采用可编程I/O接口的多路串行通讯模拟器设计

某航天器闭式贮箱增压控制系统的测试中,需要设计具有多路串行通讯接口的模拟器,用于模拟数字式压力传感器的输出信号。对于72路串行发送和10路串行接收功能,若采用传统商用的标准串行通讯接口板,则整个模拟器需要十多套板卡,系统复杂,体积大,且多个通道之间难以实现同步与实时控制。为此提出了一种采用多路可编程I/O接口板实现485通讯功能的方案,借助于LabVIEW软件开发平台,由FPGA编程实现通讯协议;并配置信号调理板以实现信号的隔离传输和驱动。最终仅用一台小型便携式设备和三块板卡就实现了模拟器的所有功能,可以灵活地根据系统设置的工作模式模拟传感器的输出,在增压系统的测试中表现优异。试验结果表明,此种设计方案具有较强的通用性和适应性,可以广泛推广到多种通讯应用场合。     

基于GPS的多路时码时统系统设计

时统系统是各种光电设备、导航系统上必备的高精度电子设备。针对天文导航和惯性导航设备对时统信息的需求,设计了一种多路串行时码输出的时统系统,阐述了设计方案及软硬件实现流程。基于FPGA实现了多路串口通信,可方便扩展更多路串口,通过DSP控制串口工作方式及GPS信息处理,可适用多数GPS接收机,处理系统输出格式。实验证明该设计功能齐全、可靠性高、易于调试,适用于为导航设备提供时间信号和频率信号以实现整个设备的时间和频率统一。     

液体密度仪的设计与制作

依据物理原理,采用传感器技术设计与制作的液体密度仪可实现自动、连续测量待测液体的密度。该装置主要是由盛装待测液容器、信号采集、信号处理、信号显示等功能组成。采用压力传感器采集待测液的重量,超声波测距模块采集待测液体的高度;以STM32单片机为控制核心,对采集到的信号进行数据处理,并将结果传送至显示器,实时显示测量结果。具有快捷、精确、实时测量的优点,在教学科研方面有一定实用价值。     

太阳能跟踪系统的实验设计

实验系统由输入设备(光敏三极管等)、控制设备(单片机)和输出执行设备(舵机)构成。分布在180度方向范围内的多个光敏三极管接收不同角度的光线强度,转换为电信号。单片机将该电信号与输入的控制脉冲信号进行比对,产生纠正脉冲信号,并驱动电机反向或正向转动,使得太阳板时刻与光线垂直,提高了太阳板光电转换效率。     

基于无线通信的激光超声测量系统

激光超声测量技术是一种重要和先进的非接触式超声测量技术.为了减少测量系统各构成部分间的电缆连接,将无线通信技术与激光测量技术的特点相结合,研究了一种激光超声无损测量系统,分析了该测量系统的原理及构成.系统用掺钕钇铝石榴石固体激光器在材料中激励超声波,压电换能器接收超声信号.该信号经系统级芯片MSP430F2274单片机放大、模数转换成数字信号,然后由单片机控制nRF905芯片进行信号的无线传输.接收部分的单片机采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信,把信号送入计算机显示记录存储和处理.结果表明该系统实现了激光超声的近程无线测量, 简化了系统的结构,传输性能稳定,对周围电子仪器干扰小,显示了很好的应用前景.     

数字相位测距仪信号源的研究与设计

在相位激光测距仪中,信号初始相位的相对稳定性对测距仪的测量精度非常重要.对于如何得到全同步的主振信号、本振信号、差频参考信号以及填充脉冲,给出了采用单片机控制频率合成器(DDS)直接数字频率合成芯片,直接滤波以及FPGA软件模拟DDS原理三种不同的方案,最后对这三种方案进行了比较.直接滤波法实现起来简单且成本较低,适合测量精度不是很高的系统.另外两种方案可用于测量精度较高的系统,但是成本较高.     

激光干涉法检测回流离子特征参数的实验研究

 分析了回流离子基本物理特性及特征参数的检测与信号处理方法,设计了激光干涉实验方案。简要介绍了该实验方案的优缺点,并针对具体实验调试工作中出现的不利于信号检测的问题,总结出了解决方法：严格按照成像质量要求进行光学元器件的设计、加工、选型、调试,可获得较为理想的静态干涉图像;在激光干涉条纹输出与分幅相机之间增加一定缩束比例的缩束镜,可获得动态干涉图像;采用铅等重金属材料对分幅相机进行屏蔽可提高测量图像的信噪比;在6 μs时间段内,采用变时延和时间间隔的方法,获得了回流离子的状态信息。最后对实验所获得的干涉图像进行了分析处理,获得了假设条件下回流离子的密度分布。     

锁相检测式二维小角度测量装置

介绍了一种新型的二维小角度检测装置。由于该装置采用了光电自准直结构,以高灵敏度的四象限硅光电探测器作为检测元件,采用交流调制,锁相放大的方法对信号进行了处理,所以有效地消除了直流漂移的影响,提高了稳定性和测试精度。分析了光斑的形状和大小对测试结果的影响,研制了专门的标定装置。首先由高精度的光电自准直仪标定测量角度与输出信号的关系,并将相关数据存入单片机,然后由软件拟合出关系曲线。测量时,既可自动显示角度的大小,同时也可以与计算机相连。该测试系统结构小巧,具有较高的测量精度。     

基于线阵CCD的图像采集系统设计

介绍了一种快速提取边缘特征信息的图像采集系统设计方法。该方法以C8051f060单片机为控制核心, 结合外围环形硬件电路实现对线阵CCD图像传感器的驱动,采用简单的预处理电路将两路CCD输出信号转变为一路可利用的视频信号,再利用单片机的A/D转换模块对视频信号进行模数转换和串口通信将数字图像数据发送到上位机等待后续处理。该系统电路设计较简单,集成度高,成本低,避免了以往设计方法的不足,通过实验结果表明：该系统具有较好的抗干扰性和稳定性,产生的驱动信号符合CCD工作需求,可以快速、高效完成对含有边缘特征信号的采集并实现高精度测量。     

智能密度测量仪

通过对密度测量的仪器和方法的改进研制了智能密度测量仪.系统通过ADHX711芯片将压力传感器信号进行模数转换,以AT89S52单片机为控制核心,利用按键实现对芯片的实时控制,并用指示灯显示按键的状况,采用自制数字温度计检测当前的水温,根据该参数对比出当前水的密度,再由压力传感器测出物体在水中的视重,通过单片机对主控芯片进行数据处理,精确测量出被测固体的密度值.     

兰州重离子加速器控制系统DSP组件设计

针对重离子加速器部分电源的控制要求,进行了分析研究,提出并实现了一种实时、高效、多功能的控制系统。该系统基于数字信号处理器（DSP）和两片现场可编程门阵列（FPGA）芯片相结合的核心处理构架,在系统后端利用PXI总线接口配合FPGA来与工控机箱中的系统控制器和其他控制组件进行大批量数据交互;系统前端利用直接数字频率合成器、模数转换器和数模转换器等器件结合DSP和FPGA中的控制算法及相应控制机制来实现对不同电源控制参数的处理和功率的输出;平台中两组光纤模块也与FPGA相配合实现对同步触发事例等实时数据的收发和调试。     

HL-2A脉冲步进阶梯调制高压电源控制系统的研制

介绍了HL-2A 上基于脉冲步进阶梯调制(PSM)技术的高压电源控制系统的研究。控制系统以数字信号处理+现场可编程门阵列(DSP+FPGA)为架构，控制112 个每秒采样(SPS)模块，按照一定的控制方式使电源输出稳定的电压。DSP 负责数据传输、通讯、控制算法等；FPGA 利用其强大的逻辑功能输出所需的脉冲。通过对程序的编写、仿真和调试，实验结果表明该控制系统的特性达到了设计要求。     

PID数字控制器多指标优化模拟设计方法研究

建立PID数字控制器多指标统一优化模拟设计方法;用SIMULINK仿真研究数字PID控制对模拟PID控制的复现能力和PID计算机控制系统的阶跃响应,用MATLAB仿真筛选PID参数的优化组合值;提出并建立了一种新的PID数字控制器多指标优化模拟设计方法,包括:PID初值确定方法、模拟PID优化参数MATLAB筛选方案和软件流程图、模拟PID参数转换数字PID参数的方法、SIMULINK仿真验证设计结果的有效性的方法等;研究表明,该方法可用于1～5ms采样周期的PID数字控制器多指标优化模拟设计,且能独立使用、无需PID经验数据和其它设计/整定方法;提供了4个代表性的实例设计,验证了该方法的有效性。     

基于数字图像处理的蚕茧表面积计算方法

介绍了基于数字图像处理的蚕茧质量无损智能检测方法,通过对被检茧进行图像采集、数据分析处理和计算,应用软件自动推算出各项评级指标并综合评级,最后得出评级结果。根据蚕茧质量无损智能检测方案,主要论述了其中重要参数的测量方法——基于图像处理技术的蚕茧表面积测量计算方法,介绍了建立蚕茧茧壳表面积计算的数学模型和测量方法。并对测量结果进行分析,本检测方法误差小,简便可靠,有很好的实际应用价值。     

基于FPGA的快速脉冲数据采集及处理系统设计

为了提高脉冲信号多参数提取的准确性,从而更精确地表征细胞多种物理和生化特性,设计了基于FPGA 的快速脉冲数据采集与处理系统。首先,采用对时间窗口和幅值同时设定阈值的方法,有效避免了噪声对有效脉冲识别的影响;其次,采用FPGA实现数据采集、快速数字滤波、以及脉冲峰值、面积和脉宽三个参数的提取,并利用FPGA作为外部主控制器实现对USB芯片CY7C68013A内部FIFO的控制,实现脉冲数据的高速处理、传输;最后,对系统的可行性及准确性进行了实验。实验结果表明,本系统能够对脉冲信号进行有效实时识别和高准确度的参数提取,同时USB的数据传输速度可达29.8MB/S,满足系统数据传输的实时性要求。     

电视形心跟踪技术在260激光电视电影经纬仪上的成功应用

本文论述了新近研制成功的一种靶场测量用光电设备—260激光电视电影经纬仪,用于对飞行器进行外弹道测量。它能以半自动跟踪、电视自动跟踪及数学引导三种方式跟踪被测目标,具有很高的跟踪测量精度和很强的实时测量、实时输出能力。设备上加装的激光测距系统,使其具有单站定位能力。设备上的数字化实时电视形心跟踪器是由视频处理器、投影处理器与跟踪窗控制器等组成。它采用了TMS320系列的高速数字信号处理芯片组成的多微机并行处理结构及流水线技术,并与巧妙设计的模拟图象预处理技术相结合,成功地通过了室内检测、机场试验和外场校飞,曾以很高的回波率对不装合作目标的掠海导弹进行单站跟踪测量,距离达到10.4km。研制和现场实用结果证明,采用这种实时图象跟踪技术,使靶场光电设备增添了优异的性能。     

嵌入式数字视频实时采集技术研究

激光通信的视频采集需要嵌入式标准化接口的实时数字采集,采取FPGA+SAA7111A的架构来实现系统的实时化、小型化、标准化和模块化。FPGA作为控制器,经I2C总线对视频解码芯片SAA7111A进行初始化。设计了两个读写互斥的存贮单元,分别用来存贮所采集的奇场和偶场数据,并专门设计了一个用于和图像处理单元通信的标准握手接口;为减小传送数据流量,对采集后的图像进行了提取和预处理。通过反复试验仿真,基于FPGA的整个图像采集方案可行,能够在图像采集处理系统中得以应用。     

散斑面内形变场检测系统设计

数字散斑测量是一种非接触、全场测量的高精度光测方法。该系统由散斑生成装置、数据采集装置和数据处理装置三部分组成。散斑生成装置将扩散的激光束投射到待测物体上,用接收屏接收物体散射生成的散斑图像。数据采集装置主要由CCD和数字采集卡组成,CCD拍摄散斑图像,并将其传输给数字采集卡,经采集卡转换成数字图像,以矩阵形式输入到数据处理装置。数据处理装置根据光学相关识别技术设计的检测程序对采集到的数字图像进行相关运算,通过对相关峰的准确定位来获取物体的形变信息。     

一种新颖的供热管网隐性气体泄漏检测系统设计

供热管网由于管线距离长、高空架设结构不统一,导致其隐性热量泄露严重且很难发现。设计了一种新颖的供热管网隐性泄漏检测系统。采用光离子传感器PID-A1, 通过热电偶的阻值随燃烧热量来影响初始电压的变化进而对管线隐性泄露气体进行反映并检测,采用HUAWEI CM无线模块,完成全部PID-A1检测数据的无线接收、发射、基带信号处理和音频信号处理并传递数据到OPA4340数据采集模块,采用高速数字信号处理MCU芯片AT89C58实时处理采集到的数据,最终实现了供热管网隐性气体泄漏的检测。软件设计通过直接焓值法优化数据MCU处理模块的中央控制器运算性能,采用最小二乘法增强热量采集温度的效率和精度,确保检测系统的低功耗和高效率。最后进行仿真实验,实验结果表明: 本文系统的节能量比传统系统平均节能120J,并且本文系统的运算效率优于传统系统,提高22%左右,检测误差在2%以内,说明本系统的具用很强的可用性和推广价值。     

长度测量中干涉条纹的自动识别技术研究

利用激光干涉与数字图像处理技术以及应用FFT分析干涉条纹方法,分析并解决了测量端面长度标准中条纹图的处理技术,应用这种方法不但提高了测试过程的自动化程度,而且大大地提高了测量结果的精度,并给出了最典型的端面长度标准量块的干涉条纹小数部分的实测结果.