度算法，2.4GHz和433MHz两个通信频段的切换算法，以及组网的方案。　　 最后通仿真验证了本文设计节点较普通节点在恶劣环境中有更大的优势，可延长整个网络在恶劣环境中的生命周期，具有良好的应用前景。