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关键词： 传屏   无线通信   安全数字输入输出   现场可编程门阵列   高清多媒体接口  

摘要： 随着智能时代的来临,人们对于移动娱乐和办公的体验要求愈来愈高,无线传屏技术的出现方便了信息的分享和沟通。目前无线传屏的主流技术采用较复杂的视频编码,更多是每秒固定帧数的整屏传输,对于处理器和网络环境的要求较高。本文应用JPEG2000（Joint Photographic Experts Group 2000）图片编码标准,使用WiFi进行通信,设计一种基于截屏方法的无线传屏解决方案,并在计算机和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）平台实现整屏或者屏内视窗的无线传屏,且在计算机屏幕内容没有变化时不会触发传屏,可以减少图像数据传输量和降低传输能耗。本系统的主要工作包括:（1）上位机软件的编写,包括屏幕截取、JPEG2000编码压缩、传输控制协议（Transmission Control Protocol,TCP）server端的建立;（2）以Marvell8801WiFi模块为核心所建立的WiFi通信系统,选择安全数字输入输出（Secure Digital Input and Output,SDIO）接口进行WiFi驱动开发,实现上位机与FPGA平台的通信;（3）在FPGA平台处理器系统（Processor System,PS）端和可编程逻辑（Programmable Logic,PL）端,分别使用C和Verilog语言,实现JPEG2000解码和高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface,HDMI）显示功能。对整个系统的各个模块进行了仿真和测试,测试结果达到了设计指标。上位机软件开发和测试工具为Visual Studio 2017,实现了整屏截图和窗口截图。经测试,JPEG2000的压缩比超过100,图片才出现明显的模糊。WiFi通信系统使用keil5软件进行C语言编程和jlink仿真器下载驱动。WiFi的通信速度实测可以达到26Mbps（bit per second）,可以满足无线传屏的需要。FPGA平台使用Vivado2018及其SDK（Software Development Kit）分别在PL端和PS端进行开发,并在国产PYNQ-Z2开发板上进行实际功能验证。PS端可以进行JPEG2000解码,PL端HDMI显示正常。结合JPEG2000的压缩比和WiFi实际通信速度,经测试本方案可以达到整屏每秒20帧1080P（Progressive）的无线传屏要求,具有可行性和实际的应用价值。

关键词： 石英晶体微天平(QCM)   DDS信号源   液相检测  

摘要： 石英晶体微天平（QCM）诞生于上世纪六十年代,目前已广泛应用于环境监测、生物医学等精密测量领域,具有成本低廉、体积小方便携带、测量精度高等优点。QCM的谐振频率会随着表面吸附物的质量或所处环境的物理特性（如密度、粘度）的变化而发生偏移。本文简要分析了石英晶体微天平谐振频率的测量技术及其优缺点,介绍了一种被动测量方法,以该方法设计出一种简易的测试系统,利用该系统测量出了QCM在液相条件下的谐振频率。该系统通过信号发生器对石英晶体微天平施加特定频率的正弦激励信号,测量出不同频率下石英晶体微天平的阻抗,把最小阻抗频率作为QCM的谐振频率。本文就上述目标主要开展了以下工作:1.基于AD9834的扫频信号源设计。本系统采用ADI公司的AD9834芯片设计信号发生器,要求该信号发生器具有扫频功能且频率切换速度足够快。由于数字频率合成具有量化误差,使输出频率信号带有高频噪声,因此本文设计了一个五阶巴特沃兹低通滤波器滤除DDS输出信号的高频成分。2.设计混频电路。为了得到QCM的电学特性,需要测量晶体两端的电压幅度和相位差,实验中使用的QCM谐振频率在MHz量级,为了降低设计成本,本设计通过下混频将兆赫兹级的信号下混频到音频再进行采样,这样使用采样率低得多的ADC就可以满足设计需求。3.设计采样计算电路。本设计将对下混频输出信号进行采样和运算,采样部分使用了一颗TI公司的音频编解码芯片,能够以常见的音频采样率（如48KSPS或44.1KSPS）对电压信号进行采样。将采集的电压信号用单片机运算后得到傅里叶级数系数,从而可以计算出QCM两端信号的幅度和相位差。本系统选用意法半导体公司的主流微处理器STM32F103系列MCU作为主控制器,其主频高达72MHz,负责控制DDS扫频源的输出频率、音频编解码器的数据传输和运算等功能。4.使用本系统测量基频为13MHz的QCM晶片在空载时的阻抗-频率曲线,将测量曲线与QCM的真实阻抗-频率曲线对比,验证本测试系统的测量精度,最后通过凝血实验验证了本系统在液相条件下的测试性能。

关键词： 蓄电池   远程充放电   以太网通信   数据检测采集   充放电切换控制  

摘要： 现如今,人们对电能的依赖程度越来越大,这也就对电源的稳定性提出了更高的要求。而蓄电池作为系统的后备电源,在电力通信电源和一些发电系统中都发挥着重要的作用。当电力系统出现故障时,蓄电池将对电子设备进行供电使其正常工作,因此,蓄电池的稳定性直接影响系统的正常运行。针对传统的蓄电池充放电过程中存在的维护工作量大,动态移动性差,时效性低,安全性不高等问题,本文设计与实现了远程蓄电池充放电装置的硬件电路。本文根据蓄电池远程充放电功能需求,给出了蓄电池远程充放电的系统设计方案,根据系统总体方案,进行了远程充放电的控制装置的设计。控制装置采用模块化设计思路,由CPU微控制器,通信模块,数据采集模块和充放电切换控制模块四部分组成。CPU微控制器对其他三个模块的数据进行分析与处理,是整个装置的核心。通信模块包括以太网通信和RS-485串口通信,分别实现控制装置与上位机的通信和控制装置与放电仪的通信。数据采集模块对蓄电池充放电过程中重要的参数进行采集,包括蓄电池组的电压、蓄电池放电的电流、直流母线电压、交流市电电压、蓄电池与放电仪的开关量和蓄电池与直流母线的开关量。充放电切换控制模块使用场效应管和继电器对直流接触器进行驱动,完成对蓄电池与母线开关,蓄电池与放电仪开关的控制。设计完成后,对装置硬件电路调试并进行蓄电池远程充放电测试。测试结果表明本文所设计的装置在蓄电池远程充放电的控制上能够达到功能要求,运行情况良好,具有一定的实用性。

关键词： 智能电表   抗干扰   可靠性   硬件设计   软件设计  

摘要： 从21世纪开始,智能电能表已经被世界许多国家使用。智能电能表作为电网的智能终端,对电网的运行和发展,起着至关重要的作用。为了避免智能电能表在现场运行过程中出现计量不准确、时钟跑飞、数据丢失、电网的干扰、雷电干扰、静电干扰、欺诈等问题,本文将重点聚焦于智能电表的可靠性设计,研究工作主要在以下几个方面:一是对硬件电路可靠性设计,包括电源单元、计量单元、通信单元、负荷开关及电源异常检测电路进行可靠性设计。选用稳定性高的线性变压器作为电源模块可靠性设计,选用高精度、高可靠性的三相专用电能计量芯片配合电流互感器、电压采样电阻完成计量部分可靠性设计。二是在智能电能表系统的软件方面,提出了法制和非法制的软件可靠性设计,软件中将法制计量相关的参数,都按不同类型的数据块进行打包并存储,确保计量数据的完整性与可靠性;对设备参数进行保护,当身份认证权限启用时,所有参数读写都需要身份认证,如果身份认证不通过或者身份认证失效,电表仅支持读取默认安全模式参数中可明文交互的数据项;时间测量数据方面,为了提高抗干扰能力,芯片提供时间写保护功能,必须先对写保护寄存器写入特殊指令,才能改写时间寄存器;通信系统传输数据增加了安全传输的功能,提高了通信系统的可靠性。三是进行了试验测试,设计的三相远程费控智能电能表在不管在高温、低温还是常温计量误差精度优于标准要求、抗干扰能力强,辐射骚扰和传导骚扰远优于试验标准,软件可靠性高,能够满足国家电网要求。

关键词： 轨道交通   底层控制系统   DSP   CPLD   PWM整流器  

摘要： 当今,城市轨道交通的发展逐渐缓和了因城市人口显著增加造成的交通出行不便的问题。本课题通过建立一个小功率全实物化的轨道交通牵引供电仿真平台来模拟实际牵引供电系统的运行工况和故障情况。这对于城市轨道交通的运行安全与新技术的研究有很大的帮助。本文调研了国内外城市轨道交通牵引供电动态模拟仿真系统的发展历程与研究现状,并结合城市轨道交通牵引供电仿真平台的要求,提出了动模仿真系统平台总体布局和结构设计方案,按照等比例、参数可调的设计原则完成了主变电所、牵引变电所及列车主线线路各器件的选型与接线图的绘制设计。基于城市轨道交通动态模拟仿真系统平台的功能要求,对动模仿真系统中PWM整流器这一核心被控对象进行研究,通过建立dq旋转坐标系的数学模型与小信号线性化数学模型,提出了一种PWM整流器双闭环的控制策略。基于上述控制及电路参数设计结果搭建出Matlab仿真模型,通过模拟列车不同工况进行仿真实验,来观测直流电压变化及车载PWM整流器与能馈机组PWM整流器的电流波形,验证控制策略的可靠性。通过底层控制系统硬件设计需求与具体功能实现,选择了TMS320F28377s型号的DSP芯片和10M02SCU169型号的CPLD芯片作为主控芯片,设计了基于DSP+CPLD硬件结构的核心控制板,并基于核心控制板设计了主所、各牵引所以及列车组的电源板板卡,由此组成底层控制系统硬件部分。底层控制系统集成了串口通信、以太网通信、继电器控制、接触器反馈、采样检测、脉宽调制、直流电机调速、电路硬件保护等功能。在底层控制系统软件开发方面,根据底层硬件系统的功能,完成了基于Code Composer Studio软件和Quartus软件的底层控制系统软件的编写。本课题所研究的是新型能馈式牵引供电系统,通过控制牵引变电所能馈机组与列车车载变流器中的四象限PWM整流器,使其在整流与逆变工况之间通过切换工作状态来模拟牵引供电系统在各个工况下（牵引、惰行、制动）的能量流动情况。通过制定与上层界面监控系统与虚拟示波器的通信协议,实现了与上层界面监控系统的双向数据传输,完成了多所启动以及车载直流电机的启停、正反转控制和变级调速,并将通过虚拟示波器实时显示各电气量波形与列车运行工况信息,为了提高系统运行的稳定性与安全性,针对不同故障等级进行分类,并按照相应故障类型的发生设计保护时序,完善了系统的整体稳定性。最后经过实验调试,对设计完成的动模仿真系统平台的底层控制系统进行软硬件整体测试,检验底层控制系统设计的合理性与可行性。通过软硬件联调完成能馈所与列车组车载变流器模块对拖实验,并模拟牵引供电系统在各个工况下（牵引、惰行、制动）的能量流动情况。图69幅,表3个,参考文献48篇。

关键词： 中央空调系统   蒸发冷螺杆冷热水机组   远程监控系统   故障诊断系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 随着中央空调机组的技术先进性、复杂性和应用的广泛性不断提高，实现中央空调系统安全、可靠、经济运行，达到高效、节能、降耗和环保要求，需要配备现代化的远程中央集中监控和故障诊断系统。本课题以蒸发冷螺杆冷热水机组为研究对象，开发了远程监控系统，能够实现对机组运行状态实时监控。对蒸发冷机组的典型故障进行分析研究，在此基础上开发了故障诊断系统，主要研究内容包括以下几个方面：　　（1）分析蒸发冷螺杆冷热水机组工作原理，对其主要部件建立了热力学模型。对蒸发冷螺杆冷热水机组远程监控与故障诊断系统进行需求分析，明确系统开发主要任务。根据本系统的使用条件和特点，确定远程监控模式为B/S模式，软件架构为前后端分离的架构。选择Vue以及Java作为系统开发语言，阐述了整体技术实现方案。　　（2）根据系统需求以及主流数据库的对比，选择MySQL作为系统开发的数据库，完成系统相关的数据库表结构的设计。开发了机组监控、用户管理、故障诊断、维修管理、产品管理、数据统计六个功能模块，完成各功能模块的软件设计。　　（3）研究蒸发冷螺杆冷热水机组主要故障的可能原因、故障征兆、解决措施，进而采用故障树分析方法（FTA）。以蒸发冷螺杆冷热水机组中典型故障作为顶事件，建立故障树，定性分析求解最小割集和结构重要度。　　（4）以建立的故障树为基础，采用产生式规则表示法建立了系统故障诊断模块的知识库。基于正反向混合推理和深度限制优先搜索策略，设计了适用于本系统的故障诊断推理机，初步实现了蒸发冷螺杆冷热水机组典型故障诊断软件平台的设计。

关键词： 钢管管端焊缝   自动修磨控制系统   硬件设计   软件开发   动态性能   抗干扰能力  

摘要： 经UOE工艺成型的直缝埋弧焊管广泛应用于重要路段油气管路的运输，为便于焊管施工现场的对接，须对钢管两端焊缝进行修磨。当前焊管行业普遍使用人工操作修磨机辅以角磨机进行修磨，设备自动化程度低，不但占用工位空间、操作人员多，且修磨质量难以保证，修磨效率低下。为此本文将开发一种钢管管端焊缝自动修磨系统，以节省人力物力并提升修磨质量和效率。　　首先，根据修磨要求搭建管端焊缝自动修磨系统，该系统以ABB-6700机器人为主要执行机构，配合基恩士二维激光轮廓仪和自主设计的修磨头、旋转辊托、第七轴等机构进行直焊缝修磨。运用本系统进行焊缝修磨工作，可实现生产装备的自动化、提高修磨效率、节省人力物力。对核心部件第七轴开展静力学仿真分析，结果表明，所设计的机器人第七轴机械结构满足机器人修磨过程中稳定性要求。　　其次，设计自动修磨的电气系统，涉及机器人第七轴、修磨头伺服系统、旋转辊托系统的控制，并编制对应程序，实现预期功能需求。利用矢量控制的 SVPWM 技术，在MATLAB/Simulink对修磨头伺服电机开展仿真分析，以验证修磨头伺服系统的性能。仿真结果表明，所选用的修磨伺服系统具有较好的动态性能和抗干扰能力。　　然后，利用田口法对管端焊缝自动修磨系统开展工艺试验研究。通过单因子试验探讨不同磨削参数对磨削力的影响规律，通过正交试验得到不同磨削参数对焊缝磨削力的影响贡献率，由高到低依次为进给量、进给速度、砂带粒度、砂带速度，同时获得以磨削力最小为目标较佳的参数组合为进给量0.5mm、进给速度40mm/s、砂带粒度80#、砂带线速度35m/s。

关键词： 分布式光纤传感   多防区监测   迈克尔逊干涉   萨格奈克干涉   硬件电路设计  

摘要： 分布式光纤振动传感技术因其监测范围广、无源探测、布设方式自由等独特优势,已成为一种新兴的现代化安防手段,被广泛应用于轨道交通、油气管线、周界安防等领域。其中,基于激光干涉原理的光纤振动传感系统可准确感知外界的振动信号,满足安防区域内入侵事件的监测需求。但该系统在监测范围、实时性能等方面仍有待进一步提升。针对上述问题,本文设计了一种多防区光纤振动预警系统,以迈克尔逊干涉与萨格奈克干涉原理为基础,利用光纤分路器将上述两类干涉结构进行了融合,从而扩展了同步监测的防区数量,提升了系统监测范围。设计了多路信号采集与高速通讯硬件电路,提高了光纤振动预警系统的响应实时性能。本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)分析了基于激光前向干涉的光纤振动传感理论,通过干涉结构性能对比与系统器件参数选型,搭建了基于迈克尔逊干涉与萨格奈克干涉融合结构的多防区光纤振动预警系统,提升了系统检测范围。(2)设计了激光器供电电路、光电探测电路、信号滤波电路、多路采集电路,并研究了USB通信、以太网通信等数据传输通讯方案,提升了振动检测的实时性能。(3)利用MFC编译环境设计了可视化人机交互界面,具有多防区的运行控制、数据显示、数据存储、报警阈值设置、入侵事件记录等功能,并可通过应用程序接口调用实现了摄像头视频监控的联动,以及利用企业微信客户端实现了微信预警信息的推送。(4)通过机械结构设计与电路布局优化,实现了多防区光纤振动预警系统工程样机的集成,并对工程样机的标准波形检测、频率响应范围、入侵事件漏报率、系统功率损耗、系统响应时间等性能指标进行了测试与评估。上述研究表明,多防区光纤振动预警系统可通过相互独立的多个防区实现不同外界入侵事件的实时检测,为重点场所周界安防预警提供了监测范围与实时性能的提升优化方案。

关键词： 光源控制器   装配系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 随着工业技术的快速发展，自动化技术及信息化技术在制造业已经开始大范围使用，为制造业带来了高效的生产效率及高质量的产品。国内从事批量产品制造的企业已经开始大批量导入自动化设备进行生产改造，提升了产品质量，降低了人工成本。随着社会经济的发展变化，人们对多品种小批量的产品需求越来越多，很多从事少品种大批量产品生产的企业已经开始逐步转向为多品种小批量产品的生产。因为多品种小批量产品的多样性及少量化，导致此类型产品的生产模式人工成本较高且产品质量不易管控，如何实现柔性化制造成为了制造行业的一个重要研究课题。　　本论文以A公司的光源控制器装配生产线为研究对象，研究目标为设计一条适用于多品种小批量产品生产的装配系统。结合A公司的光源控制器生产现状提出了装配系统的设计需求，针对该设计需求制定了装配系统的总体设计方案。装配系统设计方案包含装配系统硬件设计、装配系统控制系统设计和装配系统管理系统设计，主要研究内容如下：　　（1）首先对光源控制器生产工艺流程进行了分析研究，结合研究内容提出装配系统整体设计需求，制定装配系统总体设计方案。装配系统采用模块化设计思路，整体生产线设计为17个独立的工站，各工站之间可以连接通信，生产线布局可以快速切换。各工站采用模块化设计原则，标准设计模块包含人工作业工作台、物料取用防错模块、装配防错锁紧模块、半成品自动化检测模块，论文对通用模块进行了详细的设计结构说明及控制流程说明。　　（2）其次，对装配系统管理系统进行了整体设计。软件管理系统包含如下几个功能模块：生产工艺维护管理模块、流水线工作台管理模块、装配线生产数据统计及分析模块。针对管理系统的数据库、系统外部接口、系统运行环境进行了详细的设计。　　（3）最后，对装配系统进行生产试运行，试运行前验证了各个功能模块使用正常，试运行的结果验证了装配系统的实际运行结果与论文的研究目标一致。装配系统导入后，通过对日常运行的数据分析得出生产线的生产效率及产品的一次检验合格率均有提升。最终结果证明，本设计方案能够符合改造的要求，提高整线的生产效率及产品质量。

关键词： DSP   旋转变压器   IGBT模块   双激式开关电源   实车试验  

摘要： 能源的匮乏、世界环境的恶化,新能源技术终将成为时代的产物,纯电动汽车也逐渐走向大众的生活之中。伴随着国家对新能源汽车相关行业的大力扶持,电动汽车的性能也逐渐提高,电机控制器的发展也得到了显著的提升。本文以实际的工程项目为依托,在4.5t纯电动商用车底盘开发基础上,对驱动电机控制器的硬件开发过程进行了详细的介绍。首先,通过市场调研以确定整车设计需求,再对驱动系统主要器件进行参数匹配。在电池方面,使用三星公司的锂离子电池模组,采用24个模组串联的方式,得到的额定电压为440.4V,容量为188Ah。电机方面,结合市场的需求和电机技术的发展,采用额定功率为70k W,峰值功率能达到139k W的永磁同步电机。除此之外,针对电机控制系统中必不可少的母线支撑电容、叠层母排、电流传感器、泄放电阻等器件进行参数选型介绍。驱动电机控制器硬件按照其功能分为控制板和驱动板。控制板中,选用德州仪器的TMS320F28335芯片,该DSP芯片更具准确性和快速性,更符合于电机控制器算法的硬件需求。其中,电机转速、转向信号的采集使用了旋转变压器,由解码器AU6802进行解码传递信息。驱动板中,采用英飞凌公司的IGBT模块FF600R12ME4,以门极驱动芯片1ED020I12FA2作为IGBT驱动及保护电路,构成三相全桥逆变电路,实现从直流母线电压到三相交流电压的转换。电源模块采用由变压器组成的双激式开关电源,该三倍压整流电路得到具有隔离的开启电压和关断电压。完成控制器硬件电路的设计之后,通过系列实验,对控制器功能以及电气特性进行了检验。最后,通过电机台架测试和实车测试的方式,对驱动电机控制器系统进行性能测试。