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篇1

2總體結構設計

四旋翼飛行器的硬件系統設計以飛控板為核心，搭載動力設備、電源模塊與遙控模塊。圖3描述了以ATMEGA644P—AU為核心芯片搭載多傳感器的飛行控制系統總體結構框圖，整體系統利用11．1V鋰電池供電，飛控與無刷電調以I2C總線數據傳輸來調節4個電機的轉速;在遙控模塊中，2．4MHz的控制信號通過PPM解碼板與飛控板進行數據傳輸;在多傳感器系統中，大氣壓力感器用行高度檢測，陀螺儀與加速度計的融合使用用于姿態解算。

3電源模塊

四旋翼飛行器由2200MAh，11．1V，持續放電倍率30C鋰電池供電，通過穩壓電路的設計對不同電路進行供電，確保各模塊正常穩定的工作。控制系統設計需要5，3V兩種電平供電，電壓轉換電路如圖4所示。由鋰電池提供的11．1電壓經兩塊7805穩壓芯片后轉為5V電壓，一部分用控板供電，一部分向預留的外部接口供電。經7805輸出的5V電壓經過2個MCP1700T穩壓芯片輸出3V電壓，一部分供給控制系統的數字電路，一部分供給控制系統的模擬電路。330μF/25V電解電容器，10nF/16V鉭電容器，貼片電容器的并聯使用起到了防止電壓抖動與濾波的作用。

4多傳感器控制模塊

為了準確地控制四旋翼飛行器的飛行姿態，需要在控制系統中加入不同的傳感器，加速度傳感器與三個陀螺儀來測量三軸加速度與角速度，大氣壓力傳感器通過測量起始位置與飛行位置的氣壓差對飛行高度控制，為自主導航功能提供支持。大氣壓力傳感器選擇的是Freescale公司的MPX4250A，在該集成傳感器芯片上，除具有壓阻式壓力傳感器外，還有用作溫度補償的薄膜電阻網絡，測壓范圍為20～250kPa，輸出電壓為0．2～4．9V，工作溫度范圍為－40～+125℃。電路如圖5所示，可以根據壓力的大小，通過控制P_1和P_2選擇不同的放大倍數，提高采樣的精度。LIS344ALH是一種低功耗、高性能、高精度的三軸加速度傳感器，通過模擬輸出為外部電路提供直接測量信號，加速度傳感器的工作電壓為2．2～3．6V，檢測量程可以在±2gn或±4gn間選擇。其中，VREF為通過穩壓芯片MCP1700T轉換為3V的穩定電壓輸入。應用電路如圖6所示，選擇100nF的貼片電容器作為VCC端的解耦電容，在輸出端使用1μF的濾波電容減小噪聲。考慮到振動誤差無法通過加速度傳感器進行補償，因此，陀螺儀選型的過程中把機械性能作為重要的考慮因素，選擇了可以在單芯片上實現完整單軸角速度響應的ADXRS610陀螺儀傳感器。3個ADXRS610陀螺儀分別安裝于垂直于機體坐標系的XYZ軸來實現系統三軸角速度的測量。

5實驗與仿真

四旋翼飛行器在姿態解算時，陀螺儀傳感器直接測量的是角速度，在積分得到角度的過程中隨著時間的增長會產生累計積分誤差，積分誤差產生的原因一方面是積分時間，另一方面，由于自身的機械特性會產生零漂溫漂等現象［8］。在陀螺儀的使用過程中融合加速度傳感器，不僅為陀螺儀提供了絕對參考系，而且使加速度傳感器優秀的靜態性能與陀螺儀良好的動態性能相結合［9］，較好地抑制了外界干擾。數據經卡爾曼濾波算法處理后，可有效地降低數據噪聲。圖8為加速度傳感器采樣數據與卡爾曼濾波后的數據比較，可以明顯地看到噪聲信號減小了，但是仍有少量的擾動存在。圖9的曲線表明了陀螺儀采集角速度數據存在零漂、溫漂現象，當確定零漂為0．05°，靜態輸出電壓為2．63V時，從波形圖中可以觀察到通過卡爾曼濾波處理后的積分數據平滑收斂，不但對零點漂移進行了補償，而且對累計積-10-5051015角度/（°）012345時間/s卡爾曼濾波后的數據加速度計采集數據圖8加速度計采樣數據經卡爾曼濾波后的數據圖Fig8DatadiagramofsamplingdatasofaccelerometerprocessedbyKalmanfiltering分誤差，溫漂有較好的抑制作用。-10-5051015角度/（°）012345時間/s卡爾曼濾波后的陀螺儀數據陀螺儀積分數據采集角速度數據。

篇2

預警應急系統的構建需要結合地區環境特點，通過吸收科研成果及現有技術形成極具實用性的系統。在系統的建設開發中要收集環境質量信息、研究該地區的環境特征、該區域突發性環境污染事件的特點、危險事故隱患及社會經濟基本情況等相關的背景信息，從而最終建立基于GIS平臺的環境預警系統；在此基礎上通過數學模型等手段建立起與GIS集成的污染分布時空模擬系統；此外還可以充分的利用研究區域已有的環境自動監控系統，對事故現場及周邊環境信息進行采集。然后基于此研發具備自動監測環境污染事件地點、時間、危害程度以及性質、范圍的應急監測系統。同時還可以結合災害專家應急對策數據庫中的專家系統，得到預警及應急對策建議與應急預案。為此建立突發性環境污染事故應急監控指揮系統是以上操作得以保證實施的關鍵。這一系統的構建主要基于大量的基礎信息以及研究區域的GIS平臺，然后建立起區域內污染的基本環境情況、環境危險隱患、基本環境質量信息、重要敏感目標、污染源基本情況以及社會經濟狀況等信息動態數據庫，同時這一數據庫要具備時空分布表達、動態模糊查詢、數據關聯分析等功能。一旦事故發生后，這一系統就可以準確的鎖定污染發生地，然后通過污染分布時空模擬模塊預測受影響區域的范圍，并且利用地理信息顯示模塊提供受污染區域的救援單位、敏感單位、人口以及輸送人口的最佳路面等信息，從而為應急救援以及應急監測提供決策依據。

污染分布時空模擬系統是解決突發性污染事故的核心組成部分，是一種基于研究區域，同時利用GIS的空間數據功能及模型分析能力，從而將有關數學模型、環境質量、污染狀況以及地理信息等結合起來，并使用生動的圖像、圖形方式呈獻給管理者、決策者，為處理突發性環境污染事故提供支持。該智能決策系統的建立要根據歷史數據及經驗，通過對于原來案例的分析以及現實數據的測量，經過總結與分析提出最佳的方案。通過推理機制對有關化學危險品的風險進行分析與評價，然后確定和事故實際區域有關的效應，并對提出的各種措施進行優化選擇，從而科學的安排人員及設備。應急指揮系統作為本系統的硬件支持，這一系統通過綜合運用計算機技術、圖像技術、電子地圖、無線數據通信等高新技術，并且借助于各種現代化的信息傳輸手段，例如Internet、GSM以及GPRS等，從而可以在電子地圖上顯示污染現場的圖像、調查小組位置、監測點位置、測試數據、監測點位置、制定污染區域以及區域面積等信息。這一系統大體分為三大部分：現場端子系統、遠程查詢子系統以及中心端子系統組成。實際使用中可以根據現場的實際情況選擇使用移動電話網絡、公用電話網絡，從而保證現場與指揮中心的有效連接，實時的了解突發性污染時間的信息。

隨著我國社會經濟的發展，近年來有關突發性環境污染的事故接連發生，極大地影響了國家經濟建設及國民的生產生活，為此需要迅速建立應對突發性污染事故的預警應急系統。這一系統需要具備對突發性環境污染以及生態破壞的識別能力，并且可以通過定量與定性手段預測事故的發展趨勢及速度，從而預先對某種長期的預警模型進行警報。為此當下這一系統建立的主要方向集中在基于集成GlS的污染分布時空模擬系統、GIS平臺的環境預警系統、處置智能決策系統、突發性環境污染事故應急監測以及突發性環境污染事故應急監控指揮系統四大系統，從而保證各項功能的有效實施。

本文作者：李建民段欣榮工作單位：西安市環保局閻良分局環境監測站

篇3

前言

在進行工程施工之時：首先要仔細了解施工圖掌握設計的全部意圖，緊緊把握空調安裝工程的施工要點，全面對整個工程實行工程管理，從源頭上加強暖通空調設備的安裝質量，進而確保暖通空調系統能常年正常運行。由此可見，暖通工程施工前的系統設計是所有工序的基礎，做好前期工作對整個過程尤其重要。

一、暖通空調設計方案的實用性

1設計方案的可行性

滿足用戶的使用要求是暖通空調設計的根本目的，也是設計過程中需要遵循的規則，設計方案的可行性是暖通空調設計中需要注意的一個重要方面。在滿足設計方案符合人們需求的時候，首要要確認其是否滿足國家的相關法律法規。環境變化是影響設計方案的一個重要因素，在設計暖通空調供熱、供冷的時候要將其考慮進去，比如：水源熱泵這類發熱或者制冷部件的設計，就必須結合當地的氣溫變化情況、城市地下水的使用情況等；對于一些處在惡劣環境中的建筑物，全年工況分析要在設計方案上體現出來，方便施工過程中對設計方案進行調整，以滿足復雜環境下暖通空調對溫濕度的要求；在一些有限制的情況下，實際需要并不能被標準的暖通空調設備所滿足，這是應該考慮環境因素選用符合參數設置的設備，以保證暖通設備的正常運行。

2設計方案的適應性

人們一般是在全年最熱或者最冷的季節才會使用暖通空調，所以為了適應一年四季環境的變化，在暖通空調的設計中，必須使暖通空調系統具備優秀的可調節性。暖通空調的可調節性應該建立在操作簡單、調節方便的基礎上，以便使每個用戶都能輕松地對其進行調節。除此之外，為了便于住戶的使用，應盡量提高設計方案中暖通空調系統的自動化水平，以達到大幅度減少操作和管理暖通空調系統所花費的資金，提高暖通空調系統使用的經濟性，減輕建筑物用戶的經濟負擔。一般來說，在暖通空調系統中，形態比較大的設備和組成部件使用自動化的效果和效益會比較明顯，所以推薦使用，而比較小型的設備則需要根據其與其他設備的關聯程度以及其重要性來考慮是否有使用自動化的需要。

二、暖通空調設計方案的經濟環保的問題

1設計方案的經濟性

在暖通空調的設計時，應該對同一個項目設計多套方案，以便從多套不同的設計方案選出對合適的一個，對優化建筑物暖通空調系統工程的經濟性很有幫助。在設計方案經濟性的比較前要保證每個設計方案的使用需要、設計要求、設備等級、美觀程度都是一致的，這樣不同設計方案經濟性的比較才有可比性。在確定使用方案后就可以進行工程成本的確定， 工程成本的內容主要分為直接成本和間接成本，直接成本有設計方案列出的工程施工費用、材料設備費用、使用管理費、設備修理費用以及自動化控制系統費用等，而間接成本則包含環境的變化使暖通空調在制冷或供熱時需要多花費的能源開支。暖通空調的設計人員在設備的選用上需要對設備的售價、使用壽命以及運行費用等進行綜合考慮，而且最好親自測試每種設備的參數，而不是完全相信商家列出的參數。

2設計方案的環保性

隨著近年地球環境的日益惡化，人們對環境保護就越來越重視了，盡可能做到綠色環保，而暖通空調是一個能耗大戶，所以我們在暖通空調系統的設計方案中必須注重其綠色環保和節能降耗的效果。目前，燃煤鍋爐的氣體排放已經成為了我國部分地區的主要氣體污染源，因此我們在對燃煤鍋爐進行技術改造的同時，也要重視對暖通空調的環保改造。 要在暖通空調系統中達到綠色環保，就要從在工程設計時選擇擁有綠色環保意識和經驗的設計師、選擇合符國家規定綠色環保標準的設備和組成部件、在設計方案中要體現綠色環保的理念等，要保證室內的氣體經過暖通空調的通風系統排出時受到一定的過濾凈化作用，以提高暖通空調設計對環境的保護性能。除此之外，為了達到更好的節能環保效果，我們在暖通空調設計時可以為系統設計合適的新型綠色能源，在綠色能源的選擇時要確保能源獲取渠道廣闊、高能低耗、對環境造成的影響盡可能較小。目前，太陽能已經被廣泛用于暖通空調系統的能源提供上，太陽能具有取之不盡、隨處可得以及零污染等優點，是現時新型綠色能源的優秀代表。除此之外，還有水能、風能、地熱能等綠色能源可供暖通空調系統使用，在綠色能源的選取時，應該結合能源的供能能力、獲取方式和容易度、相關設備和能源運輸的費用等進行綜合考慮，選取最為合適的一種進行使用。

三、暖通空調設計方案安全方面需要注意的問題

在過往的暖通空調設計中都把目光關注在設計方案的使用和花費上，而往往疏忽了其安全性，導致由于暖通空調引發的事故時有發生，所以我們必須要對其安全性提起足夠的重視。

暖通空調設計方案的安全性需要包括防火性能、用戶生命財產安全、重要設施安全、危險品安全等，在設計上處理這些安全問題時，應該同時從暖通空調系統的設計、設備的選用和研制、技術的選用以及施工的規范上入手。根據建筑物的內部環境和外部環境不同時，需要達到的安全性也是不同的，例如如果建筑物內預計會用作燃氣鍋爐房時，就必須為暖通空調系統設置上有效的通風系統和敏銳的火災報警系統，以確保室內人員的人身安全。

四、設計人員的綜合素質需要提高

暖通空調的設計方案能否取得成功，決定權在設計人員身上，設計理念、設計技術以及整體素質這些決定了設計方案能否滿足用戶的需求。對于設計人員設計水平的提高，暖通設計人員應該不間斷的補充自己的專業知識，多參加教育培訓；在培訓的過程中，不僅要注意專業知識的學習，更新自己的設計知識和技術，更應該注意作為設計人員的職業操守，對于環保理念和設計技術進行培養，促使設計人員成為滿足各項要求的高素質人才。

結語

通過上面的簡單講述，不難發現在暖通空調設計方案進行的時候，需要考慮其實用性、經濟環保性以及安全性，最根本的還是要提高設計人員的整體素質。滿足這些的設計方案也不能說已經完美無缺了，設計方案的根本就是是否滿足了用戶的需求，而不是給施工單位節省了多少工程成本、使用方增加了多少效益。設計人員要從用戶的基本需求出發，設計出科學合理的設計方案。

參考文獻

篇4

EDA技術是以數字電子技術課程知識為基礎，具有較強實踐性、工程性的專業課程。將數字電路設計從簡單元器件單元電路設計，EWB軟件仿真提到了更高一級的可編程操作平臺上，進一步鞏固和提高學生電子電路綜合設計能力。但是，傳統的教學模式是將兩門課程分開，先上數字電路，后上EDA技術，分兩學期授課。這樣的教學模式存在弊端，減弱了課程之間的聯系，降低了學生對數字電路理論的認識程度。通過對EDA技術課程的教學改革，以實訓的方式采用項目教學法，使學生在較短的時間內掌握EDA技術基礎及其實驗系統，從數字系統的單元電路，如譯碼器、計數器等入手，加深對數字電路基礎理論的認識，逐漸完成數字系統設計。

1. EDA技術及其在教學中的應用

1.1 EDA技術

EDA技術即電子設計自動化(Electronic DesignAutomation)是以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果而形成的一門新技術畢業論文格式，是一種能夠設計和仿真電子電路或系統的軟件工具。采用”自頂向下”的層次化設計，對整個系統進行方案設計和功能劃分，系統的關鍵電路用一片或幾片專用集成電路（ASIC）實現，然后采用硬件描述語言（HDL）完成系統行為級設計，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件。圖1為一個典型的EDA設計流程。

圖1 EDA設計流程圖

1.2 EDA技術在教學中的應用

在教學過程中，EDA技術利用計算機系統強大的數據處理能力，以及配有輸入輸出器件(開關、按鍵、數碼管、發光二極管等)、標準并口、RS232串口、DAC和ADC電路、多功能擴展接口的基于SRAM的FPGA器件EDA硬件開發平臺，使得在電子設計的各個階段、各個層次可以進行模擬驗證，保證設計過程的正確性。從而使數字系統設計起來更加容易，讓學生從傳統的電路離散元件的安裝、焊接、調試工作中解放出來，將精力集中在電路的設計上。同時，采用EDA技術實現數字電路設計，不但提高了系統的穩定性，也增強了系統的靈活性，方便學生對電路進行修改、升級，讓實驗不在單調的局限于幾個固定的內容，使教學更上一個臺階，學生的開發創新能力進一步得到提高。

2.課程教學改革實施

2.1課程改革思路

課程改革本著體現鞏固數字電路基礎，掌握現代電子設計自動化技術的原則來處理和安排EDA技術教學內容。打破傳統的從EDA技術概述、VHDL語言特點、VHDL語句等入手的按部就班的教學方法，以設計應用為基本要求，開發基于工作過程的項目化課程，以工作任務為中心組織課程內容，讓學生在完成具體項目的過程中來構建相關理論知識。將EDA技術分為四個方面的內容，即：可編程邏輯器件、硬件描述語言、軟件開發工具、實驗開發系統，其中，可編程邏輯器件是利用EDA技術進行電子系統設計的載體，硬件描述語言是利用EDA技術進行電子系統設計的主要表達手段，軟件開發工具是利用EDA技術進行電子系統設計的智能化的自動設計工具,實驗開發系統則是利用EDA技術進行電子系統設計的下載工具及硬件驗證工具。采用項目化教學方法，以實訓的方式展開，讓學生在“學中做，做中學”。

2.2課程改革措施

以電子線路設計為基點，從實例的介紹中引出VHDL語句語法內容。在典型示例的說明中，自然地給出完整的VHDL描述，同時給出其綜合后的表現該電路系統功能的時序波形圖及硬件仿真效果。通過一些簡單、直觀、典型的實例畢業論文格式，將VHDL中最核心、最基本的內容解釋清楚，使學生在很短的時間內就能有效地掌握VHDL的主干內容，并付諸設計實踐。這種教學方法突破傳統的VHDL語言教學模式和流程，將語言與EDA工程技術有機結合，以實現良好的教學效果，同時大大縮短了授課時數。表1為課程具體內容及實訓學時分配。

 

能力

目標

學習情境

項目載體

課時

QuartusⅡ開發工具使用能力

QuartusⅡ開發環境、實驗系統

二選一音頻發生器設計

6

VHDL語言編程能力

VHDL語言基本結構

計數器電路設計

6

VHDL語言并行語句

8位加法器設計

8

VHDL語言順序語句

7段數碼顯示譯碼器設計

8

VHDL語言綜合運用

數控分頻器的設計

8

層次化調用方法

4位加減法器的設計

4

綜合開發調試能力

8位16進制頻率計設計；

十字路通燈設計；

數字鐘設計；

波形信號發生器設計，等。

(任選一題)

20

總計

篇5

Critical Applications

2009

Hardback

ISBN 9781402089787

Sterpone著

隨著社會的發展和科技的進步,信息技術已經深入千家萬戶,人們周圍充斥著各種電子設備。電子設備的誤操作或故障時有發生,有時這些會造成對人員的傷害或者環境的破壞,為了避免這些,人們提出了安全性苛求系統的概念。這種系統是指通過各種設計和制造手段保證在其使用壽命范圍內,運行過程中不出現任何對使用者和環境造成傷害的錯誤。本書便是針對這個問題編寫的。

本書共分8章。1.介紹了可用于發射環境下的FPGA設計技術,主要包括硬件結構設計的可重構設計技術和冗余技術,還介紹了基于sram的FPGA的軟件結構及FPGA線路結構;2.首先介紹了輻射效應包括單粒子反轉和單粒子門鎖。基于單粒子反轉的FPGA內存優化,對SEUS的仿真分析和硬件分析,分析了三重冗余結構及容錯系統的約束條件;3.糾錯效率分析算法。首先介紹了靜態分析算法,然后介紹了該算法的基本原則,并分別介紹了用于SEU分析和MCU靜態分析的新算法;4.介紹了一種新的高可靠性的應用于S-RAM FPGA 的算法,該算法從定位和運行兩個方面進行了優化,減小了程序出錯的可能性,提高了運行可靠性;5.首先介紹了具有容錯功能的基于SRAM的FPGA系統設計的新流程,然后介紹了容錯線路的設計優化方法,最后進行了實驗,驗證了新設計的優越性;6.基于FPGA內部降壓機制的系統優化,介紹了一種可以用于SRAM-FPGA的減壓系統,他不需要外部任何器件,可以完成高效率的減壓,該系統在Xilinx SRAM FPGA上實驗驗后結果良好;7.介紹了一種用于DNA生物芯片的新型硬件結構,它采用雙核硬件結構,實現了不同單元的多指令操作,并在一種FPGA系統上采用這種結構制備了DNA芯片,顯示出這種優化結構的強大能力;8.首先介紹了RCF器件,然后介紹了ReCoM結構,最后實驗顯示新型的ReCoM結構性能更為優越。

本書的作者Luca Sterpone目前任教于都靈理工大學(意大利),研究方向為數字系統設計和計算機結構。他2003年畢業于都靈理工大學,獲得工程學士學位,之后在該校讀博士學位,并于2006年畢業,論文研究方向為“電子系統設計技術的安全關鍵技術應用”,獲得了2007年度歐洲優秀論文獎。

本書內容新穎,針對性強,適合電子工程師、硬件工程師以及計算機專業、電子專業的學生閱讀。

劉軍濤,博士生

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在教學過程中，具備數字系統設計實踐工程能力，涉及相關數字系統課程體系教學與實踐，在各高校的電氣、電子信息類專業中，數字電路是一門專業基礎課程，隨著數字技術應用領域的不斷擴大，在后續專業課程中，顯而易見，隨著電子產品數字化部分比重增大，它在數字系統設計中基礎性地位越來越突出。

因此，培養適合現代電氣、電子、信息技術發展的卓越人才，創新數字電路的課程幾次理論與工程實踐教學迫在眉睫。

根據我校近幾年電氣、電子課堂教學的實踐情況，數字電路課程應該以面向應用的數字電路設計為核心，在熟練掌握基本電路教學內容的基礎上引入先進的數字系統設計方法的課程教學和實踐內容。

工程實踐過程中，逐步從自底向上的設計方法逐步轉變到自頂向下的設計方法中來，以教師科研應用來拓展，以全面培養優秀數字設計卓越技術人才[1]。

2探索構建數字電路教學中的多層次的創新實踐平臺

2.1多層次的數字電路創新實驗平臺構思。

面向卓越人才培養的數字電路課程創新實踐教學，可以分層次進行在各個教學階段逐步推進，包括：面向基礎的數字設計的基本原理與工程創新實驗教學模塊、面向應用的數字電路課程設計教學和結合科研項目的創新實踐平臺[2][6]。

多層次的數字電路創新實驗平臺架構如圖1所示。

2.2數字設計的基礎原理與實驗教學。

數字電路基礎原理和實驗教學是數字系統設計的課程體系的基礎入門階段，是培養數字邏輯代數與邏輯電路的重要過程，大類可分為時序邏輯電路和組合邏輯電路，其中時序邏輯電路主要包括：鎖存器、觸發器和計數器，組合邏輯電路包括，編譯碼器、多路復用器、比較器、加（減）法器、數值比較器和算術邏輯單元等。教學的目的是訓練學生掌握組合和時序邏輯電路堅實理論基礎，使學生掌握數字電路的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能，不但要注重基本數字電路與系統設計理論的理解，同時讓學生在學習中逐步了解面向應用和現代科技進步數字電路新的設計理念[2][3]。

2.3面向應用的數字電路課程設計實踐教學。

隨著電子設計自動化技術（EDA）和可編程器件（CPLD）的不斷發展和應用，以EDA技術為主導的數字系統理念已經成為企業工程技術的核心。數字電路課程設計主要培養學生利用中小規模數字集成電路器件和大規模可編程器件進行數字電路設計和開發能力。在卓越工程師培養背景下，結合前階段數字電路課程理論教學和實驗教學的實際情況及EDA技術的發展狀況，適時進行數字電路課程設計和EDA技術課程的綜合銜接，以及課程深度融合[4]。主要內容包括：

2.3.1基于Multisim等相關軟件的數字系統仿真實驗。可以構建虛擬數字實驗系統，不但較好地模擬實物外觀外，還可以利用系統提供的實驗平臺開展實驗的設計、仿真，進行實驗內容的邏輯驗證。

2.3.2基于通用和專用數字芯片的數字系統設計。其主要特點是有很好的直觀性和具體性。

2.3.3基于硬件描述語言（HDL）的數學系統硬件描述。采用硬件描述語言實現數字邏輯設計，基于EDA環境仿真和驗證。可以結合上述（1）和（2）的優點，采用硬件設計軟件化技術應用于數字電路課程設計的實驗教學中，通過綜合性實驗的自行設計和實驗，對實驗內容、實驗規模、實驗方法進行了綜合創新設計[5]。

2.4結合科研項目的數字設計實驗創新平臺。

在高等院校，教師即承擔教學任務，同時有各自的科學研究方向，同學們可以根據自己的研究興趣，加入教師的科研團隊，形成教學與科研互利的良性循環。面向卓越工程師培養的數字系統設計，可以借助橫向或縱向科研項目形成綜合教學體系。比如：搭建在線可編程門陣列（FPGA）創新實驗平臺，形成數字電路、電路線路課程設計、可編程邏輯器件以及集成芯片系統設計，形成面向數字系統設計的課程體系[3]。同時，應用高校與知名企業建立的校企合作平臺，把企業界的研究信息和研發需求引入到教學平臺，開拓了學生的研究思路和視野，提升了學生設計復雜數字系統的能力；目前，我校正在與國際知名的半導體公司Xilinx、Altera和Cypress陸續建立卓越人才大學培養計劃，利用大學設置小學期，在FPGA和PSoC開發平臺上進行了面向實際應用的數字系統設計，在實踐平臺上不僅有學校的任課教師，還有知名企業派來的一線工程師指導同學們的實踐，相比改革前，取得很好的實踐效果，同學們的數字系統設計水平得到了提高，同時在編程、接口、通信協議等方面也有了深刻的認識。

對于優秀的學生，借助全國各種形式的大學生電子（信息）設計競賽這個創新平臺，組織他們積極參與，激發他們的學習研究興趣和創新意識，綜合所應用的數字系統設計知識，發揮競賽團隊的協作精神。每年，我們都有部分優秀學生通過努力，創新設計的作品獲得專業認可，并取得了良好的參賽成績，也使得數字設計課程體系的建設上了一個新的臺階。

3基于創新平臺的課程體系優化與實踐

卓越工程師培養要求的數字電路系統設計課程體系協調好相關電氣、電子類專業上下游相關理論課程、實驗綜合性設計同時得到協調發展。如何實踐論文所提到的創新實驗平臺，應該引進現代數字設計理念，重點把EDA軟件、設計工具、開發平臺與傳統的數字電路基礎理論教學相銜接。我們在這幾年對數字系統設計課程體系、創新實踐教學內容等方面的進行了改革與探索，取得了一定的成效。經過這幾年的實踐，我們逐步構建了面向應用的數字系統設計課程優化體系[5]，如圖2所示。

4不斷探索數字電路理論教學內容的改革與實踐

4.1以數字電路設計為目的強化基本邏輯電路理論教學。

在進行復雜數字系統設計之前應該熟練掌握這些常用基本組合和時序邏輯電路，包括電路的功能、電路的描述以及電路的應用場合等。

樹立電路設計思想首先需要熟練掌握一些基本的邏輯功能電路。其次，樹立電路設計思想需要理論講解與實踐相結合，逐步熟悉硬件描述語言的描述方式。數字系統設計強調采用硬件描述語言來對電路與系統進行描述、建模、仿真等[2][3]。

4.2掌握面向應用的數字系統工程設計方法。

學生在掌握數字電路基本概念和一般電路的基礎上，進一步掌握數字系統設計的方法、途徑和手段。其主要內容包括：數字系統與EDA的相關概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數字系統的設計方法、開發環境與實驗開發平臺以及應用實例的介紹等。這些課程內容涉及面較廣，為了提高教與學的效果，探索總結了以下的教學重點內容，并作為教學實踐中的教學切入點[1]。

隨著電子技術不斷發展與進步，現代數字系統設計在方法、對象、規模等方面已經完全不同于傳統的基于固定功能的集成電路設計[1][2]。現代數字系統設計采用硬件描述語言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來實現高達千萬門的目標系統。這一過程需要也應該有先進的設計方法。根據硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結構特點以及應用的需要，在教學過程中闡述了先進設計方法。例如：采用基于狀態機的設計方法設計復雜的控制器（時序電路），應用或設計鎖相環或延時鎖相環來處理時鐘信號，應用自行設計（IPcore）軟核來提高數據吞吐量[1][2][3]。

4.3深化數字電路實驗教學改革。

實驗實踐教學過程中，注重基礎訓練與實踐創新相結合的實驗教學改革思路，加強學生工程思維訓練、新平臺工具的使用、遇到邏輯問題的綜合分析能力，理論與實踐相結合的分析能力。在實踐過程中的提高創新性和綜合性能力，面向應用的數字電路創新平臺建設，需要不斷提高課程試驗、實驗和實踐過程在教學中的比例，在符合認知規律的同時，逐步加強來源與實際需要的綜合性數字設計實驗。

5結語

數字電路是電氣、電子信息類專業的一門重要的專業基礎課程，論文針對當今卓越工程師培養的要求，以及在教學過程中遇到的主要問題，探討了面向應用的數字電路課程創新實踐平臺。提出了多層次的數字電路創新實驗平臺結構和面向應用的數字系統設計課程優化體系。目的在于，通過課程及相關課程體系改革與創新，使得學生更快、更好的適應現代數字技術發展的需求。

參考文獻

[1]孔德明.《數字系統設計》課程教學重點的探討，科技創新導報，2012.1，173-174.

[2]任愛鋒，孫萬蓉，石光明.EDA實驗與數字電路相結合的教學模式的實踐，實驗技術與管理，2009.4，200-202.

[3]葉波，趙謙，林麗萍.FPGA課程教學改革探索，中國電力教育，2010，24，130-131.

篇7

3.1正弦掃頻信號發生模塊………………17

3.1.1正弦掃頻信號方案選擇………………17

3.1.2 DDS基本原理………………18

3.1.3 DDS芯片介紹………………19

3.1.4 AD9833芯片波形產生原理 ………………20

3.1.5 DDS硬件設計………………20

3.2數據處理及控制電路………………22

3.3幅度控制模塊………………23

3.3.1芯片簡介………………24

3.3.2幅度控制電路………………24

3.4鍵盤及顯示模塊………………25

4濾波器幅頻特性自動測試系統軟件設計……………… 31

4.1軟件幵發環境………………31

4.2軟件設計方法………………32

4.3系統流程圖………………37

5濾波器幅頻特性自動測試系統測試方法……………… 39

5.1 GUI圖形用戶界面………………39

篇8

Mp3 Player Design Based on SOPC

Xie Huicheng1,Guo Li2

(1.School of Electronic Engineering,Jiujiang University,Jiujiang332005,China;2.Jiujiang University,Information Science and Technology College,Jiujiang332005,China)

Abstract:This paper mainly from the audio playback and the intersection of SOPC technology,this paper proposes the use of technology in Altera's SOPC CyelonII EP2C35 FPGA mp3 player built on the design.The use of IP design reuse,collaboration software and hardware,hardware acceleration and other methods,combined with the experimental characteristics of platform resources to build a soft-core processor based on NiosII mp3 player system. Achieve MPEGⅠ layerⅢ smooth playback audio decoding.The system has a small size,design flexibility,short development cycle and so on.

Keywords:Embedded system;SOPC;MP3 player

一、引言

目前，嵌入式系統進入全面應用的階段，己經成為通信和消費類產品的共同發展方向。在硬件方面，市場上不僅有各大公司生產的各種微處理器芯片，還有用于學習和進行研發的各種配套的軟件開發包和開發工具。SOPC具有系統集成度高、體積小、功耗低、結構簡潔、可靠性高、開發快速等特點，很好的滿足了的嵌入式系統在硬件上的需求。SOPC技術的目標是試圖將盡可能大而完整的電子系統，包括嵌入式處理器系統、接口系統、硬件協處理器或加速器系統、存儲電路、DSP系統、數字通信系統、以及普通數字系統等，在單一FPGA中實現，使得所設計的電路系統在其規模、可靠性、體積、功耗、功能、性能指標、上市周期、開發成本、產品維護及其硬件升級等多方面實現最優化。

二、系統總體設計

設計一個具有基本功能的MP3播放器需要有時鐘電路、CPU、RAM及RAM控制器、Flash及Flash控制器、SD卡及SD卡控制電路、液晶及液晶顯示器驅動電路、DMA控制器、音頻驅動及音頻控制電路、定時器等模塊，如圖1所示。

圖1：MP3播放器系統結構圖

除顯示驅動模塊、音頻控制模塊和SD卡控制模塊外其他模塊都可以從SOPC Builder中添加IP核構建。

其中顯示驅動模塊可以在altera提供的VGA控制器的基礎上添加CLK和BLANK信號完成；SD卡控制模塊只需要定義幾個GPIO端口就可以了，不需要單獨設計。

三、音頻播放模塊

采用的MagicSOPC實驗開發平臺配有AC97音頻解碼模塊，主控制芯片為UCB1400（帶有觸摸屏功能的立體聲音頻編解碼器），它支持可編程抽樣率、輸入/輸出增益和數字音響處理，包括音量、靜音、低音和高音控制。

音頻控制模塊是CPU與UCB1400間的接口電路，功能為將緩存中的音頻數據通過AC-Link總線發送到UCB1400的DAC輸入端口實現音樂的播放，以及由AC-Link總線接收UCB1400采集的音頻編碼數據。本設計采用verilog語言來設計如下各個功能模塊。

（一）UCB1400寄存器訪問控制

音頻播放時主控制器（CPU）需要經常讀/寫UCB1400中相關的寄存器，因為采用AC-Link串行總線傳輸數據，時序變得非常重要，所以定義了訪問控制模塊。要訪問UCB1400時，該模塊向UCB1400發送請求信號；當一次讀取完成，數據準備好時，該模塊向CPU發送反饋信號。

（二）UCB1400掉電模式控制

UCB1400可以將暫時不用的模塊關閉以節約功率，向UCB1400的Power-down Control/status Register（0x26）寫入相應的數值可以控制UCB1400中各個模塊的開啟和關閉。所以設計掉電模式控制模塊，該模塊負責監視UCB1400各模塊的狀態并將此信息反饋給主控制器。

（三）串行輸入/輸出寄存器

FPGA內部數據為并行傳輸，而與UCB1400間則功過AC_Link總線串行傳輸，所以應設計串并轉換模塊。

（四）輸入/輸出FIFO

為保證音樂播放的流暢，應為每個聲道配置一定容量的FIFO用來保存已接收到和即將傳輸的數據。

設計完成后的AC97_Controller結構框圖如圖2所示：

圖2：AC97_Controller結構圖

具有如下功能：

可變比特率支持、雙聲道立體聲輸出支持、雙聲道立體聲輸入支持、單聲道麥克風輸入支持、DMA傳送方式支持。

四、系統軟件設計

將基于NiosⅡ的SOPC系統進行編譯并下載到FPGA中生成硬件系統的同時，SOPC Builder幫助用戶生成相應的SOF文件。在此基礎上，可開始系統軟件的設計。可使用匯編、C、C++來進行嵌入式程序設計，使用IDE工具進行程序的編譯連接以及調試。MP3播放器的軟件系統結構如圖3所示：

圖3MP3播放器軟件系統結構

五、結語

本系統采用SOPC技術在一片FPGA和少數外設上實現了MP3播放器的基本功能。在50MHz的系統時鐘下實現了MPEG-Ⅰ layer-Ⅲ解碼，流暢播放MP3格式的音頻文件。

SOPC方案的優勢在于系統功能改進的靈活性，在不改變硬件平臺的情況下，可以方便對系統進行增刪和優化，這是傳統ARM方案無法達到的。

參考文獻：

篇9

1、引言

幾十年前，人們所做的復雜數字邏輯電路及系統的設計規模比較小也比較簡單，其中所用到的FPGA或ASIC設計工作往往只能采用廠家提供的專用電路圖輸入工具來進行。為了滿足設計性能指標，工程師往往需要花好幾天或更長的時間進行艱苦的手工布線。碩士論文，ITL。工程師還得非常熟悉所選器件的內部結構和外部引線特點，才能達到設計要求。這種低水平的設計方法大大延長了設計周期。

近年來，FPGA 和ASIC 的設計在規模和復雜度方面不斷取得進展，而對邏輯電路及系統的設計的時間要求卻越來越短。碩士論文，ITL。這些因素促使設計人員采用高水準的設計工具，如：硬件描述語言（Verilog HDL 或VHDL）來進行設計。

然而，Verilog HDL 硬件描述語言缺乏對于電路邏輯關系描述和分析的形式化方法，尤其是缺乏基于時序的邏輯描述。這對于化簡和檢驗正確性都帶來了麻煩。而ITL語言描述則提供了另一套基于時序的形式化解決方法，對Verilog HDL 硬件描述語言起到了很好的補充作用。

2、ITL簡介

區間時態邏輯(interval Temporal logic，ITL)是一種用于描述離散區間或時段的邏輯系統，它是時態邏輯的一個分支。我們可以把一個區間(interval)看作是一個有限的狀態序列;這里的狀態就是從所有變量到其值的映射。區間的長度定義為該區間內狀態數減 1。因此，只含有一個狀態的區間的長度為0。一個區間s0… sn 的長度是n。一個只有單個狀態的區間的長度是0。

ITL 的基本表達式和公式的語法如下所示

表達式：

公式：

其中，μ為一個整數值;a 為靜態變量(在區間內不改變);A 為狀態變量(在區間內

值可變);g 是函數符號;p 為謂詞。碩士論文，ITL。下面我們以RS 觸發器為例來說明ITL的使用：

一個RS 觸發器是一個簡單的儲存和保持一位數據的記憶單元。兩個輸入決定了互補的輸出和。S（Set）為置一，R（Reset）為置零。

圖1 RS 觸發器結構圖圖2 RS 觸發器的真值表

按照傳統的方法，根據真值表列出輸入輸出變量的邏輯方程，得到：

Qn+1=S+￢R*Qn

S*R=0

而用 ITL描述可以直接把邏輯關系（動作、謂詞）寫出來，再化簡：

把時間等參數變量考慮進去，我們就可以得到RS觸發器的結構方程：

3、Tempura

用ITL 能夠方便準確地描述基于時序的數字電路，然而缺乏可執行能力，運算公式不能直接進行計算機仿真和驗證。Tempura 則是ITL 強有力的可編程可執行的工具集，大大增強了ITL 的實用性。Tempura 是一種可直接執行的數字電路時序邏輯設計方式，是 ITL 的一個可執行子集。發展到今天，Tempura 已經能夠直接在Windows 環境下運行。碩士論文，ITL。只要熟悉ITL 的語句，對照著Tempura 自帶的指導工具，使語法公式一一對應就可以進行編程和仿真，十分方便。碩士論文，ITL。

下面我們還是以RS 觸發器為例來說明

用VerilogHDL采用門級描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

nor (Q,R,QB);

nor (QB,S,Q);

endmodule

用VerilogHDL采用行為描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

reg Q;

assign QB=~Q;

always@(R or S)

case({R,S})

2'b01:Q<=1;

2'b10:Q<=0;

2'b11:Q<=1'bx;

endcase

endmodule

而根據前文所述的用 ITL描述的RS觸發器改寫成Tempura 語言，代碼如下：

為了檢驗設計結果，需要輸入仿真參量，代碼如下：

(S=0) and (R=0)and (Q=0) and (Qbar=0) and

for lis<<1,0>,<0,0>,<0,1>,<1,0>,<0,0>>

do (len(5)and (Sgets l0) and (R gets l1)

)

and

(S,R)latch(Q,Qbar)

仿真結果如下，和真值表一樣。

圖3 仿真結果

傳統的數字電路設計方法繁瑣且不嚴謹，而且往往缺乏時序邏輯的描述能力。針對這個問題，HDL的使用為硬件設計師提供了一個非常好的分析和設計數字硬件的工具，也為溝通軟件和硬件提供了一種方法。然而，這些 HDL 一般是為模擬數字硬件的功能而設計，往往比較適用于較低層級的設計。同時傳統的HDL 設計方法缺乏對數字硬件推理和證明的機制；對行為描述的能力較弱，缺乏形式設計或驗證的支持工具。形式化的設計方法則提供另一種強有力的數字電路描述。在軟件工程中，形式方法已經取得一些引人注目的成就。但是在硬件設計領域，形式方法的應用研究和成就仍然在起步階段。在國內的面向市場的數字電路設計，情況更是這樣，形式方法的使用很是有限。ITL 等形式方法（特別是配以成熟高效的可執行工具，如Tempura）， 將有效提高我們描述和設計數字電路。碩士論文，ITL。正如本文開頭所說，在硬件設計速度趕不上軟件速度的今天，形式方法將給我們帶來一種新的突破思路，這在未來的電路設計領域將有廣闊的應用和發展空間。

參考文獻

[1]Benjamin C. Mosszkowski. ITL HandbookDecember 6, 2007

[2]Antonio Cau. Interval Temporal Logic Anot so short introduction 2009

[3]舒風笛。《面向嵌入式實時軟件的需求規約語言及檢測方法》，武漢大學，2004

篇10

智能家居的定義為家庭住宅作為一個單獨的平臺，依托網絡通信技術、綜合布線技術、自動控制技術等一系列現代化技術，建設完成一種能夠遠程管理家庭事務的一種管理系統。該系統提高了家居的安全性、舒適性以及藝術性等特征。為人民提供了更加環保舒適的家居環境。通俗的說也可以稱之為智能住宅，它的產生主要原因在于人們對居住環境有了更高的要求，同時也是當前信息化時代的必然趨勢。本系統設計中的控制主要采用嵌入式進行完成，所謂的嵌入式系統主要是指把相關應用軟件以及操作系統同計算機硬件設備聯系起來的系統。近年來嵌入式系統不斷發展，再不久的將來必會成為計算機和互聯網之后另外一個十分偉大的發明。根據當前情況下的我國具體國情，本論文提出了一種新型的基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系統，并詳細的介紹了其總體結構框架、設計思想和實現步驟，并分析了該系統的具體特點。

1 功能需求

根據當前我國的國情，在進行該系統的設計過程中應當遵守以下原則設計：使系統具有較高可靠性和穩定性，同時要是系統中的各項功能具有高效率的特點、使系統的低成本更低，操作更加方便簡單。更加以上設計原則，進行設計的智能家居系統的業務功能一般包含有：第一，住宅內部的視頻監控，用戶能夠自己定義住宅內部的監控設備，并對相關參數進行設置，遠程打開監控設備，關閉監控設備，選擇查看某個監控設備監控信息等；第二，社區管理，實現對社區的管理，包含有社區內部居民管理、居民住宅管理、水電費以及物業費的收費管理以及安全防護管理等；第三，社區信息，實現向社區信息的功能，例如社區新聞、公告或者通知等；第四，社區服務，主要實現在網上向社區提供服務的申請的功能，比如說家政服務、住宅托管服務等。

2 系統實現

2.1 系統整體框架

智能家居系統中一個主要的組成部分就是智能家居系統的安全防護功能，而利用視頻監控的來進行安全防護是一個較為有效的方法。該系統的視頻監控利用先進的計算機網絡技術、網絡通信和其他智能家居相關的子系統相互聯系進行管理，來提高智能家居中的安全系數。從智能家居系統的主要業務方面來講，該部分設計應當包括視頻監控服務、客戶端和服務器端等部分，首先客戶端向服務器發出服務請求，服務器接收到指令以后進行接受請求，隨后實現視頻監控的作用。

2.2 系統設計

本部分主要利用嵌入式系統實現智能家居的視頻監控功能，在本論文所講的系統中，所使用的主要硬件系統包含有嵌入式系統GX-ARM9-2410EP以及監控設備驅動；使用的軟件系統操作包含了對Linux操作系統進行的整合與移動。如果要最終完成視頻監控的設計，同時還要把ARM核處理器嵌入到Linux的內核中以及該系統的用戶中，用戶可以通過瀏覽器獲取相關服務的信息和監控，主要的系統結構框架如下圖所示：

圖1 系統結構圖

（1）硬件設計。在硬件設計部分主要需要用到的硬件包含有存儲器與傳感器等部分，本系統的設計中采用的處理器為S3C241是由三星公司生產的處理器。該硬件的選擇是根據系統的需求，能夠保證系統的穩定可靠地工作，同時其可以外接ROM，SRAM存儲器。該系統設計中利用連接DM9000芯片可以轉成一個以太網接口，而且這一芯片就有功耗低、成本低的特點。視頻監控采用的攝像頭是采用的V2000攝像頭，利用USB與處理器相連接，具有安裝簡單、使用方便、清晰度高的特點。

（2）軟件設計。在我們打開Linux的宿主機的應用程序時候，需要通過匯編或者鏈接等工具形成一種只可以在目標計算機上面使用的二進制代碼，同時對該二進制代碼下單，使它可以在目標計算機上正常使用，從而完成最初的目的。通過Windows系統實現虛擬機的完整安裝，并安裝完成后的虛擬機上接入RedHat 9.0最終完成環境的構建。

2.3 系統整體實現

該系統實際上是完成了嵌入式服務器的設計基礎之上來實現的，客戶端能夠通過網絡設備以及手機等實現視頻監控的整個過程。而如果要實現利用網絡來進行監控，第一步要采用B/S開發模式的架構，即是該系統實現支持CGI功能的服務器，同時利用這該服務器還可以實現的動態畫面的采集與傳輸，所以要實現這一過程，要做的就是要在客戶端設置WEB瀏覽器，便能夠完成對嵌入式設備進行管理。

實際上，Web服務器設置在客戶端用于對服務器的內容進行讀取。客戶端與服務器端的關系實際上是一種信息的相互傳遞的關系本身是一種信息的傳遞的關系，兩者之間的請求或者應答方法都會在HTTP協議中有相對應的定義。所以，在瀏覽器和服務器正常連接，在請求傳輸信息之時，服務端能夠及時的將所請求相關信息發送到客戶端。其傳遞過程如下圖所示：

圖2 服務器工作原理

3 結束語

總的來說，以嵌入式技術為核心智能家居系統中的視頻監控系統包含了現代網絡技術、計算機信息等網絡化中的各項技術，同時把嵌入式為核心的智能家居安保系統的設計能夠為新時代的居民提供一種簡單方便的平臺，他們需要做的只是拿出手機或者其他網絡設備接入網絡，便能夠查看自己住宅內部的安全情況。

參考文獻：

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篇11

Key words： mobile computing; image retrieval; application of mobile phone

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）02-0203-02

1問題的提出

目前，基于ARM技術手持式文字檢索系統目前已廣泛應用于公安部門的身份證移動檢索系統中。但基于ARM技術手持式圖像身份檢索系統，目前在國內還很少見，主要原因一方面是由于嵌入式芯片的能力有限，無法對數據量很大的圖像進行處理和存儲，另一方面也實時對圖像信息進行的更新也不方便。但需要圖像檢索識別的行業比較多，如公安、海關、各類考試的考生身份識別等，一直期待有一種技術能比較方便的解決圖像檢索問題。本論文描述的就是一個基于3G移動云計算技術實現圖像檢索系統設計過程。

23G移動云計算技術的基本特點

目前，移動通信主要用途是用手機等掌上設備進行信息交流。但是隨著時代的發展，移動計算變得越來越重要，根據使用終端可分為可便攜式電腦、PDA和手機這幾種移動計算模式。便攜式電腦移動計算性能最強，但攜帶方便性和電池續航能力遠不及后兩者；相對于手機來說，可攜帶方便性和電池續航能力是其主要優點，但其計算能力有限；因此移動計算在我國就大體走了兩條路：計算能力強而通信能力和攜帶性較弱的可攜帶式電腦計算和通信能力和攜帶性很強而計算能力不足的手機計算。所以對于較為簡單的移動計算來說，手機終端更是最為合適的設備，所以發展基于手機的移動計算是十分必要的。隨著3G的普及，通信網絡在慢速移動時可提供達2M的傳輸速率，考慮到手機本身的輸入輸出量有限，如果合理設計輸入輸出界面的話完全可以滿足移動計算的要求[1]。

移動云計算主要有以下特點：①終端硬件及終端系統無關性：由于計算端在云端，所以對于終端本身的要求基本很低，甚至一些非智能終端都可以實現“移動計算”，需要的僅僅是一個類似java的跨系統平臺。②數據分享便捷性：大量數據可在云器端存儲的特性，數據分享會十分便捷，僅僅是一個數據指向的問題。③任務執行的高效性：受益于云器端的處理能力，如果輸入輸出界面設計合理，就可以通過終端直觀的看到任務執行的結果[1]。

3基于3G移動云計算技術的圖像檢索系統的設計與實現

基于移動去計算技術的圖像檢索系統的設計思想是“重服務端，輕終端”。將圖像的存儲、檢索和處理放在云端，終端僅需要瀏覽器功能支持，同時要求終端能通過無線通信網絡與云端保持通信，并滿足一定的帶寬要求。整個圖像檢索系統設計為三部份：手持式終端、管理端和服務器云端。在云端服務器通過平臺、數據庫、PHP搭建一個基于WAMP技術的WEB應用平臺，該應用平臺實現圖像的存儲、檢索、管理和終端用戶的ID及權限管理功能。管理端通過網絡與服務器端連接，實現對圖像數據的采集、預處理功能和將圖像信息傳輸到服務器端。手持式終端通過WAP手機實現與互聯網的連接，訪問服務器端應用平臺，實現圖像的檢索功能。系統拓撲圖如圖1所示：

3.1 系統硬件的設計終端設備：終端要求支持上網的WAP手機，最好是3G手機，更好的滿足帶寬要求。云端設備：按需求分析要求決定服務器集群數量和性能。管理終端：要圖像數據采集點分布，PC機和相關圖像采集、處理設備。

3.2 系統WEB應用軟件的設計前端平臺：為手機登錄用戶提供身份認證、多種圖像檢索方式和檢索結果反饋功能。后端平臺：為管理員提供圖像上傳、圖像信息管理功能。

4系統應用案例

某高校按照基于3G移動云計算的圖像檢索系統設計原則，對學生考試身份圖像檢索系統進行了設計及應用。系統提供了按身份證號、學籍號、姓名等多種考生圖像信息的檢索方式。監考教師在監考中對考生身份有疑問時，可通過手機及時檢索考生的圖像身份信息及其它信息，有效地減少了代考等舞弊現象。從系統應用中可以得出結論，基于3G移動云計算的圖像檢索系統的設計比較簡單、方便地解決身份圖像檢索問題。

5小結

篇12

2、選子：位置、型號的選擇

3、土建施工

4、設備安裝

課題二、小電流接地系統的故障選線的研究

指導老師：戴勝坤 地故障時，故障特點不是非常明顯，故障選線就顯得很有必要，所以，要求學生

比較詳細的了解國內外小電流接地系統故障選線的研究現狀和研究方法，對現有

的選線方法進行總結并加以改進，找到適合的故障選線的方法；3、 利用ATP的仿真軟件對小電流接地系統進行仿真；4、撰寫畢業論文。

課題三、64點溫度監測與控制系統的設計

指導老師：游佳

設計內容：64點溫度監測與控制系統針對室溫環境下的溫度監控，如大型機組的軸溫，大型變壓器油溫，化學反應過程，環境測試等。控制核心采用微處理器或單片機，監測64點溫度，溫度范圍0～100℃，采用半導體溫度傳感器AD590，按矩陣方式切換輸入信號。輸出8路開關控制信號和2路PWM模擬信號（具備PID控制能力）。同時要求利用微處理器或單片機的已有通訊接口或其它工業控制網絡實現數據上傳和控制。

設計要求：1.總體方案設計，需要提出至少兩種切實可行的方案，并加以比較，選擇一種最優方案；

2.根據總體方案設計硬件電路，需要有理論依據，有分析計算過程，選擇的主要元件要有原理和說明，所有元件必須有型號和參數；

3.軟件設計，使用匯編語言或C語言編成。主要軟件必須能在設計制作的硬件電路上正確運行 ，且能夠顯示被測試對象的溫度；

4.制作硬件電路，調試硬件和軟件，完成溫度檢測與測試點切換，實現溫度上傳并在屏幕上顯示或存盤；

5.撰寫畢業論文，嚴格按照畢業論文標準，論文引用其它文章和相關技術資料不得多于40%。

課題四、 用8051單片機設計一交通信號燈模擬控制系統的設計

指導老師：潘紋

一、設計任務與要求：

用單片機8051設計一個十字路口的紅、綠、黃交通信號燈控制系統，要求如下：

1）用紅、綠、黃三色發光二極管作信號燈。考慮到學生設計時的難度，只考慮一條道路相對的兩個方向，每個方向有紅、綠、黃三個燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，每隔30秒紅綠燈交替變化。在每次由綠燈亮變成紅燈亮或者由紅燈亮變成綠燈亮的交替變化轉換時要求黃燈閃爍5秒，給行駛中的車輛有時間停靠到禁行線之外。

2）能實現正常的計時顯示功能。用倒計時方法顯示紅燈、綠燈、黃燈還需亮的時間。

3）能實現控制器總清零功能。 按下某個鍵后，系統實現總清零，計數器由初始狀態開始計數，對應狀態的指示燈亮。 二、根據設計任務與要求：畫出設計總電路圖，寫出設計程序。

課題五、單片機步進電機控制器的設計

指導教師：游佳

設計要求:1.用MCS-51單片機,通過軟件編程,設計一個步進電機控制器。要求能對步進電機實現正、反轉及速度控制，同時能對步進電機進行位置控制，即能控制步進電機從一個位置精確地運行到另一個位置。

課題六、傳感器在機電一體化系統中的應用及發展的研究

指導老師：周小薇

論文要求：1.了解傳感器在機電一體化系統中的作用及地位

2.機電一體化系統中常用傳感器的類型、特點、結構及用途等

3.如何為機電一體化系統選擇傳感器（舉例說明）

4.機電一體化系統中常用傳感器的發展

相關知識：本課題要求學生綜合《傳感器技術》《機電一體化技術》《控制電機》等相關知識進行編寫。

課題七、水輪機制動系統的設計

指導老師：周小薇

設計要求：

掌握一定的電氣控制技術的基礎知識，可以利用PLC進行編程，并且對氣壓傳動和液壓傳動有一定的了解。還要求能夠運用基本的繪圖軟件進行繪圖。

設計內容：

本設計共有三個部分：電氣控制部分、流體控制部分、PLC編程部分。

（一）電氣控制部分設計任務： 2.24點制動閘動作后向PLC發出制動成功或復位信號

3.壓力站氣路壓力數顯示向PLC發出4～20mA的模擬信號

4.根據PLC傳送來的4～20mA的模擬信號，顯示相應的轉速。

（二）流體控制部分設計任務：

采用節流閥控制流量，水份分離器凈化空氣，兩個三通換向閥分別控制汽缸的上、下腔；氣液混用三通球閥進行氣、油的轉換控制，多塊壓力表可直接讀數等。

（三）PLC編程部分設計任務：

根據給出的梯形圖進行編程。

課題八、畢業設計題目：恒壓供水系統設計

指導教師：黃衛庭

構成：PLC系統、變頻器、檢測保護電路、轉速測量等環節

要求：1、采用PWM變頻調速

2、有具體結構圖及外形圖

3、選用元器件合適

4、有控制電路圖、主電路原理圖、PLC程序框圖和清單

[注意：選題要結合實際供水工作。要求寫明本設計所涉及的分析方法或技術手段（如定性、定量分析的方法）；要求有學生獨立的見解，設計內容要詳細寫明具體步驟]。

課題九、兩種液體混合的設計

指導老師：葉俊 一、控制要求

1．初始狀

此時各閥門關閉，容器是空的。 SL1=SL2=SL3=OFF

M＝OFF

二、起動操作

按下起動按鈕，開始下列操作： (2)液體B流入，液面達到SL1時，YV2=OFF，M＝ON，開始攪拌；

(3)混合液體攪拌均勻后（設時間為l0s），M＝OFF，YV3＝ON，放出混合液體；

(4)當液體下降到名 SL2時，SL2從ON變為OFF，再過20s后容器放空，關閉YV3，YV3=OFF，完成一個操作周期；

(5)只要沒按停止按鈕，則自動進入下一操作周期。·

三、停止操作

按一下停止按鈕，則在當前混合操作周期結束后，才停止操作，使系統停止于初始狀態。

四、要求：用歐姆龍型PLC技術設計

課題十、機械手控制的設計

指導老師：葉俊

一、機械手工作過程，且每次循環動作均從原位開始。

二、控制要求

1．在傳輸帶A端部，安裝了光電開關PS，用以檢測物品的到來。當光電開關檢測到物品時為ON狀態。

2.機械手在原位時，按下起動按鈕，系統起動，傳送帶A運轉。當光電開關檢測到物品后，傳送帶A停。

3．傳輸帶A停止后，機械手進行一次循環動作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續運轉）上。

4.機械手返回原位后，自動再起動傳送帶A運轉，進行下一個循環。

5．按下停止按鈕后，應等到整個循環完成后，才能使機械手返回原位，停止工作。

6.機械手的上升／下降和左移／右移的執行結構均采用雙線圈的二位電磁閥驅動液壓裝置實現，每個線圈完成一個動作。

7.抓緊／放松由單線圈二位電磁閥驅動液壓裝置完成，線圈通電時執行抓緊動作，線圈斷電時執行放松動作。

8.機械手的上升、下降、左移、右移動作均由極限開關控制。

9.抓緊動作由壓力繼電器控制，當抓緊時，壓力繼電器動合觸點閉合。放松動作為時間控制（設為2s）。

要求：用歐姆龍型PLC技術設計

課題十一、建立機械全自動洗衣機的工作電路模型

指導老師：方瑋

結構：由電動程控器、水位開關、安全開關（蓋開關）、排水選擇開關、 不排水停機開關、貯水開關、漂洗選擇開關、洗滌選擇開關等組成。工作原理：通過各種開關組成控制電路，來控制電動機、進水閥、排水電磁鐵及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機實現程序運轉。

主要內容：進水控制電路，電動機控制電路，排水系統電路等。

要求：結合洗衣機的工作過程，給出以上電路模型號并說明原理，論文不少于5000字

課題十二、工廠變配電所的設計

指導老師：居劍文

一、設計的要求

根據設計課題的技術指標和給定條件，能夠獨立而正確地進行方案認證和設計計算，要求概念清楚，方案合理，方法正確，步驟完整。

要求會查閱有關參考資料和手冊等

要求學會選擇有關元件和參數

要求學會編制有關電氣系統圖和編制元件明細表

要求學會編寫設計說明書

二、設計說明書的內容

負荷計算及無功功率補償計算。

變配電所所址和型式的選擇。

變電所主變壓器臺數、容量及類型的選擇（配電所設計不含此內容）。

變電所主結線方案的設計

短路電流的計算

變配電所一次設備的選擇

變配電所二次回路方案的選擇及繼電保護裝置的選擇與整定

變電所防雷保護與接地裝置的設計

編寫設計說明書及主要設備材料清單

10、繪制變電所主結線圖、平面圖和必要的剖線圖、二次回路圖及其它的施工圖樣。

課題十三、電纜－架空混合線路的繼電保護問題的研究

指導老師：方瑋 研究現狀，了解目前電纜－架空混合線路的保護的配置的方法，優缺點，并根據

電纜的特點，架空線路的特點，提出適合于混合線路的保護的方案；

3、 提出適合于電纜－架空混合線路的繼電保護的方案； 4、撰寫畢業論文。

課題十四、鉸鏈四桿機構的運動特性分析

指導老師：潘紋

設計任務與要求

1）對鉸鏈四桿機構中的曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構三種基

本類型的運動特性進行分析。

2）每種類型各舉一個日常生活中常見的實例，畫出其基本圖表。對每種

類型要求用falsh或者authorware等做一個能動的形象逼真的例子。如吊起重物的起重機、運動的火車的機輪、橢圓儀、翻箱機、機械手爪等。

課題十五、數控銑床及加工中心產品加工工藝設計

指導老師：倪祥明 課題十六、機械手直線運動液壓系統的制作

指導教師：黃國祥

目的：實現機械手水平、垂直兩個方向的機械運動

任務：1、系統方案的設計與計算；液壓泵、液壓閥等技術參數的選擇；液壓輔助部件的選擇與購買。

2、液壓缸的加工制作。

3、液壓系統的安裝與調試。

4、電路系統的安裝。

5、技術資料整理與電子文檔的制作。

要求： 1、分組布置任務，每組可以是1人以上。

2、電子文檔要求打印，字數不少于5000字。

3、現場展覽制作產品，參加答辯。

課題十七、“中國結”造型設計

指導教師：張蓉

1.畢業設計的基本任務

著重提高在CAD/CAM軟件應用方面的實踐技能，樹立嚴謹的科學作風，培養綜合運用理論知識解決實際問題的能力。通過創建中國結造型設計、市場推廣、資料整理等環節，初步掌握應用CAD/CAM進行工業造型設計的方法和基本技能。

2.畢業設計的基本要求

通過畢業設計各環節的實踐，應達到如下要求：

靈活運用所學Pro/e軟件創建“中國結”,打印出造型設計步驟和造型圖；

對造型出來的“中國結”進行包裝設計。如用Photoshop或3dmax等軟件進行包裝，打印出用于市場推廣的效果圖；

寫出500字左右的論文小結

培養一定自學能力和獨立分析問題、解決問題能力；

通過畢業設計實踐，樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的工作作風，并培養自己具有一定的生產觀點、經濟觀點、全面觀點及團結協作的精神。

3.“中國結”造型參考圖：

（造形和尺寸自定義）

課題十八、“福娃”造型設計

指導教師：羅進生

1.畢業設計的基本任務

著重提高在CAD/CAM軟件應用方面的實踐技能，樹立嚴謹的科學作風，培養綜合運用理論知識解決實際問題的能力。通過創建“福娃”造型設計、市場推廣、資料整理等環節，初步掌握應用CAD/CAM進行工業造型設計的方法和基本技能。

2.畢業設計的基本要求

通過畢業設計各環節的實踐，應達到如下要求：

靈活運用所學Pro/e軟件創建“福娃”,打印出造型設計步驟和造型圖；

對造型出來的“福娃”進行包裝設計。如用Photoshop或3dmax等軟件進行包裝，打印出用于市場推廣的效果圖；

寫出500字左右的論文小結；

培養一定自學能力和獨立分析問題、解決問題能力；

通過畢業設計實踐，樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的工作作風，并培養自己具有一定的生產觀點、經濟觀點、全面觀點及團結協作的精神。

3.“福娃”造型參考圖：

課題十九、大功率高頻直流開關電源的設計

指導老師： 倪濤

通過該題目的設計,加強電力電子的學習和理解，系統學習開關電源的設計方法，綜合運所學過的知識,培養獨立工作，解決實際問題的能力，為走向工作崗位打一定的基礎

內容：

按技術參數設計一臺直流開關電源

主要技術參數：

輸入電壓：三相交流380V 輸入頻率：50HZ

輸 出：恒流50安 輸出電流變動范圍：0---50安連續可調

輸出電壓：0—60伏

要求：

1.按要求分階段寫文字材料；

2. 3.論文要按要求格式打印；

4.獨立完成

設計步驟：

1.閱讀國內外有關 2.選定開關電源集成控制器，學習其工作原理、應用方法；

3.主電路方案選擇，要有技術經濟比較；

4.主電路設計；

5.元器件的設計、計算、選擇；

6.控制電路、保護電路的設計；

7.打印論文

課題二十、三層樓電梯PLC控制系統設計與調試

指導老師：倪濤

設計內容： 1、不允許同時有兩層樓要求停電梯；

2、當二層不需要停時，能越過二層直接到達所需樓層。

要求：

分階段寫文字材料；

2、 3、論文要按要求格式打印；

4、獨立完成

步驟：

1、設計I/O配線表。

2、設計出電梯控制的梯形圖。

3、寫出指令表。

4、用編程器輸入指令。

調試運行。

課題二十一、車輛出入庫管理PLC系統設計

指導老師：楊芳

內容：編制一個用PLC控制的車輛出入庫管理梯形圖控制程序,控制要求如下:

1、入庫車輛前進時,計數器加1,后退則減1.

2、出庫車輛前進時計數器減1,后退則加1.

3、要求有顯示屏指示車庫內車輛的實際數目.

要求：

1.根據題意設計顯示電路，并按圖連接。

2.畫PLCI/O接口連線圖，并按圖連接。

3.編制梯形圖及指令語句表。

4.完成系統調試，實現控制要求。

課題二十二、水塔水位控制PLC系統設計

指導老師：楊芳

內容：1、保持水池的水位在S3——S4之間，當水位低于S3，則打開閥門進水，水位到達S4時，則關閉閥門。 水塔水位控制面板

要求：1.根據題意設計顯示電路，并按圖連接。

2.畫PLCI/O接口連線圖，并按圖連接。

3.編制梯形圖及指令語句表。

4.完成系統調試，實現控制要求。

課題二十三、用PRO/E軟件進行玩具造型設計

指導教師：羅進生

要求：利用軟件進行實體造型，寫出具體造型步驟。步驟清晰合理，造型思路明確。可以自己設計玩具形狀，分析所設計玩具市場前景。

參考圖樣：

課題二十四、基于PROE軟件的機械制圖三維模型庫開發及應用

篇13

0.引言

進入21世紀以來，我國鐵路建設發展迅猛，取得了良好的經濟與社會效益。隨著鐵路運輸速度的迅速提升，再加上其相對方便舒適的環境和價格上的優勢，勢必能吸引越來越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運輸的飛速發展給人們帶來的交通上的快捷與方便，車體與鐵軌的振動故障對公共財產及人身安全構成了前所未有的威脅。

伴隨著我國鐵路立體跨越式的迅猛發展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結果會造成電機等吊掛設備和車內設備的高頻高幅振動，引起車體設備振動能量的急速加劇。如果超過了鐵路各設備所允許的振動強度范圍，未來的工作性能指標及使用壽命將會受到過大的動態載荷和噪聲的嚴重影響，情況越發嚴重會導致零部件的早期失效。當前大量事實表明，在長期作用的情況下，鐵路振動故障可能會導致貨物破損，軌道破壞，列車脫軌等危險情況。為確保鐵路“安全、經濟、快捷、舒適”的特點和優勢，鐵路建設要不斷發展完善其各項功能，才能在越發激烈的市場競爭中取得優勢，因此，各國都加強了對鐵路振動的檢測及分析，也增加了對其的投入力度。

今年我國對鐵路振動檢測領域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴展到眾多方面。以往鐵路振動檢測系統只配備在一些重要單位或者要害部門，而在2000年以后，各個鐵路站段及各個振動檢測站點基本都已經涉及發展應用到。鐵路振動檢測系統的重要性越來越被人們所認可，近些年又不斷完善各項相應的標準和規范。為了保證鐵路的運輸安全、高效舒適的科學發展及以人為本的發展要求，確保鐵路的優勢和特點，如何準確檢測高速鐵路的振動并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實際問題。

1.數據采集系統設計方案

如圖1所示，本論文用于鐵路基礎設施監測的振動傳感器數據采集系統主要由下位機系統和上位機節點兩個大的部分組成。系統設計方案的結構框圖下位機系統里包含了振動傳感器數據采集模塊、IIC實時數據傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個單元。

振動傳感器把接收到的振動信號數字化，通過IIC數字傳輸方式，將數據發送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動傳感器數據并進行數據處理分析計算，通過RS-232串口通信，運用MAX3232電平轉換芯片及CH340 RS-232串口轉USB芯片，實現了XYZ三軸振動數值發送到上位機進行控制顯示。因為目前個人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉USB口芯片CH340G，數據可以從USB口進入PC上位機。由于每一個節點的檢測范圍有限，使用多個這樣的節點共同檢測則可以擴大系統的監測范圍，提高系統的整體工作性能。整個鐵路振動檢測系統是由多個下位機節點互相協作共同完成系統功能的。

2.系統硬件設計

2.1 系統硬件設計思想

本論文的鐵路振動檢測系統是由振動傳感器數據采集模塊，IIC實時數據傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。

振動傳感器數據采集模塊對鐵路振動的振動數據信號進行實時采集，將采集到的數據數字化，并通過IIC實時數據傳輸方式與單片機處理器通信，接著單片機處理器模塊將采集的數據進行數據處理分析，通過有線通信模塊上傳到上位機進行實時顯示及存儲，為鐵路振動故障的判斷提供合理依據。

微處理器中有數據處理分析算法的設計，完成對采集到的實時振動信號進行數據處理分析，判斷當前得到的振動數據是否在鐵路設備所能產生的振動范圍之內并對數據進行干擾點剔除，去直流及多項式趨勢項和平滑處理，計算出與自然坐標系夾角的角度，使整個鐵路振動檢測系統的性能與數據準確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統的錯誤上報率。

2.2 系統介紹

如圖2所示，系y硬件部分可以分為五個部分：振動傳感器數據采集模塊、IIC實時數據傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。

數據采集模塊：由單片機處理器模塊發出相應的控制指令配置振動傳感器的控制寄存器，內部控制寄存器來決定信號的采集速度、通信方式、數據輸出格式與帶寬，振動傳感器根據內部控制寄存器的值按要求采集振動信號。

實時數據傳輸模塊：振動傳感器采集的實時數據通過IIC傳輸方式，將數據發送給處理器，為之后的數據處理分析奠定了基礎。

微處理器模塊：主要工作是通過系統軟件控制數據采集模塊完成振動數據信號的采集，并對數據進行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數據上傳至PC上位機進行顯示及存儲。該模塊是振動傳感器數據采集模塊和RS-232有線通信模塊進行聯系的核心部分。

RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數據，通過RS-232串口通信的方式傳遞給上位機，上位機會自動顯示及存儲數據，供振動故障的判斷使用。

電源模塊：通過該模塊，將5V外部直流電源轉換成系統所使用的3.3V電源。

結論

本論文設計了一套鐵路振動檢測系統，該系統采用下位機整體檢測模塊PC上位機整體控制數據流向，并對上傳的檢測數據進行顯示保存。從與傳統檢測方法的比較來看，它能夠更加高效、深入、細致的對鐵路振動信號進行檢測、處理分析及顯示存儲，并為鐵路振動故障的判斷提供可靠依據。

參考文獻

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