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关键词： 无线振动传感器   硬件设计   特征提取   处理器  

摘要： 随着工业自动化技术的发展，人们对机械设备运行的稳定性要求越来越高，无线振动传感器作为机械设备预测性维护的重要分析工具，因其体积小，安装方便等优点受到越来越多的人的重视，然而预测性维护工作要求分析更高频段的微弱信号，因此对振动传感器有了更高的要求，但是目前机械设备监测应用中常用的无线振动传感器的频率响应范围较低、续航时间短、功能单一，限制了其在机械设备预测性维护领域的应用。　　本文分析了常用无线振动传感器设计缺陷后，结合振动分析技术，针对传统无线振动传感器频率响应范围低，续航时间短、功能单一等缺点，提出一种基于Arm Cortex-M4处理器的高频响无线振动传感器设计，本文主要的工作和成果归纳如下：　　（1）基于分体式机械结构并兼容IEPE传感器接口的无线振动传感器设计：通过对硬件系统需求分析，面对机械设备预测性维护要求振动信号频率高，信号强度低的特点，自主设计了高频响低功耗无线振动传感器，包含振动探头设计、信号采集链路设计和电源系统设计。　　（2）基于内存和计算能力有限的低功耗处理器芯片的振动特征提取算法优化：通过对传统特征提取算法分析，利用降低运算点数，复用中间变量等方法降低运算量，使内存和计算能力有限的处理器能够完成相对复杂的特征提取算法。从理论分析出发，结合数据验证，最终实现了大量振动数据的特征提取。　　（3）无线振动传感器对比实验：根据前边设计的无线振动传感器和振动信号特征提取算法设计对比实验。通过与传统无线振动传感器和标准振动传感器在对拖电机试验台上对比测试，可以证明本文设计的无线振动传感器与传统无线振动传感器相比明显提高了谐振频率。与传统特征提取算法相比，优化后的特征提取算法相较于传统算法效率有了大幅提高。

关键词： 大气辐射   整层大气透过率   二维直驱跟踪转台   硬件设计   软件开发   数据分析  

摘要： 辐射在大气中传输时，大气分子和气溶胶粒子对辐射会产生一定的吸收与散射，导致辐射到达地面后存在一定程度的衰减，衰减的程度被称为整层大气透过率。直接测量整层大气透过率往往利用太阳或恒星作为辐射源，在跟踪装置上搭载信号探测器探测地面的辐射信号，通过定标得到整层大气透过率数值。由于实验室上一代整层大气透过率测量仪所用的跟踪装置在实际应用中存在一些问题，如无法自动切换跟踪目标、容易丢失跟踪目标、转台高低温工作受限制等，本文研制了一款新型的二维直驱跟踪转台，克服传统转台的上述缺点，本文工作重点在于测控电路的硬件平台搭建、软件代码编写及数据分析。　　直流力矩电机具有低速性能好、扭矩大并可直接驱动负载等优点，采用力矩电机和圆光栅绝对编码器作为伺服部件，研制了一套二维直驱跟踪转台。转台具有夜间长期跟踪目标恒星并自动换星功能，转台跟星误差在1′以内，结合搭载其上的由望远镜、滤轮、CCD相机等组成的图像采集系统搭建了整层大气透过率测量实验平台。系统采用主-从式控制方式，下位机跟星转台主控系统采用装载Linux的Cortex-A7控制板作为控制核心，基于CAN总线实现对水平、俯仰伺服驱动器的闭环控制驱动二维转台，结合自研的星图数据库实现了二维直驱转台的自动跟星与换星功能;上位机PC根据采集的图像向下位机反馈转台位置偏差;上位机PC与下位机主控系统通过TCP通信进行协同工作，实现整层大气透过率测量的完整功能。　　开展了夜间转台跟星功能验证试验，二维转台能够自动稳定跟星和换星，在此前提下开展整层大气透过率测量试验，并将测量数据与同时同地激光雷达试验数据进行比较分析。结果表明:二维直驱跟星转台能够实现夜晚长期稳定跟踪目标恒星并自动换星，根据图像采集单元采集的图像能够可靠的反演出夜间整层大气透过率。本系统测量结果与激光雷达相比相对误差小于16％，满足测量试验的功能需求，验证了所研制的二维直驱转台的跟踪精度和跟踪能力。

关键词： 目标回波模拟器   FZ3A   数据采集   数据发射  

摘要： 世界各国在海洋领域的竞争更加激烈,智能化的海洋军事装备相继涌现,被动声纳在反潜探测领域显得更加困难,多平台声纳协同工作成为热门的水声研究方向。本文设计了一款能辅助主动发射系统模拟目标回波信号的硬件平台,该水声信号硬件平台不同于一般的模拟装置,能为操作者提供可视化的界面、8阵元接收不同方向主动信号解算精准的时延和幅度,可以实时读取分析32路原始数据,灵活方便地改变发射参数以适应不同试验环境的需求。本文选用FZ3A开发板,其兼具FPGA与ARM两部分功能,能大大提高系统性能,DSP选用TMS320C6678作为信号处理器,由上位机显控观察实时处理结果,以此设计了32通道水下目标回波模拟硬件平台。硬件部分由信号采集和信号发射组成,通过模拟接收机对水下声信号放大、滤波、隔离等,信号采集模块完成了对模拟信号的16位量化转换成数字信号进行后续的解算处理,信号发射模块根据反馈参数调整预存信号的幅度实现对回波的发射,各模块分工明确。软件部分则由FZ3A开发板内部的PL与PS两部分协同完成。在PL端分别将数据采集模块和数据发射模块封装成IP核,PS与自定义模块之间通过AXI总线互连,通过各个功能模块的逻辑程序设计、时序分析以及I/O管脚的约束来完成对数据的采集与发射。在Linux操作系统下PS端负责对原始数据的存储、工作状态的控制、设备的指令交互和数据的网络通信等。设计完成后进行实验室调试,验证了数据的采集、传输、存储、发射各部分功能均达到设计指标,与原始数据进行对比验证满足系统的设计需要。最后通过实验室联调、水池试验和湖上试验验证了系统平台的整体可行性、实时性和稳定性。本文设计的水下目标回波模拟硬件平台满足技术参数指标要求、功能稳定可靠、便于用户使用和维护。

关键词： VESA DSC   标准算法   解码器   视觉无损  

摘要： 随着视频分辨率的增加及硬件制作工艺的提升,消费者对于高分辨率显示屏幕的需求也在不断增长,目前主流的的2 K分辨率显示屏幕正在逐渐被4K或是8K分辨率显示屏幕取代。但是高分辨率显示屏幕传输时产生的接口数据量急剧增加,这对带宽资源产生极高的需求,因此使用较少的成本与资源来满足带宽需求变成显示屏幕厂商优先考虑的事情。VESA小组提出的DSC标准算法可以有效地解决带宽资源与数据传输之间的矛盾,它使用较低的硬件成本和较少的带宽消耗,有效缓解接口处数据传输压力并最终达到“视觉无损”的图像传输效果。本文基于VESA DSC 1.1标准算法,进行解码器的硬件设计及仿真验证工作。首先分析研究其整体架构及内部各个模块的编解码实现原理,其中包括四种预测算法、熵编码器、子流复用、速率调节等模块;依据解码器整体设计架构及技术指标,研究解码器内部模块的设计方案、接口信号及时序关系;使用Verilog HDL硬件描述语言进行RTL级代码的设计实现。本文设计的VESA DSC解码器支持恒定码率模式工作,即将输入数据量压缩为原本的三分之一;输入数据支持8比特或10比特两种模式;支持MMAP、BP、MPP及ICH四种预测重构模式;满足3pixels/clock的解码处理速率要求;输入图像为RGB格式或4:4:4的YCb Cr格式并最大支持2K分辨率。解码器内部设计采用流水线模式,在原始算法的基础上对内部模块的具体设计做出时序优化,不仅提升了数据处理速率也减小了硬件设计面积;在进行ICH模块的硬件设计时,针对其功耗大的缺点,本文提出全新方案进行改良设计,引入5比特信号进行数据标记,并利用该标记信号的移动取代原本32比特移位寄存器的移动,有效减少了因数据翻转带来的功耗。在对解码器进行仿真验证时,本文基于Verilog HDL语言及C语言搭建的解码器验证平台,使用vcs仿真工具进行模块内功能仿真验证,使用Verdi软件进行电路波形的查检;将解码器产生的输出数据打印成文本与c语言模型输出文本进行对比,使用大量验证用例进行功能仿真及文本对比后,验证结果表明电路功能正确。并且本文将解码前的原始图像与解码后的压缩图像进行对比,让读者可以通过肉眼看出VESA DSC标准算法具有的“视觉无损”效果。

关键词： 电阻层析成像   COMSOL仿真   缺陷检测   硬件设计   LabVIEW  

摘要： 近年来,在民用航空领域,复合材料的应用和相关研究也越来越广泛,但目前看来看,国内外主流飞机上应用最多的材料依然还是铝合金等金属材料,在这些金属结构的缺陷损伤检测方面,无损、快速、可靠已经成为新的要求,因此,各类检测技术在民用航空领域的应用及前景值得研究。随着近年来计算机技术和传感器技术的发展,电阻层析成像技术（Electrical Resistance Tomography,ERT）已经不仅仅在应用于工业多相流检测和医学成像等领域,也更大范围的开始在材料检测、结构损伤等多行业进行应用或者研究。本文在前人的研究基础上,将该技术应用于航空器金属构件的缺陷损伤检测方面的研究中,首先对ERT技术的原理和理论方法进行了学习研究,并设计了一套固定电极和被测样品的硬件装置。其次,并以Lab VIEW为平台,编写设计了测试用的程序软件,并基于COMSOL软件对被测场域的电场分布进行了仿真分析。之后,以MATLAB为平台实现图像重建,搭建了一套硬件和软件完备的ERT检测系统平台,并对整个系统进行了调试、验证等工作,完成了整个系统的设计开发工作。在实验阶段,基于此平台,简要探究了受力状态对检测结果的影响,同时对于该技术在航空器金属构件的缺陷损伤检测方面进行了研究,通过对实验结果进行分析可以发现,该系统能够完成设计要求和试验任务,ERT技术在民航领域材料的缺陷损伤检测上也具有较好的检测效果和应用前景,具备继续研究的价值。

关键词： 直升机   旋翼锥体   动平衡测量   硬件电路   功能验证  

摘要： 直升机旋翼锥体测量与动平衡调整在直升机的全生命周期内包括生产制造、使用维护、批产试飞等过程中具有非常重要的意义。由于直升机桨叶的可拆卸性,配套桨叶交付前、初装旋翼系统和桨叶更换复装后都需要对全机振动水平和动平衡情况进行测量和调整,以满足维护手册中对振动值和锥体动平衡的要求。直升机旋翼锥体动平衡的好坏直接关系到整机振动环境,影响飞行性能,关乎飞行安全,旋翼锥体测量一直是国内外相关学者的研究热点之一。本文对国内外直升机旋翼锥体动平衡测量方法进行了归纳和总结,通过比对不同测量方法之间的优缺点,确定了基于双目视觉原理的旋翼锥体动平衡测量系统的总体方案。依据总体方案完成了硬件系统的主要元器件选型,包括工业摄像机、单片机、频闪灯、转速传感器、同步信号发生器等,给出其技术指标和参数。根据总体方案搭建出系统整体硬件结构,完成了系统硬件电路设计,主要有转速信号调理电路、工业摄像机同步电路以及频闪灯驱动电路等,设计了PCB电路板并完成系统抗干扰设计测试,实现了测量系统的集成应用。本文完成了实物PCB板的制作和元器件焊接。通过短路判定、电压检测、模块化调试等方式对电路的工作结果进行检查,该系统实现了设计的硬件功能。对系统的软件功能部分做了一定探索,给出功能算法及流程图。通过动平衡实验装置的验证,该测量系统工作正常,通用性强,具备可移植性,可以根据不同机型工作环境和技术参数做出有针对性的调整方案,配合系统软件的开发和应用,该系统可以实现多场景多机型的通用测量。

关键词： 分布式光纤传感   BOTDA   硬件设计   泵浦激光器  

摘要： 基于BOTDA的分布式光纤传感系统具有结构简单、体积小、适应恶劣环境等特点,能够实现长距离、低成本、高精确度的温度和应变信息测量,具有很大的实际工程应用价值。本论文是国家自然科学基金项目《光纤布里渊传感器》工作的一部分,介绍了基于BOTDA的分布式光纤传感系统的原理,研究了泵浦脉冲光源的系统设计、原理图设计、PCB设计和硬件调试。论文在分析光纤中的布里渊散射和BOTDA系统原理的基础上,通过对整个光纤布里渊传感器的系统架构进行分析,确定了泵浦光源部分的硬件光学结构和硬件电路结构,进行了原理图和PCB布局布线的详细设计。论文重点阐述了光纤布里渊传感器泵浦光源部分的硬件设计,硬件由偏振控制器、高速光开关、EDFA、温度控制和光衰减器等模块组成,这些模块由MCU进行统一配置、监控和控制,论文围绕各个模块进行了详细的分析和论证,实现了较为合理的方案并进行了测试。最后对本文所做的工作和主要解决的问题进行总结,同时提出未来工作的研究重点。

关键词： 多目标优化   通信信息队列   运维监控系统   硬件设计   软件设计  

摘要： 为解决传统运维监控系统存在运行吞吐率低,造成无法及时恢复通信质量的问题,开展基于多目标优化的通信信息队列运维监控系统研究.通过上位机干扰器选型、加密IC卡选型等硬件设计和基于多目标优化提取信息队列通信传输参数、基于IP核设计通信信息队列运维接口信号、通信信息队列终端远程监管等软件设计,提出一种全新的运维监控系统.通过实验证明,新的系统能够有效提高吞吐率,实现对通信环境中信息队列稳定运行的监控和管理.

关键词： 自动紧急制动   毫米波雷达   软硬件设计   安全模型   控制策略  

摘要： 近年来,随着汽车行业的迅速发展,人们对汽车的需求也随之增加,人均的汽车保有量更是逐年增加。汽车在数量增加的同时,不可避免的引发了许多的交通事故。解决交通安全问题也逐渐成为整个汽车行业关注的重点。随着汽车行业智能化技术的发展以及相关政策的扶持,汽车主动安全技术得以迅速发展。在这样的大背景下,先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance System）,简称ADAS应运而生。自动紧急制动（AEB）系统作为最快落地的ADAS技术之一,AEB系统的研究也变得十分有现实意义。本论文围绕基于AEB的汽车自动制动系统硬件设计与系统控制算法进行研究,主要研究内容分为如下几个方面:首先,阐述AEB系统的研究背景和意义以及AEB系统国内外的研究现状。结合AEB系统的组成部分,说明其工作原理。第二,设计AEB系统的感知系统和决策系统。通过比较几种路况传感器,选择毫米波雷达作为感知系统的传感器,并阐述其工作原理。在决策系统中的设计一种目标障碍物的选择算法,同时在这个过程中实时监测最危险的目标障碍物是否存在丢失现象。第三,设计AEB系统的控制系统。对AEB系统的安全模型进行研究,设计并优化一种基于碰撞时间的安全模型。在控制策略部分加入AEB-Prefill,设计一种针对制动减速度实时调整的控制策略,并对TTC阈值、制动减速度、最终车间距离等关键参数进行分析。第四,针对控制算法的需求,进行AEB系统的硬件电路设计和底层软件编写,完成AEB系统的控制器设计。第五,对AEB系统进行试验验证。通过Car Sim搭建的搭建仿真环境,对控制算法进行Car Sim和MATLAB/Simulink的联合仿真,验证算法的可行性。并进行实车试验,完成对本论文设计的基于AEB的电控系统整体合理性的验证。