数字示波器中FPGA间高速信号传输同步方法

数据采集系统是数字示波器(DSO)的核心组成单元,随着示波器带宽采样率的逐步提升,单片模数转换器(ADC)+现场可编辑门控阵列(FPGA)的架构难以满足超高速以及多通道的应用场景,因此,高端示波器中数据采集系统普遍采用“主从”FPGA控制架构。在该架构下,多个FPGA之间信号的同步传输是实现采集系统的同步和精确采集的重要前提。针对多FPGA板卡之间的信号同步传输问题,提出了一种FPGA之间高速信号同步传输的方法,借助FPGA的IODELAY单元,通过测试数据训练找到最稳定的同步传输区间,实现多FPGA之间的同步传输。在自研的数字示波器上的实验表明,该方法能够有效实现FPGA之间高速信号的同步传输。

磁浮子液位计的应用

磁浮子液位计又称为磁性液位计或磁翻板液位计,是在石油、化工、电力等工业领域广泛使用的液位测量仪表之一。通过对磁浮子液位计在实际选型、安装、维护使用过程中遇到的问题进行汇总和分析,介绍了磁浮子液位计的测量原理和特点,为磁浮子液位计在石油、化工领域中的实际选型和具体使用提供参考。

基于埃特金逐步插值滤波器的TIADC时间误差校准方法

拉格朗日插值滤波器可以应用于TIADC时间误差校准,并且该方法有较好的校准效果。但是拉格朗日插值滤波器的阶数不易调节,这使得该滤波器在实际应用时不灵活。本文针对此问题,提出了基于埃特金逐步插值滤波器的TIADC时间误差校准方法。本文化简了埃特金插值多项式的计算公式,并设计了一种新增插值结点的选取方法,从而将埃特金逐步插值算法应用于时间误差的校准。本文方法能根据TIADC采样系统的输入信号频率和设定的精度要求自动调节埃特金逐步插值滤波器的阶数。仿真结果表明,在90%的奈奎斯特频带范围内,本校准方法能有效抑制时间误差引起的杂散分量,且能自动调节滤波器的阶数,当输入信号的归一化频率为0.35时,校准后的SNDR提高了40.37 dB。并通过实验验证本校准方法的效果。

快速跟踪分割辅助的动态SLAM

目前,同时定位与地图构建(SLAM)技术在真实环境中的应用仍受多种因素制约,室内环境中的动态对象干扰就是其中一个亟待解决的问题。提出一种基于ORB-SLAM3并以实例分割网络为辅助的视觉SLAM系统,该系统将分割任务置于后端,在前端结合RGB-D相机输入和核相关滤波(KCF)算法对后端检测到的语义信息进行跟踪传递,并且使用语义信息在贝叶斯概率框架中追踪关键点的运动状态。与目前基于检测或分割的方法相比,该系统使用更为轻量化的方案来分割和跟踪场景中的运动对象,并在贝叶斯滤波模型的进一步辅助下,既实现了准确的动态干扰滤除,又优化了卷积神经网络(CNN)预处理导致的系统运行实时性问题。在TUM RGB-D数据集上的实验表明,该系统能以约16 fps的速度取得较高的定位精度,相较于ORB-SLAM3平均领先78.56%,相较于DynaSLAM平均领先11.85%。

高速并行数字调制信号的产生与实现

数字调制技术是高速通信传输系统的关键技术之一。本文提出了一种全并行的高速数字调制信号产生架构,该架构可以在现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台中通过算法级的流水线实现。通过理论分析与推导,并行频域成型滤波器中的DFT/IDFT可以由低复杂度的两个基-8 FFT算法级联构成,进一步给出了具体的FPGA架构和实现方法。另外,为了进一步降低硬件资源,本文分析并设计了一种适用于并行实现的免混频数字正交上变频架构。仿真实验对高速并行数字调制架构中的并行频域成型滤波器在时域和频域分别进行了算法验证,FPGA硬件实现结果验证了高速并行数字调制信号产生的频谱性能。

角度仪摆放方向引起读数偏差的分析与研究

本文针对角度仪在斜面上摆放不同方向引起的读数偏差的问题,构建三角形数学模型推导角度计算公式,计算不同斜面角度不同摆放方向引入偏差量,设计“试验人员肉眼判断角度仪是否放正”对比试验,测量统计试验人员主观判断摆放方向±5°偏离将引入斜面角度(-0.04~-0.1)°偏差,评估摆放方向不确定度分量在扩展合成不确定度的占比,总结在环境试验设备检验、家用和医疗器械安规测试中,不使用精密工具校正肉眼摆正角度仪对斜面角度测量结果影响不大。本文为量化研究角度仪在斜面上摆放方向引入不确定度提供了参考。

PC机与LwIP嵌入式设备的UDP通讯研究

随着LwIP嵌入式设备和Python在工业领域的应用日益增加,加之Python开发工具Pycharm支持第三方库PySide6图形化用户界面,因而Python、PySide6与LwIP嵌入式数采设备的结合可以建立上位PC机与工业现场的远程通讯网络,即上位PC机利用Python和PySide6实现对LwIP嵌入式设备传输数据的接收和曲线显示。本文深入研究了LwIP嵌入式设备与上位PC机的UDP通讯原理及方法,并对影响UDP通讯的难点进行了分析,提高UDP通讯的稳定性。利用Python和PySide6的图形化交互设计,依据UDP协议获取LwIP嵌入式设备的数据,实现记录、曲线显示和Excel数据导出。经测试,UDP通讯稳定可靠,显示电压值与信号发生器设定电压值一致。

一种双ADC垂直同步采样结构及其误差校正

航空航天、机械、声学、装备制造等领域对检测仪表的观测动态指标要求极高,甚至超出现有商用高分辨力数模转换器件的极限,因此,本文拟建立一种双ADC垂直同步采样的机制,通过数据流拼合的方式达到总动态范围扩展的目的。在双ADC硬件平台中,针对不同采样支路差异化所导致的量化数据延时误差,提出了一种基于拉格朗日插值Farrow结构滤波器的误差校正方法。仿真及硬件实验表明,本文提出的双ADC垂直同步采样架构将实验对象的动态范围提高了13.318 dB,同时本文提出的误差校正方法可以有效降低垂直同步采样通道之间的延时误差,进而使双ADC的动态范围扩展具备实用价值。

一种AD7190电桥电压数据采集系统的设计

在研究压力、拉力等电桥式传感器输出变化情况过程中,必须要对其过程数据进行采集和记录,用于系统分析。文中利用AD7190及STM32F103设计一种电桥电压采集系统,通过MAX6350产生稳定的5 V电压基准,经过缓冲功率放大后接到电桥的激励端给电桥供电。在电桥的输出端使用AD7190模拟前端芯片对信号进行放大和模数变换;然后由STM32读取转换结果并对数据进行滑动均值滤波、工程单位变换、数据四舍五入以及端口输出控制比较等;最后使用free ModBus的ModBus RTU协议,通过RS 485接口在MCGS人机界面上显示数据和控制,并通过RS 232串口或USB虚拟串口发送采样的实时数据到计算机进行数据记录。实验测试结果表明:所设计系统在300 Hz采样率下,每分钟记录数据量约为200 KB,使用磁盘容量大的计算机可以进行长时间数据记录;电压数据相对误差在0.28%以内,稳定性较好,能满足一般电桥数据采集的要求。

基于机器视觉的指针式仪表检测

为了解决仪表机柜室指针式仪表检测效率低、检测结果不准确的问题,本文提出一种优化后的神经网络检测方法,即YOLO v3检测法。该检测法通过较少的网络层数获得较高的检测效率和精度,增加磁化数量,提升对微小图片的感知能力,采用新型GIo U函数作为运算法则,根据不同的采集对象,自动选择采集区域的大小。经测试,YOLO v3检测法对单个指针式仪表的检测精度、检测速度和检测准确性超过了其他检测方法,且能适应仪表机柜室复杂的电磁环境,具有较高的推广价值。

多干扰环境下400kA系列整流所综合自动化系统设备要求与设计

电解铝生产需要进行交流电转换,但是,强干扰环境的产生将会影响系统其它设备的稳定运行,监控设备也将受到干扰,人员可能无法及时发现运行过程中存在的问题,进而引发严重后果。对此,本研究以400kA系列整流所综合自动化系统的构建为研究重点,分析设备要求及设计细节,以期通过综合自动化系统保证设备稳定运行。

高动态环境下的傅里叶梅林变换视觉SLAM算法

针对视觉即时定位与地图构建(SLAM)中的静态假设限制其在动态现实环境中应用的问题,提出了一种在高动态环境下基于傅里叶梅林变换的视觉SLAM算法。首先,采用傅里叶梅林算法配准以补偿相机运动,应用帧间差分算法获取运动掩膜。同时利用短时密集连接网络进行语义分割确定潜在运动物体掩膜。结合运动掩膜与物体掩膜,获得最终的物体运动区域,剔除该区域的特征点。最后,依据稳定的静态特征点跟踪优化,提升位姿精度。实验结果表明,本算法的绝对轨迹误差与相对位姿误差相比于ORB-SLAM2减少了95%以上,相比于DS-SLAM减少了30%以上,验证其在复杂动态场景下具有良好的定位精度与鲁棒性,有效降低运动模糊与光照变化对运动检测的影响,同时,克服了传统动态SLAM难以检测非先验运动对象的弊端。

四旋翼无人机可视化半实物仿真平台研究

四旋翼无人机的飞行控制是当前无人机研究领域的一个热点,目前的控制设计多采用MATLAB/Simulink进行数值仿真验证,仿真环境中较少考虑机载设备的作用。而在无人机原型开发过程中,又多采用现场调试的方法,不易快速更改控制算法及参数。为提高飞行控制算法开发时的效率,设计并实现了一种四旋翼无人机可视化半实物仿真平台。利用MATLAB实时视窗系统搭建了平台的主框架,将四旋翼无人机的惯性导航传感器及电机控制系统融入平台之中。并且利用了开源飞行模拟软件FlightGear,及对虚拟地球仪软件Google Earth的二次开发,为仿真平台增添了无人机位置、姿态以及航迹的三维可视化显示功能。实验结果表明,该平台运行稳定可靠。

LCD显示模块并行接口驱动程序设计

通过对市场上多种LCD驱动器分析后,列举一款典型驱动器用法来研究LCD并行接口驱动程序通用设计方法,通过对LCD显示字体、图像和图形的特点编写出置点、画线、显示字体和清理屏幕等函数(本文给出部分程序清单)。如果对接口函数改写,这些程序可以应用于其他LCD驱动器中。在实际应用中,通过置点、画线、显示字体和清理屏幕这四个函数就可以做出一个简单的操作界面和显示界面。

数理统计和频谱分析的TIADC误差校正方法

时间交替模数转换器(TIADC)中存在的偏置、增益和时间误差严重影响了系统的信噪比(SNR)和有效位数(ENOB)。该文提出了数理统计和频谱分析的误差校正方法。数理统计用于偏置误差的校正,通过对各个子ADC的采样数据进行数理统计,得到各个子ADC偏置误差的估计,进而完成误差校正,并使用一种二次校正的方法,提高了校正精度;频谱分析用于增益误差和时间误差的校正,由存在误差时特定频点的幅度和相位值得到误差估计,从而实现增益误差和时间误差的校正。校正前后信号频谱的对比证明了该校正算法的有效性。实验结果表明,该算法简单容易实现,将TIADC系统的SNR提高到了41.019 4 dB,ENOB提高到了6.52 bit,校正效果达到或者优于正弦拟合算法。

基于组态王的加热炉监控系统

针对传统石化企业加热炉调炉使用离线监测存在时间滞后的问题,采用组态王软件开发设计了一种实现对多节点加热炉燃烧状态在线监控的系统。系统通过在线烟气分析仪将采集到的烟气数据传送到中控室工控机进行组态监测。应用组态王软件开发设计了多个组态画面,并将组态画面进行了Web发布。通过实际应用表明:系统运行稳定、功能完善,达到了预期的要求。

作物营养液电导率传感器及其测量系统设计

针对作物营养液电导率的特点,设计了一种基于电磁感应原理与电极组合的电导率传感器及其测量系统。阐述了该组合式电导率传感器的结构与工作原理并选取了传感器最优参数。针对温度对电导率的影响,提出了软件自动温度补偿法,并利用电导率标准液对传感器进行了标定。实验结果表明:该电导率传感器测量的相对误差小于1%,满足作物营养液电导率的测量要求。

基于STC系列单片机的智能工业现场显示仪设计

针对工业现场存在多种变送输出信号需同时显示的问题,为简化及更好地管理现场显示装置,设计了一种适用于多变送输出场合的智能现场显示仪。采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制器,利用RCV420完成4 mA^20 mA变送信号的电流/电压转换,通过仪表专用模数转换器MAX1272实现对电压信号的采集;重点阐述了参数标定、线性修正以及RS232通讯模块的软件实现方法。用户可根据现场环境的不同利用红外遥控器配置仪表参数,操作简单、成本低、安装方便以及可靠性稳定性高。

基于CAN总线的抬头显示系统研究

车载抬头显示系统是使驾驶员在不移动驾驶视线的情况下就能读取车辆重要信息的装置,它有助于提高驾驶员对信息的读取速度、降低驾驶疲劳、提高驾驶安全性;文章结合国内外学者的研究,针对已上市HUD显示内容格式、布置方式、辨识度、实时性等方面的问题,提出了用彩色符号、分区域、亮度可调、人机交互的显示设计原则;以问卷调查分析结果和信息的重要程度为依据,以CAN总线技术、微处理器控制技术为基础,设计了一套HUD显示系统;结果表明采用分区显示的方法辨识度高。

电磁水阀的可用方案设计探讨

智能仪表的发展,必将引起作为执行元件的电磁阀技术的快速发展。在分析了现有电磁阀技术发展现状的基础上,给出了1种双稳态电磁阀的结构方案并分析了它的工作原理,对于进一步发展我国流量计量装置具有一定帮助。