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关键词： 微型机器人   路径规划   硬件设计   陀螺仪  

摘要： 本论文在分析了当前微型机器人的特点及其存在问题的基础上,深入研究了微型机器人并提出了一款新的微型机器人的设计。本论文的主要目的是自主研发设计一款小型化、低重心的微型机器人,并在自主研发的微型机器人实验平台上进行实际迷宫环境中的路径规划相关研究。 本论文设计的微型机器人是一个集环境感知、规划决策、自动行走于一体的综合系统。与多学科密切联系如：计算机科学、通信、电子、人工智能、控制理论等。因此,整个系统的设计需要综合考虑系统中用到的所有元素,只有设计规划好系统中的所有元素,才能更好地完成整个系统的设计。整个系统的设计包括硬件设计和软件设计两大部分。硬件设计又包括结构设计和电路设计,软件设计则包括各个组成模块的软件具体实现及路径规划的软件实现。 本论文的主要工作内容包括以下几点： 1.完成红外传感器的结构设计。微型机器人的红外传感器结构设计是要根据实际需要合理设计红外传感器的摆放位置和摆放角度,使其在实际应用过程中既能满足应用需求,也不会造成红外传感器互相之间的干扰;2.完成机械支架设计。机械支架的设计需要综合考虑整个微型机器人系统用到的零组件,包括电机、轮胎及PCB板。轮胎的设计也很重要,为了满足本论文小型化和低重心的设计原则,在设计过程中并未采用以前的微型机器人中已经存在的轮胎,而是通过改造四驱车的轮胎设计了一款小型轮胎。最后结合这些零组件的尺寸,用AutoCAD软件最终完成机械支架的设计。需要注意的是支架决定了轮胎传动齿轮与电机齿轮之间的距离,因此,支架尺寸的精确度要求很高;3.完成硬件电路的设计及PCB制作。这个设计过程是通过Protel软件完成的,首先完成各部分的电路原理图设计,最后完成PCB绘制和PCB板制作。在制作过程中需要注意PCB的尺寸和形状,要考虑电机的尺寸及红外传感器的结构以及电机支架的螺丝固定位置;4.完成用陀螺仪测量角度的应用。由于在微型机器人运行过程中需要一直记录其运行方向,但是微型机器人在遇到墙壁时需要转弯,因此需要控制微型机器人的转弯角度。虽然直接用电机控制可以实现角度的控制和测量,但是这无疑加大了电机控制的难度,因此,在本论文中考虑用MEMS传感器陀螺仪来实现角度的监测;5.基于设计完成的微型机器人实验平台,完成了红外传感器部分的软件设计和在实际迷宫环境中的路径规划算法设计。在学习了前人深度优先、广度优先等经典算法的基础上,本论文研究出一种带有“终点热区”的中心法则、向双起点法则的搜索法则和最优路径法则“泛洪算法”相结合的算法。实验结果表明该算法在搜索和最优路径算法上都取得了较好的效果。

关键词： 说课   电子计时秒表   理实一体化   硬件设计   程序设计  

摘要： 随着科技的发展,对技术型人才的培养模式也在悄然发生变化。《单片机原理与应用》是中职教育中的一门专业课,它对培养学生的动手和逻辑推理能力起着重要作用。为了适应社会的需要,结合中职生学习的实际情况和单片机的知识特点,在循序渐进教学理论的基础上,结合多年教学经历,提倡在制作电子计时秒表的教学中实行理实一体化教学模式。

关键词： FFP-TF   光纤光栅传感   解调   测试系统   FPGA  

摘要： 光纤光栅传感技术以其灵敏度高、抗干扰能力强、精度高和易复用组网等优点成为目前最具活力的传感技术之一。光纤光栅解调系统承载着波长检测的艰巨任务,直接影响着整体系统的精度、速度和容量等性能。基于可调谐光纤法布里-珀罗滤波器(Fiber Fabry Perot-Tunable Filter,FFP-TF)的光纤光栅解调系统拥有波长分辨率高、稳定性好、易于复用等优点,是最实用、最广泛的光纤光栅解调方案,已在桥梁建筑、石油化工、电力系统等各大工程领域有着广泛的工程应用。针对目前光纤光栅传感系统的大容量、高精度、高速度、低成本等要求,基于FFP-TF的光纤光栅解调系统仍有许多需要改进。FFP-TF作为光纤光栅解调系统中可调谐窄带滤波器,是影响光纤光栅解调系统性能的关键器件。于是,迫切需要建立一套高效、实用的FFP-TF光纤光栅解调性能测试系统,寻求FFP-TF在光纤光栅解调中的最佳参数,预估光纤光栅解调仪表的检测精度,提供故障诊断平台。目前对于FFP-TF的光纤光栅解调性能的测试方案很少有报道。 本文旨在建立一套FFP-TF光纤光栅解调性能测试系统,推动光纤光栅传感事业的发展。通过介绍光纤光栅传感技术的国内外发展现状和应用状况,以及解调方案和复用模式,突出了光纤光栅传感的重要性;通过论述光纤光栅传感技术和FFP-TF的基本原理,构造出了基于FFP-TF的两种基本解调方案,分析了FFP-TF的解调理论,抽象出了FFP-TF的光纤光栅解调参数;通过提出FFP-TF测试系统的基本测试参数和指标,构造出了FFP-TF测试系统的整体架构,将系统架构规划为光路平台、硬件平台和上位机软件平台三个部分;根据硬件系统功能和需求分析,完成基于FPGA的系统硬件设计,将硬件系统分为了光器件驱动模块、数据采集模块、通讯模块和FPGA系统模块4个部分;根据各模块的功能目标,分别设计了硬件系统各个模块电路;按照基本调试步骤,完成了系统硬件调试工作;然后,结合上位机软件系统,对一只FFP-TF进行了测试,在软件界面中能清晰的看到FFP-TF透射脉冲在时间上分布情况,能通过不同的按钮对FFP-TF的各参数进行实时调节控制,并且对实验数据进行了分析;最后,分析总结了整体系统设计工作,提出了系统设计不足之处,对下一步工作进行了展望。

关键词： 多输入多输出(MIMO)   正交频分线性调频   正交二相编码   波形产生  

摘要： 在MIMO雷达概念提出后，国内外多家研究机构都对MIMO雷达各方面性能展开研究，其中MIMO雷达正交波形的设计和优化已成为MIMO雷达的重要研究课题。目前国内外对于MIMO雷达正交波形的设计准则、设计方法和处理方面已经取得大量理论成果。本课题的目的是实现正交频分线性调频（OFDM-LFM）和正交二相编码波形的硬件产生。 首先，本文在介绍正交频分线性调频（OFDM-LFM）和正交二相编码波形的频域和时域特点的基础上，分析了产生OFDM-LFM和正交二相编码波形的原理。本文介绍了一种正交波形产生系统方案，该方案设计了由上位机控制界面和MIMO雷达正交波形产生板组成的MIMO雷达正交波形产生系统。 其次，本文介绍了正交波形产生硬件电路的设计方案、硬件各模块主要器件选型和原理图设计。该方案采用FPGA作为控制器，采用直接数字频率合成芯片AD9910合成波形。 然后，本文介绍了FPGA程序和控制界面程序的设计方案。本课题通过在FPGA上移植MC8051IP核构建片上系统，负责AD9910寄存器配置、串口通信和数据处理等功能。本文对LFM波形产生的方法进行了说明，设计了FPGA控制AD9910产生OFDM-LFM脉冲的控制逻辑。本文对二相编码波形产生的方法进行了说明，设计了FPGA控制AD9910产生正交二相编码波形的控制逻辑。对控制界面的具体功能和操作步骤进行了说明。 最后，完成了系统的软硬件调试，对波形产生板产生的单频、线性调频和二相编码波形时域或频域性能进行测试并做相关记录，验证了方案的正确性和可行性。

关键词： 网络测量探针   N-Probe   NetMagic  

摘要： NetMagic是面向网络技术创新实验和教学设计的一种可编程交换平台。研究者可根据研究需要，通过对NetMagic平台内部的FPGA编程定制相关实验。为降低硬件开发复杂性，NetMagic定义了UM（User Module）规范。研究者只需根据UM规范定义的接口实现与自己实验相关的硬件逻辑，而报文的收发、存储器接口访问控制和管理报文解析等工作都可以直接重用已经预先设计并经过严格测试的现有代码。 网络测量是互联网技术研究的核心内容之一。为了有效支持网络测量中的数据捕获、过滤等功能，我们对基于NetMagic的网络测量探针实现技术进行研究，并基于NetMagic平台的UM规范，设计实现了网络测量探针N-Probe（NetMagic-Probe）。本文的主要工作和创新包括： （1）针对网络测量对网络探针的需求，提出了基于NetMagic的网络测量探针N-Probe实现方案，包括基于UM的N-Probe硬件实现总体方案、基于规则的流量过滤方案、控制软件实现方案和应用接口设计方案等。 （2）在NetMagic平台上实现了N-Probe测量探针，给出了UM内部各模块的详细设计，包括数据结构、关键状态机设计和接口的波形设计等。对规则查表中支持规则的数目、查表性能和资源利用率等问题进行了深入分析。 （3）基于已实现的N-Probe探针，实现了流媒体传输质量检测的原型演示环境，通过对特定视频流的捕获和分析，可实现对流媒体传输质量的指标MD（IMediaDelivery Index）进行计算和分析。论文还对N-Probe的其他应用场景进行了分析。 综上所述，本文基于NetMagic的UM硬件开发模型，设计实现了网络测量探针N-Probe。N-Probe不但能够提供基于规则的数据捕获和分析，还支持多种网络实验场景，对推动NetMagic在网络创新实验的应用具有重要意义。

关键词： 快速傅里叶变换   SSE指令集   并行流水线结构  

摘要： 快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT）是数字信号处理中的重要工具，它是将时域信号变换到频域信号的处理。FFT算法作为数字信号处理中的核心算法，在频谱分析、匹配滤波、数字通信、图像处理中有着重要的应用。本文作为医用CT机锥束三维成像的计算机软硬件系统的一部分，研究了成像系统中的快速傅里叶变换算法。它作为成像算法的的关键步骤，制约着整个系统的实时性，因此设计和实现高效的FFT算法对医用CT机系统性能的提升有着重要的意义。文中对FFT算法的进行了研究，设计并实现了高性能的软硬件结构，研究的主要内容包括以下部分： 文中深入的分析了各类FFT算法和FFT处理器的硬件结构，在FFT算法的软件实现上，针对传统混合基计算FFT算法的不足，结合了SSE指令集的特点对其进行了改善，使其适合SIMD（Single Instruction Multiple Data）结构，有效减少了FFT算法的运算时间。在硬件结构的实现上，结合FFT算法流程的特点，设计了并行运算单元和流水线相结合的FFT IP核的硬件结构，并根据结构的需求设计了五种不同类型的处理单元，对处理单元中的复数乘法器以及旋转因子的对称性进行了优化。 本文设计的FFT IP核在Xilinx公司的Virtex-5系列XC5VLX50T FPGA上进行实现，对于1024点FFT IP核系统，最高工作频率可以达到319MHz，总的计算时间为3.329μs，满足高速实时的要求，为医用CT机锥束三维成像的计算机软硬件系统的实现提供了良好条件，并且在计算速度和资源消耗上都有一定的优势，具备很好的应用前景。

关键词： 矢量水听器阵列   数据采集   FPGA   FFT  

摘要： 本论文基于某矢量阵声纳系统，该矢量阵声纳系统采用被动原理，利用目标航行产生的噪声实现对目标的探测。系统包括矢量水听器阵列、信号调理机、数据采集及预处理系统、高速数据传输控制系统、数据存储系统、数据处理系统和PC机七部分。本文主要完成其中数据采集及预处理系统的设计及调试。 数据采集及预处理系统要实现两个功能：一，对64路目标信号实现采集;二，对采集到的数据进行前端预处理。本系统采用由8片ADS1178采样芯片构成的采样电路实现对64路目标信号的采集，采样电路在FPGA的控制下工作，并在FPGA中对采样得到的数据进行打包缓存。因为各个矢量水听器的通道由于制造工艺差别等因素的影响对不同频率处的信号灵敏度不同，同时各个通道之间在不同频率处的正交偏差也不相同，所以要对采集到的数据在不同频率上进行相应的灵敏度和正交偏差补偿。进行补偿首先要完成数据时域到频域的变换，本系统通过在FPGA中对采集得到的数据实现FFT处理以完成数据从时域到频域的变换。 本文首先阐述了数据采集及预处理系统硬件电路设计思想，对采样电路、FPGA及其配置功能电路、以太网电路、电源模块电路以及CPCI接口电路的具体设计进行了介绍;然后阐述了FPGA中AD采样模块以及采样数据预处理模块的设计思路，并对AD采样模块，采样数据预处理模块包含的数据写入控制模块、乒乓缓存模块、数据读出控制模块以及数据FFT处理模块的具体实现方式进行了介绍;最后，通过相应的电路测试以及对数据仿真处理结果的分析，验证了该系统能够正确的实现数据采集以及预处理功能。

关键词： 软硬件   硬件设计   千兆   流媒体   转发性能   股份   监控平台   一体机   硬盘   液晶显示屏   热镀锌钢板   运行状态   运行情况   硬件模块   系统时间   网络状态   外观设计   前面板   连接方式   快速安装  

摘要： 1有别于传统存储产品,DH-DSS7016-D的外观设计相对独特,尤其是前面板设有液晶显示屏,可显示系统时间、网络状态及平台运行状态等信息,让用户在第一时间直观了解设备运行情况.可看到该机设置了1 6个SATA硬盘插槽,每个最大支持3T容量接入,采用自主专利的抽拉式硬盘架,可快速安装和卸下硬盘;机身采用1.2mm加厚热镀锌钢板,结合高精度铝合金属滑道,坚固耐用;后面板采用模块化硬件设计,通过背板做主要通道,将前端硬盘、后端主板和电源采用接插件方式连接,相较于线缆连接方式,更加安全可靠,同时又便于各硬件模块的更换与维护.

关键词： 单片机   波发生器   数模转换   频率   幅值  

摘要： 本设计是基于单片机AT89S52和DAC0832数模转换器组成的波形发生器.正弦波,三角波,方波的产生是通过单片机编程实现.通过按键选择波形的输出以及控制波形的频率和幅值输出,同时采用液晶LCD1602实时显示波形频率和幅值.输出电压幅值范围为0-5V.以单片机核心控制电路,键盘电路,数模转换电路,液晶显示电路,倍频电路等来实现波形发生器的设计.

关键词： 铁道巡检   硬件设计   ARM11   S3C6410  

摘要： 铁道运输是综合交通运输体系中举足轻重的组成部分。自改革开放以来，高速公路、民航等行业取得了快速的发展，技术装备水平逐步追赶并接近世界先进水平，然而，随着列车运行速度日益加快，线路状况日趋复杂，密度逐渐增加，铁路在提供便利的同时，也暴露出许多安全隐患和薄弱环节，许多技术装备已无法满足铁路提速及重载的要求，不能适应未来铁路发展的趋势。作为与人民大众息息相关的重要交通运输工具，如何确保铁路的安全可靠运行成为民生关注的重点课题。 本课题开发的铁道巡检手持终端，利用嵌入式系统的实时响应特点，并采用无线射频技术，能够准确及时的获取巡检工务段的信息，结合GPS和GSM通信技术，及时传递实时实地采集的数据，便于做出最快速的决策，能够最大限度上减少经济上的损失，节约人力和物力;同时，完善对铁路巡检人员的管理，更科学的考核巡检人员的工作业绩，提高管理效率，保障辖区内线路安全，做到问题线路及时报警和修复，进一步提高铁路巡检工作的规范化及科学管理水平，为提升铁道安全巡检机制提供了一个可行性手段。本文的主要工作如下： 1、对铁道巡检手持终端的组成及其平台进行了总体分析，提出了硬件平台的总体设计方案。 2、详细设计出铁道巡检手持终端的硬件原理图。 3、详细给出整个硬件系统的PCB图设计，包括PCB内器件布局、走线。 4、对PCB板进行完整的焊接与测试，确保硬件的每个功能模块都能完整稳定的实现其功能。 5、配合软件开发人员完成整个设备的开发与调试工作。 6、配合项目验收，并通过信息产业部广州移动通信产品质量监督检验中心的产品测试。 经过硬件测试表明，本文所设计的铁道巡检手持终端各功能模块与接口工作正常且性能稳定，满足设计要求。