网络化测控系统的设计与开发
这是一篇关于网络化,信号采集,嵌入式控制,DSP+FPGA的论文, 主要内容为测量与控制是现代工程科技不可或缺的两个重要组成部分。随着计算机、网络、微电子等领域的快速发展及新技术成果的不断取得，测控系统也出现了功能更强大、性价比更高的实现方式。网络化的虚拟信号测量仪器与嵌入式控制系统是当今测控系统的发展趋势，该工程技术领域的研究成果不仅能够很快地实现经济效益的转化，而且对提高一国的军工科技水平和工业生产水平也具有深远的意义。 本课题结合网络化虚拟仪器和嵌入式控制系统的特点与优势，设计实现了具有网络通信功能和远程信号采集及控制功能的网络化测控系统。系统的设计目标是：满足多受控系统同步的需要，搭建具有网络化、可扩展化、大数据带宽特点的，应用领域相对广泛的测控平台系统，实现信息的远程通信、测控功能的嵌入式实现、操作界面的虚拟化呈现。系统以数据采集控制卡作为测控现场的具体执行端，多测控卡通过以太网实现多端点联网，通过运行于上位机的测控系统软件对整个系统进行整体控制。 测控卡的功能架构为DSP+FPGA结构，DSP采用数据处理性能优异、片上外设丰富的最新一代的工控专用浮点处理器TMS320F28335，FPGA选用片上逻辑资源量大、性价比高的EP2C8Q208CN。DSP在测控端担负主控制器职能，负责流程控制、任务分配及系统各部分软、硬件的协调，主要包括测控算法的实现、协处理器任务的发放、以太网通信等。FPGA用以扩展与外围功能模块的通信接口，如获取反馈信号、输出控制信号、数据锁存等，这样就为系统升级、增加外设种类提供了广阔空间，同时当系统有大量复杂算法需要运算时，可以接受DSP分配的数据处理任务。主要的测量及控制任务通过以太网通信由运行于上位机的测控系统软件进行人工操作。 测控系统软件由实时监控、数据后台处理、网络通信三大功能模块组成。三者既有紧密联系的数据交互，又有相对独立的功能执行。网络通信模块是其它两个模块与系统下位各测控端点联系的通道，执行以太网通信功能；实时监控模块是测控软件的核心，对其它两模块有控制、调用与配置的权利，为操作者表达功能需求实现测控功能提供操作接口；数据后台处理模块根据监控模块的控制、通过文件型数据库对测控数据进行管理。 通过测控软件联网现场测控端执行系统联调，系统能很好的执行由操作者分配的测控任务，达到设计目标。
基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统的设计与实现
这是一篇关于ZIGBEE网络,三维电法勘探,信号采集,数据解释的论文, 主要内容为电法勘探是勘探地球物理学主要学科之一。在各种矿产资源、水文、工程地质等勘察方面,电法勘探已成为不可替代的、最有效的勘察手段之一,在考古、环保、地质灾害等领域,电法也是有效的调查手段。 近年来,出现了很多使用计算机控制的电法仪器,和许多针对电法数据进行分析处理的软件系统。这些仪器和软件系统在勘探工作中,已经得到了较广泛的应用,但仍有一些不足之处。针对现有技术的不足,本文讨论了一种新型的基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统的设计与实现。该系统具有以下几个创新点： 1.系统结构方面,使用zigbee无线网络传输控制信号和测量数据,使得系统整体结构轻便、易于布置； 2.信号采集方面,提出新的算法思路,使用了大样本采样方式,提高数据采集的准确性和可靠性： 3.数据解释方面,实现了自动进行富水分析和岩石分析、自动判别异常。 按照面向对象开发方法的流程,本文对基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统设计和实现的各环节进行了讨论。 首先,本文提出了电法勘探系统的改进方向,并使用用例分析方法从使用者角度对系统进行了与实现无关的描述,得出了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统的需求分析。 其次,在需求分析的基础上,讨论了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统的架构设计。在架构设计中,根据系统需求提出系统设计的目标和原则,然后从技术架构和功能架构两方面进行了讨论。在技术架构方面,引入了TRIZ创新方法指导网络架构设计,使用分层模式进行了逻辑架构设计。在功能架构方面,讨论了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统各功能模块的设计。 再次,对基于Zigbee网络的三维电法勘探系统进行了详细设计。在静态建模中,讨论了对系统中的类和类间关系进行分析的方法,用类图和类间关系图进行了举例描述。在动态建模中,使用时序图来描述对象之间动态的交互关系,使用协作图显示对象、对象间的链接以及链接对象间如何发送消息。使用状态图描述了类的所有对象可能具有的状态、引起状态变化的事件,以及对象状态和事件之间的关系。使用活动图表现系统中各种活动的次序。在系统数据库设计中,按照关系数据库的规范化设计理论对系统数据库模型进行了设计,并讨论了XML的数据存储和交换方式。 接下来,在详细设计的基础上,讨论了系统各模块的实现以及测试。系统实现主要讨论系统的三个核心模块,即数据采集、数据分析和制图的实现过程和技术难点。在数据采集模块的实现中,讨论了使用Zigbee无线网络传输指令和数据的方法,以及对实现过程中遇到的一个硬件兼容问题的解决方法。另外,还讨论了根据地电信号特点设计的一种采集算法。在数据分析模块的实现中,讨论了自动进行异常判定的分析方法。在制图模块中,介绍了调用Matlab软件制作图形的方法。在系统测试中,讨论了根据本系统特点选择的测试方法。 最后,本文对基于zigbee网络的三维电法勘探系统的应用前景和发展方向进行了讨论。
基于DSP的信号采集与处理系统的设计与实现
这是一篇关于信号采集,DSP,FFT,CCS2000,LCD,Matlab的论文, 主要内容为随着信息科学的迅猛发展,数字信号处理已成为一门关键技术,而数字信号处理器(DSP)芯片的出现为实现数字信号处理算法提供了可能。DSP芯片存储系统采用了哈佛结构,并使用多级流水线技术,以其强大的数据处理功能在通信和信号处理等领域得到了广泛应用,成为研究的热点。 本文论述了一种基于数字信号处理器(DSP)的数据采集与处理系统的设计方案,并给出了具体的软硬件实现。系统使用TI公司的TMS320LF2407A型号的DSP芯片作为核心处理器,实现了控制A/D采样、处理采样数据、显示处理结果并响应按键等功能。论文主要从以下几个方面论述整个系统的设计方案: (1)分析了系统进行可行性,包括简要的理论基础,处理器和开发板的选型,系统性能参数的设定等。 (2)详细研究了系统理论基础,包括谱分析原理,误差分析,以及2048点实序列FFT变换在DSP上高效实现(节省时间和空间)。 (3)设计了系统硬件电路,包括前端输入信号调理电路和抗混叠滤波电路的设计及实现,开发板硬件资源分配(包括存储器分配,ADC模块配置等),和液晶接口、键盘接口的实现。 (4)实现了系统软件设计,包括整个系统程序流程的设计,各个模块应用程序的实现,.cmd文件的配置,FLASH下载以及系统指标参数、频率分辨率和采样频率的设定。 (5)论证了系统算法的正确性和系统性能的精确性,从理论、实验数据分析、以及Matlab仿真等多角度分析了实验结果,并给出了改进的方案和可行性分析。 从整体上看,所设计的系统,合理地实现了信号采集和处理系统的功能。其设计方法简便可行,可作为廉价的信号采集平台,或者稍加改进作为简易数字示波器或频谱分析仪器。
回旋行波管检波信号采集与处理系统的设计与实现
这是一篇关于回旋行波管,检波信号,信号采集,数据处理,小波阈值去噪的论文, 主要内容为回旋行波管是一种工作在毫米波以及亚毫米波频段的真空器件,广泛应用在无线通信、高分辨率雷达以及电子战等领域。回旋行波管在出厂交付用户前必须进行高频测试,以保证回旋行波管能够在规定或者最佳的特性参数下连续稳定工作。现有高频测试系统通过观察回旋行波管检波信号波形进行饱和输出功率特性的调试,典型高频测试系统采用体积大、价格高的示波器对回旋行波管检波信号进行采集,不利于系统的小型化与集成化。并且示波器受到仪器本身时基长度限制,只能在屏幕中显示检波信号的几个周期,不利于特性参数的高效率调试。此外,检波信号会受到噪声影响而产生信号波动现象,使得高频测试得到的饱和输出功率特性结果不准确,不准确的测试会导致回旋行波管无法发挥最大性能甚至会对回旋行波管造成损害。因此设计一种能够解决上述问题的回旋行波管检波信号的采集与处理系统十分有必要。本文设计了一种集成信号调理、信号采集、数据处理与传输的回旋行波管检波信号的采集与处理的硬件系统,实现了对不同重频和占空比的检波信号的采集。同时本文基于FPGA对采集到的含有噪声的回旋行波管检波信号进行降噪处理,降噪算法采用了小波阈值算法以及LMS算法。此外针对检波信号特征,本文对小波阈值算法中的阈值函数进行优化,提出了一种自定义阈值函数,该自定义阈值函数可以更好地提高含噪检波信号的SNR以及降低MSE,仿真实验表明SNR和MSE分别优化了21.55%以及47.86%,性能优于传统的软硬阈值函数处理效果。最终本文在FPGA上实现了采用Haar小波基函数、2层分解层数、Visu Shrink阈值以及自定义阈值的小波阈值降噪模块以及其它算法模块,对检波信号实现了有效的降噪处理。最终系统整体测试结果表明信号采集单板的采集链路可以正常对检波信号进行采集并传输至FPGA。FPGA实现的控制以及算法功能得到验证,并且可以很好地在实际工作环境中对检波信号进行采集、处理以及传输。该系统成本低,便携性强、实现了对回旋行波管检波信号的降噪处理,具有十分重大的工程价值和意义。
加工中心进给系统健康状态评估
这是一篇关于进给系统,信号采集,特征值筛选,健康状态评估,系统设计的论文, 主要内容为进给系统作为数控机床的子系统,其可靠性能够直接影响被加工件精度,其重要程度不言而喻。当进给系统发生故障时,需要进行停机检修,这在降低工作效率的同时,也会导致维护成本增加。通过对进给系统退化过程进行监测及健康状态评估,能够合理制定预防维修策略,延长进给系统及整机的使用寿命。本文以进给系统为研究对象,在综合分析健康状态评估等相关技术的国内外研究现状的基础上,完成进给系统状态监测方案设计、健康状态评估及系统设计。(1)进给系统关键件及监测量的选取。从数控机床进给系统结构及工作原理着手,针对当前机电设备关键件的选取方式不能完整表达设备运行状态的缺陷,通过进给系统逆向FTF分析,完成进给系统关键件及监测量的选取,选择伺服系统、丝杠及轴承作为关键件,选择电流信号、振动信号作为监测量。(2)进给系统监测信息采集及信号处理。通过基于外置与内置传感器两种方法进行进给系统运行状态的信息采集,并对传感器的种类、测点的选择以及数据传输至PC端的方式进行选择,最终对加工参数及工况等进行设计,从而输出进给系统状态监测方案并进行信号采集。通过EEMD结合小波阈值的方法完成对原始信号预处理得到重构信号,计算其时域、频域上的特征值并用PCA算法进行筛选。(3)进给系统健康状态评估及系统设计。以PCA筛选的特征值为评价指标,以进给系统关键件为评价对象,建立进给系统的二次健康状态评估指标,利用距离组合赋权和灰色模糊法进行关键部件及进给系统的健康状态的评估,获取各关键部件及进给系统的健康状态。基于数控机床健康评估的实时性需求,进行健康状态评估系统设计。以B/S结构作为健康状态评估系统的整体架构,软件平台开发中的前端选择node作为环境配置进开发,后端设计使用spring boot框架,使系统具备基本管理、检测与警报及健康状态评估功能。本文提出的进给系统健康评估方法及系统设计,能够有效对进给系统的退化程度进行监测和健康状态的实时显示,解决只能依赖历史数据进行故障预警的情况,具有广泛的应用价值。
基于级联U-Net网络的PPG信号连续血压预测的研究
这是一篇关于血压预测,特征提取,时间对齐,血管硬度,信号采集的论文, 主要内容为人们在饮食和生活的不规律造成熬夜和肥胖率的不断上升,随之引起的心血管疾病的越来越多。为了有效地防治血压疾病,人们对于准确且连续地测量血压的需求越来越大。近年来,越来越多的学者开始对血压数据进行建模和研究,建立血压预测模型来预测人体血压值,从预测结果来看基于PPG信号的连续测量血压方式是可行的,但也仍存在血压预测算法的不够实时而且预测结果精度不高,没有达到国际标准。如何通过PPG信号来实现高准确度的血压预测是需要重点解决的难题。本文的主要进行了以下改进和创新:(1)本文提出了一种基于数学方法的PPG信号处理以及减少PPG信号与血压数据相位差的方法。针对性的构建了数据质量优化和信号时间对齐方法。其中采集信号过程中因为外界光照、人体运动、呼吸起伏等原因难以避免的会使信号存在噪声,对预测准确度有很大的影响。在用于预测之前需要消除信号中的基线漂移和高频干扰,然后判断由于测量不规范等原因造成的数据异常,去除无研究意义的数据;将ECG的R峰作为参考实现PPG信号时间对齐,减少与血压数据的时间差。减少数据质量、PPG信号与血压数据之间的相位差对血压预测准确度的影响,实验验证了这一操作可以有效优化预测效果。(2)本文提出了一种基于PPG信号和血压硬度的卷积神经网络的血压预测方法。融合U-Net和MultiResUNet网络模型,同时为了提高SBP的预测准确度,结合PPG的特征点,引入血管硬度这一特征值。将通过对实验数据进行多标准对比,与BHS标准相比已达到A级要求,其中DBP预测准确率平均比等级A标准要求高出13.33个百分点,SBP高出3.67个百分点。同时还满足AAMI标准中的MAE<=5和STD<=8的要求。(3)本文在实验的血压预测模型的基础上,实现了 PPG采集与预测的便携连续血压预测设备。采集PPG信号的进行去除噪声、波峰波谷提取。同时还能估算出心率与血氧信号,最后将实验模型预测血压值,与电子血压计测量结果进行对比,DBP的平均绝对误差为2.93mmHg,SBP的平均绝对误差为4.33mmHg。取得了比较不错的效果。综上所述,本文提出了一种基于级联的U-Net血压预测模型,通过PPG信号时间对齐和引入血管硬度特征等手段提高了血压预测的准确度,预测结果同时达到了 BHS标准A级和AAMI标准。同时基于实验模型设计并实现了一种基于反射式的PPG采集与连续血压测量的设备,有着较高的预测效果和较好的实用性。
水声信号采集系统设计与实现
这是一篇关于海洋,水听器,信号采集,水声信号,STM32的论文, 主要内容为海洋是一个新兴的具有战略意义的开发领域,关系国防安全,民族振兴。海洋水声信号作为海洋环境中一个重要的声学特征,对其的研究探索对海洋开发具有重要的意义。目前,水声信号采集系统多为高频、非自容式设备,但对低频水声信号的研究同样重要。随着对低频水声信号的研究逐渐迫切,本文将实现一种在水下作业的针对低频水声信号进行采集的自容式设备。主要包括以下内容:(1)论文首先基于海洋多变环境下的低频水声信号采集技术重难点,确定水声信号采集系统的技术指标和设计方案。(2)系统在硬件设计方面选用高灵敏度水听器采集水声信号。设计放大电路对采集信号进行放大处理;设计滤波电路滤除干扰信号;设计电压转换电路实现电压信号的转换,并通过Simulink仿真电路验证设计电路的正确性。为实现系统低功耗运行,选用STM32F407作为主控芯片;为采集高分辨率水声信号,选用ADS1256作为模数转换芯片;最后选用SD卡作为存储介质,完成数据实时且高速的存储。(3)系统的软件设计主要包括下位机和上位机的开发,下位机中主要完成系统外设的驱动开发。此外,本文依据本次设计系统对水声信号采集存储的特点,对传统的乒乓缓存法进行升级来处理数据。升级后的乒乓缓存法在保证数据无失点的前提下,进一步减少程序的占用内存,极大提高了系统工作效率。为保证对系统参数设置和数据读取的方便性,设计上位机软件提供人机交互服务。(4)系统的机械结构设计主要包括水听器保护架和耐压仓。首先,针对水听器在海洋复杂环境中易受损等问题,本文创新性的设计一款含弹簧机构的水听器保护支架,增加水听器可靠性并延长其使用寿命,确保测试任务顺利进行。其次,设计一款耐压仓,对其进行强度计算,验证结构的合理性;并进行密封处理,确保电子元器件在高压环境下稳定工作。(5)最后进行水声信号采集系统各模块的测试,完成系统的功耗测试、震动测试、千岛湖测试和打压测试,测试表明本文的硬件电路系统设计、软件开发和机械结构设计都符合技术指标要求,能够在海洋复杂环境中作业。
基于B/S架构的桥梁检测软件系统
这是一篇关于B/S架构,远程检测,ASP.NET,Delphi,信号采集的论文, 主要内容为桥梁,作为日常生活中常见的建筑,解决了城市交通拥挤的问题,为城市的交通运输提供了很大的方便。桥梁的安全直接关系到人们的人身安全,因此,桥梁检测系统的研制成为了国内外桥梁科研技术人员的研究热点。随着人们对桥梁安全性的重视,许多桥梁检测系统相继诞生。 本设计应用Web技术开发一套基于B/S架构的桥梁检测软件系统,目的是实现不同的桥梁养护技术人员,可以在不用的工作地点,通过不同的浏览器登录同一个服务器,对同一个桥梁信息数据库进行访问,实现对桥梁状态的远程检测,确保桥梁的性能分析和检测工作得以同步。 本文首先介绍了桥梁检测系统的背景和Web程序的开发技术,阐明了将Web技术应用到桥梁检测系统中的重要意义。然后,从总体设计入手,确定本系统的每个功能模块,主要模块有：信号采集与处理软件、数据库设计、网络服务器应用程序设计。接着,详细描述了每个模块应用的技术和设计过程,重点介绍了三层架构、SQL Server数据库操作、ASP.NET网页设计、Silverlight技术绘图、Delphi界面设计等。最后,根据本系统在服务器与客户端调试过程中遇到的问题,提出本设计中需要以后进一步改进的地方。 本系统设计的结果表明：应用ASP.NET技术建立B/S架构的桥梁检测软件系统是可行的,因为这样不仅可以灵活发挥了.NET、Silverlight、Ajax、JavaScript等强大的新型网络编程能力,还可以实现对桥梁状态的远程检测。另外,应用Delphi开发桥梁信号采集上位机也非常简单、灵活,并且它支持高效率的数据库操作和管理。所以,桥梁养护技术人员可以利用本系统及时地掌握桥梁的状态信息,从而确保桥梁的使用安全。
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