管身对中口径电磁轨道炮的影响分析

以脉冲电流作为激励的电磁轨道炮无可避免地在不锈钢管身上感应出巨大涡流,涡流不仅自身损耗能量,而且削弱电枢的推进力,降低发射效率。为深入研究管身对电磁轨道炮的影响,结合场路模型计算了电磁轨道炮系统的发射效率和涡流能耗,讨论了不同管身结构和材料下的发射效率,进一步分析了管身对电磁轨道炮力学特性的影响。结果表明:基于10MJ脉冲电源的中口径电磁轨道炮,其不锈钢管身将大幅削弱系统的发射效率,管身涡流能耗比炮口动能的一半还多;采用层压式结构的高导磁材料作为管身,发射效率的提升尤为明显;管身对电枢轴向力的削弱是导致发射效率下降的根本原因,对电枢径向力的削弱则不利于电枢和轨道的良好接触,从而增加接触电阻,降低发射效率;但是对身管各部件径向力的减小有助于降低身管所需预紧力。     

基于NIOS II处理器的USB双向数据传输系统

介绍了一种双向数据传输系统设计方案和实现方法,采用USB2.0接口芯片CY7C68013A与FPGA相结合构建硬件系统,FPGA内嵌NIOS II软核处理器负责数据处理;系统通过USB接口向上传输数据到上位机,结合基于VC++开发的数据传输控制软件平台,发送控制命令及数据到硬件系统端,从而实现USB接口的双向数据传输功能;详细描述了系统的硬件电路设计和软件实现过程,实验证明该系统具有高速、便携、通用性强的特点,系统数据最高传输速度达到33 MB/s,且工作稳定可靠。     

电磁轨道炮C型固体电枢坡膛段的装填方式研究

 为了满足电磁轨道炮对电枢和轨道间初始接触压力的要求,以小口径电磁轨道炮C型固体电枢的坡膛段装填过程为研究对象,在力学分析的基础上,采用有限元计算方法,对匀速装填、冲击装填以及组合装填3种方式进行了计算,并对电枢臂头部、中间和尾端单元的径向变形、应力和剪切应力随时间的变化进行了对比分析。分析结果表明,在同等条件下,采用组合装填方式可以明显地降低固体电枢在装填过程中受剪切破坏的程度,并有效地提高初始接触压力。研究结果表明,组合装填方式有利于提高电磁轨道炮的发射效率。     

基于软核的超导腔失效在线补偿系统的研究

利用遗传算法较强的鲁棒性以及FPGA在并行计算方面的巨大优势，以中国加速器驱动次临界系统（C-ADS）注入器II的第四个超导加速组元（CM4）为例，开发了超导腔失效在线补偿FPGA程序，并使用束流动力学软件TRACEWIN对FPGA计算结果的可靠性进行验证。然后将其封装为IP核，以更通用的形式在嵌入式Linux系统中使用；同时，针对未来超导腔失效补偿系统的独立性、低延时的要求，应用MicroBlaze软核处理器编译了Linux系统和EPICS组件，在搭建的仿真通讯环境中验证了超导腔失效补偿系统的通信功能。     

红外热像仪与上位机通信系统设计

设计了一款上位机软件实现对国产中波凝视红外热成像系统的指控命令发送、软件版本更新等功能。红外图像的处理主要在FPGA内完成,上位机通过串口直接与FPGA内部的NIOSⅡ通信,完成红外图像的非均匀性校正、盲元处理(包括盲元列表的上传下载)、图像性能测试等功能,并且上位机可以通过串口直接对FPGA程序进行更新。为了提高通信的稳定性,所有通信命令采用统一格式的数据命令包进行发送和接收。相比较一般的串口数据通信,所设计的通信方式具有传输距离远、误码率低、软件升级操作简单、方便、效率高等特点。对比一般的红外成像系统,本系统采用串口在线升级FPGA的方式,简化了系统硬件电路设计,方便了系统后期维护。     

电磁轨道炮瞬态温度场的数值模拟

为了研究电磁轨道炮的热生成机理及其温度分布特点,本文建立了三维瞬态电磁场和温度场的耦合计算模型,用有限元方法模拟了发射时身管和一体化发射单元温度分布的时空演化过程,以及发射后的身管散热过程,讨论了温度对射速的影响。数值模拟结果表明,发射过程中电枢产生熔化波效应,临近炮尾的轨道温升较大,在发射后的散热过程初期,轨道热传导起主要作用。通过该模型建立了身管结构、材料参数、电流激励条件与温度变化的关系,指明了炮尾轨道为热管理的关键部位,为电磁轨道炮的热设计提供了理论依据。     

光栅传感器在弹簧测试仪中的应用

用弹簧测试仪对弹簧的特性进行测试和控制是保证产品质量的重要措施。弹簧测试仪由测试工作台和测试系统组成,工作台采用组合式结构,测试系统采用主从式结构,主机和从机之间通过RS-232串口实现通讯。采用应变式力传感器和光栅传感器分别对弹簧力和弹簧变形进行了测量。应用虚拟仪器技术对系统进行了设计,采用了多种软、硬件相结合的抗干扰措施。结果表明,研制的弹簧测试仪具有操作方便、人机交互友好、速度快、测试精度高、性能稳定等特点。     

基于FPGA和CAN控制器软核的CAN总线发送系统的设计与实现

基于FPGA嵌入式片上可编程技术,采用现有的CAN总线控制器软核模块,设计了软核控制程序,将由CAN控制器软核及其控制程序组成的CAN发送软件嵌入在FPGA内部,开发了CAN总线通信系统,实现了对CAN总线数字量的发送。经过软件仿真验证、静态时序分析和硬件系统测试,仿真和测试结果表明,该系统设计合理,方案可行,时序正确,功能、性能满足要求。系统将硬件软件化,有效的减少了外围芯片的数量,降低了系统的体积和功耗,提高了产品的集成度、通用性和可靠性,具有良好的实用价值和推广前景。     

电磁轨道炮刨削的形成机理及仿真分析

对电磁轨道炮发射过程中轨道表面的刨削现象进行了研究,根据其发射特点提出了微角度斜冲击引起的刨削形成机理,根据实际轨道炮的结构和载荷特点,应用LS-DYNA有限元软件在不同的参数条件下进行了数值仿真计算。计算表明,随着电枢前端倒角的增大轨道的刨削深度减小,电枢的质心位置后移也可以减小刨削深度,并且这些因素对刨削深度的影响并非是线性的。研究结果为进一步抑制轨道刨削现象的发生提供了依据。     

基于SOPC的钢琴调音系统设计与实现

研究了一种基于FPGA的SOPC技术和NIOSII软核处理器的全新设计方法,结合FPGA中数字信号处理的相关技术设计出了一款钢琴调音系统。设计中对采集到的钢琴声音信号进行FFT、FIR等处理,提取出基波信号,然后对信号基频进行测量,并直观显示被测频率与标准频率之间的差异,从而调整琴弦,达到调音目的。     

HEPS-TF超导3W1扭摆磁铁控制系统的设计

介绍了中国高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)中超导3W1扭摆磁铁控制系统的设计。该控制系统主要包括电源控制系统和低温信号监测系统。整个控制系统基于实验物理及工业控制系统(EPICS),其硬件结构以串口服务器为核心,将接口转换为标准的RS232/485接口。软件方面,通过应用StreamDevice设备驱动模块开发了基于Modbus协议的EPICS驱动,缩短了设备驱动的开发周期。上层控制界面采用嵌入了EPICS Qt框架的Qt Creator开发,增强了其灵活性。目前控制系统的离线测试已完成。     

Design and Construction of an Autonomous Control System for Mössbauer Spectrometry

An autonomous control system for Mössbauer spectrometry based on two modules has been designed and built. The first module operates as a multichannel analyzer for the acquisition and storage of spectra, and the second one is a driver unit which controls and supplies the power for the velocity transducer. A microcontroller executes the digital control algorithm for the velocity transducer motion and manages the data acquisition and storage tasks. The user can monitor the system from an external PC through the serial port. A graphic interface made with the LabVIEW software allows the user to adjust digitally the control parameters for the velocity transducer motion, the channels number, to visualize as well as save spectra in a file. The microcontroller can be reprogrammed from the PC through the same serial port without intervention of a universal programmer, which allows the user to make proper software for different applications of the system. The system has been tested for linearity with several standard absorbers yielding satisfactory results. The low cost of its design, construction and maintenance make this equipment to be an attractive choice when assembling a Mössbauer spectrometer.     

基于DSP的串行通信

在现代信号处理系统中,常采用数字信号处理器来完成各项任务,串口在传输数据尤其是控制指令方面具有独特优势。介绍了DSP通过TL16C752B来实现与PC机串行通信,并对传输数据的CRC校验进行探讨。     

基于VxWorks的水下机器人通信系统设计

针对水下机器人（ROV）在深海高噪声干扰环境中工作的特点,设计了一套基于VxWorks实时操作系统的ROV整体通信系统,实现了水下核心控制器对水下分系统快速高效的信息采集和数据分配,水下系统和水面控制器稳定实时的数据交换;硬件方面设计了以CAN总线为基础的水下通信系统,通过FPGA实现了CAN总线和PC104总线之间的时序逻辑转换,软件方面设计了基于TCP/IP协议栈的水面操控台和ROV之间的网络通信方式和水下各系统之间的CAN总线通信方式,着重介绍了基于缓冲队列的网络通信编程;通信系统数据测试实验表明：CAN总线通信和网络通信均具有良好的实时性和可靠性,满足最初的设计需求,而且采用模块化设计,便于维护和移植。     

162.5 MHz高频数字低电平控制监控系统设计与实现

中国科学院近代物理研究所自主研发的ADS 162.5 MHz高频低电平控制采用数字化技术实现,控制环路的参数设置、开闭环操作以及状态监测都通过监控系统实现。该系统基于以太网通讯,采用轻量化客户端-服务器端的工作方式,运行在上位机的客户端程序发送指令数据包,运行在高频数字低电平系统的服务器端响应指令,完成参数监测与控制。系统首先以Atera公司Stratix Ⅲ系列现场可编程门阵列(FPGA)开发板为基础,构建以Nios Ⅱ处理器和三速以太网接口为核心的服务器端硬件系统;其次基于Micro C/OSⅡ实时操作系统和轻量级TCP/IP协议栈,设计服务器端软件系统;最后利用MFC设计运行于上位机的客户端界面程序。经过长时间测试运行,该监控系统运行稳定可靠,TCP发送和接收吞吐率达到11.931 038 Mbps和8.117 624 Mbps。     

可见/近红外实时成像光谱仪控制系统设计

针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪.光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3μm,其中可见光相机工作在400～1000 nm波段,近红外相机工作在1000～1700 nm波段.光谱仪控制系统以现场可编程门阵列...     

新一代DCS中智能温度监控系统设计与实现

传统的分布式温度监控方法存在费时费力、不便应用在特殊环境、不便用于多点融合监控等弊端,设计并实现了新一代DCS智能温度监控系统,通过核心为ARM7LPC2292芯片的下位机及时调整全部温控点的温度,自主设置温度、显示实际温度与报警;采用核心为89C51微处理器模块,将上、下位机的信息互相传递,确保上位机随时查询温度信息;通过CC2530终端节点实时采集测温终端的温度数据,将温度数据无线发送给CC2530协调器节点,不在采用传统的中转服务器方式,而是采用协调器节点通过串口与上位机进行通信,并在上位机中进行温度数据的处理和存储。软件设计过程中,对系统监控过程中上位机和下位机间的主从通信方式进行详细分析,并给出了系统温度监控数据通信传输的流程图,分析了系统实现温度监控的数据库访问代码以及温控曲线显示代码的设计。实验结果说明,所设计系统性能好、操作简单、控制准确率高。     

基于FPGA的PPM调制可见光图像传输系统

利用FPGA(field-programmable gate array, 现场可编程门阵列)为主控芯片，实现了5 Mbit/s的2-PPM(pulse position modulation, 脉冲位置调制)调制可见光图像传输系统。整个系统分为发射端与接收端两大模块，全部由FPGA实现。将处理好的图片信号由上位机通过串口发送到FPGA中，经过调制转换为2-PPM信号，并设计了信号传输数据帧格式，然后调制到红光LED(light emitting diode)上并发送出来；在接收端，根据数据帧格式完成了数据信号的同步和解调，并将解调后恢复的图像在液晶屏上显示出来。实验证明该系统可以实现可见光图像信号的传输。     

基于FPGA和蓝牙的远程图像采集同步系统

针对核物理实验中高精度时间同步触发图像采集系统的要求,设计了一套基于FPGA和蓝牙的远程图像采集同步系统。该系统以FPGA作为主控制器,负责USB 接口通信、命令解析、蓝牙通信和同步控制等,触发信号延时精度可达10 ns;使用RS485 或TTL 标准以适应长距离触发和短距离触发,通过GigE 千兆网口实现远程图像数据采集。采用LabVIEW 开发了上位机图形化软件界面,基于蓝牙BLE4.0 协议,实现了基于手机APP的无线终端控制,完成了对相机延时时间、同步触发脉冲宽度、图像采集等命令的同步控制。A image acquisition and synchronization control system based on FPGA (Field Programmable Gate Array) and bluetooth is studied in this paper. FPGA as the main controller is responsible for USB (Universal Serial BUS) interface, command analyze, delay control, and trigger signal generation. Trigger signal can be RS485 or TTL. RS485 signals can be used for long-distance transmission without distortion while TTL is suitable for near field. The system's delay accuracy is reached to 10ns. It can be obtain images from GigE Ethernet port. Meanwhile,a PC graphical control software is developed by LabView. And based on the Bluetooth BLE4.0 protocol, a Android mobile phone APP is developed for wireless control.