基于USB总线接口的HART MODEM的研发与应用

现阶段工业自动化仪器仪表领域以HART总线为通讯的方式已经成为行业的标配,然而这种基于串行总线接口HART MODEM在工程实际的应用中存在实用性、便携性差和购买成本高的问题。为此,文章提出一种基于USB总线接口的HART MODEM模块的研发与应用,其目的是替换现有的基于串行总线接口的HART MODEM模块,同时解决现有模块所存在的问题。文中阐述的USB总线接口的HART MODEM模块以STC89C51RD微控制器为核心,通过USB驱动芯片CH375A接收PC机发来的HART协议帧,同时将协议帧通过DS8500 HART调制解调器芯片转发给工业现场HART型的总线仪表。经过实验与应用的验证,该模块的抗干扰性、通讯误码率均到达工业级产品指标,并广泛的应用于自动化仪器仪表中的压力变送器、温度变送器、流量计、执行器等领域。     

基于TEDS技术的智能执行器设计

IEEE 1451.2 标准定义的TEDS技术使智能变送器具有自我描述和自识别能力,是智能变送器实现即插即用的关键;对IEEE 1451.2标准下的智能变送器模型进行了研究,以XC2S50为主控单元设计了智能执行器接口模块,并从硬件和软件两个方面阐述了具体的实现方法; 该模块采用TEDS技术,具备TII接口通信能力;用测试系统对智能执行器接口模块进行测试,测试结果表明:该模块能与测试系统实现无缝连接,能被系统智能识别和控制。      

一种多通道CAN总线通讯M模块的设计

针对船舶燃机监控系统的CAN总线数据通信需求,设计了一种多通道CAN总线通讯模块。该方案采用M模块标准设计,使用4片独立的CAN控制器和CAN隔离收发器实现CAN节点电路、4通道CAN通讯控制和信号电气隔离。通过可编程逻辑器件CPLD以及硬件描述语言VerilogHDL,实现了M模块接口和4通道CAN总线接口的转换;在硬件设计的基础上,进行了CAN总线通信程序设计。经测试和应用结果表明,本模块能够实现4通道CAN总线大量数据通信,满足了设计需求,具有很好的应用前景。     

基于SOPC的LXI总线1553B及ARINC429通信模块设计

基于LXI总线的1553B及ARINC429通信模块的开发需求,提出了系统软、硬件设计方案;硬件设计使用SOPC Builder将IP核、接口、微处理器等集成到FPGA芯片上,设计了模块的以太网接口、1553B接口和ARINC429接口;构建了系统软件结构,编写了驱动程序,实现了基于μC/OSⅡ和LwIP协议的TCP/IP协议,从而实现了1553B及ARINC429总线的通信协议;最终实现了LXI总线的1553B及ARINC429通信模块。     

基于I~2C总线的AD7745控制与读取方法

AD7745是一种响应快速兼超低功耗的高精度电容数字转换器,其采用的通信总线I2C是一种简单双向的两线制同步串行总线,它只需要一根数据线和一根时钟线即可实现连接器件之间的数据传送,但目前广泛应用的51系列单片机均不具有这种接口;文章详细研究了AD7745芯片内部的测量原理及寄存器配置方式,设计了其与单片机的硬件连接电路,使用STC89C52RC单片机的两条普通I/O线,通过软件编程模拟I2C总线所要求的操作时序,实现了对AD7745的控制与数据读取;同时,给出了其中关键程序,调试结果证明了该系统的有效性与稳定性。     

基于CPLD的多路瞬态冲击信号存储测试系统设计

为了对水平碰撞、跌落等环境试验中的多路瞬态冲击信号进行测试,基于CPLD设计了多路瞬态冲击信号嵌入式存储测试系统。系统采用高速串行AD转换芯片作为数据采集的执行器件,实现了多路冲击信号的同步高速采集;利用铁电存储器对采集到的信号进行在线存储;设计了USB接口模块,实现了PC机与测试系统之间的通信,并在LABVIEW环境下设计了数据回读软件;经试验验证了测试系统的正确性和可靠性。     

数控切片机双轴控制系统设计与开发

数控切片设备采用电气结合的方式,实现对加工对象进行自动切片功能;主控板硬件设计采用了基于STM32F103VCT6 ARM芯片作为核心主芯片,实现2轴伺服电机控制和编码器信号的实时反馈功能,确保系统运行加工距离精准;同时,还实现了与基于MODBUS RTU协议的工业触摸屏的通信及SPI接口的数据存储功能,具有人性化的人机交互界面和多种切片类型参数的存储;软件实现采用了模块化的实现方案,采用定时器模块实现伺服控制与编码反馈输入,SPI模块实现存储,串口模块实现显示通信功能;本数控切片系统的开发成功,将大大提高切片加工的效率和精度,促进企业人机功效。     

基于FPGA的ARINC429总线嵌入式接口板的设计与实现

提出了在一块芯片内实现ARINC429总线协议,并将USB、PCI两种接口结合在一块接口板上的新构想;并根据板卡的功能和技术指标要求,设计了基于FPGA的ARINC429总线接口板;在硬件设计上采用模块化方法设计了系统的硬件电路,分析了各部分的功能,并对硬件接口进行了详细的设计;软件设计上从硬件和软件两方面论述了NIOS Ⅱ处理器的设计,从总体设计、发送通道、接收通道、接口逻辑等方面设计与实现了多通道总线协议IP核;最后对板卡的功能进行测试,结果表明设计的接口板能够达到ARINC429数据通信的要求,能够克服专用芯片中的数据格式固定,使用不够灵活方便等缺点。     

基于DSP嵌入式数据采集与处理系统设计与实现

为了解决数据采集速度慢以及任务量大等问题,提出了一种基于DSP技术的嵌入式数据采集与处理系统方案;方案充分利用了DSP技术的运算能力强优点,从而实现了系统的快速运算以及有效控制;文章主要以系统的硬件设计和软件设计来对系统进行详细设计;在系统硬件设计部分,根据系统的需求以及DSP芯片的选型原则,系统选用了TI公司的32位定点DSP芯片—TMS320F2812,参数按照标准设置,并确定系统的总体设计方法,完成了控制 AD芯片的采集模块设计;在系统软件设计部分,主要是对外扩芯片的控制,其中包括了控制 AD采集时序以及DSP读写数据程序等。     

基于PXI接口多通道信源卡设计

多通道信号源是多路采集系统自检与测试系统的重要组成部分,为提高信号源的通用性,可靠性,可扩展性及小型化,结合PXI总线技术,设计出多通道信源卡;详细介绍了波形再生硬件模块,外部SRAM存储波形模块及满足设计要求边沿时间短的矩形波的软硬件设计,同时使用VHDL语言编写了数据通信协议模块,实现FPGA与计算机之间的正常通信。     

基于3G-ASCX的小型飞行器异常导航信号检测系统设计

传统方法在异常导航信号信噪比较低时对小型飞行器异常导航信号的检测效果不理想。设计并实现了一种基于3G-ASCX的小型飞行器异常导航信号检测系统,硬件设计时着重于ASCX传感器模块、异常导航信号检测模块、主控基站模块、3G/GPRS传输模块的研究,3G/GPRS传输模块的硬件设计中,通过功耗低体积小的CC1100完成异常导航信号的收发,传输过程中通过芯片STC12C5410AD完成电容的平衡转换,选取了MC3486进行电压的转换,最终实现异常信号数据的安全快速传输;软件设计中,系统软件流程设计及异常导航信号检测模块软件设计,最后进行仿真实验,实验结果证明,相比传统系统,所设计系统检测到的小型飞行器异常导航信号同实际测量的异常导航信号具有较高的匹配度,与实际值相比,误差小于1dB,适合推广使用。     

基于物联网的小区智能照明管理系统设计与实现

针对国内中小型LED照明企业的艰难处境和政府倡导低碳,绿色环保照明政策现状,提出了一种基于电力载波通信技术的小区智能照明管理系统的设计方案。采用微控制器、PLC芯片和传感器构建智能控制终端,实现对单灯电能、光强度等数据采集。集中器集成GPRS通信模块负责与远程控制中心建立连接,控制终端与集中器通过电力线相连,实现PC端和移动端对LED照明设备的多平台控制。重点阐述了智能控制终端的软硬件设计、系统的自定义通信协议和远程控制方法。系统实测结果表明,该系统数据传输可靠、响应时间短、成本低,易于进行远程管理和控制。     

蓝牙技术在大型镜面能动磨盘加工中的应用研究

利用蓝牙无线通信方式解决大型光学镜面加工中对能动磨盘的控制。该方法利用单片机控制蓝牙模块，采用基于HCI层的单片机对蓝牙模块控制的方法及PC机端通过RS232接口连接蓝牙模块互相配合，实现PC机与能动磨盘之间的通信。单片机根据蓝牙HCI层协议对蓝牙接收和发送数据进行处理。在蓝牙传输协议的基础上给出了应用于镜面能动磨盘加工中的软硬件实现方案。该技术克服了现在使用导电环带来的易磨损、成本高的缺点，对降低加工成本，减少复杂的工业布线有很大的意义。可以替代其他镜面加工中的导电环来进行控制数据传输，也可应用在其他无线串行通信领域。     

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The hardware design of solid-state anode high-voltage power supply in electron cyclotron resonance heating system (ECRH) is presented. The anode power supply uses the method that combined high-frequency pulse width modulation (PWM) and phase shift modulation (PSM) control technology. The former in the supply uses the SG3525 to control the IGBT to complete the high frequency invert. The latter is made up of a total of 59 modules connected in series. The output voltage of each module is basically stabilized by feedback of the first stage module output voltage. DSP controls the number of PSM module on and off and the 59th module BUCK circuit duty cycle to achieve the output voltage of the superimposed output, and the output voltage can be adjusted within the full range of 35kV with accuracy less than 0.1kV, the output current up to 200mA, modulation frequency more than 1kHz. The anode power supply has three operating modes, and the rising edge time of the waveform can be adjusted within 3ms. The results tested from dummy load and ECRH experimental platform show that its performance is stable, and the hardware design method is feasible.     

新型高速光发射模块的设计与分析

介绍了用于高速、宽带光纤通信系统的铌酸锂(LiNbO3)光发射模块的优化设计方法。分析比较了半导体器件与铌酸锂波导器件在作为光纤通信光发射模块时的优缺点。对光发射模块的两个主要器件———掺铒铌酸锂(Er∶LiNbO3)波导激光器和LiNbO3电光调制器进行了结构设计和分析。分析和讨论了电光调制器带宽及半波电压随器件主要参数的变化关系。用BPM软件模拟了所设计的模块的结构特征。该发射模块的发射峰值波长为1531nm,调制速率为10Gbits/s。     

A data transmission method for particle physics experiments based on Ethernet physical layer

Due to its advantages of universality, flexibility and high performance, fast Ethernet is widely used in readout system design for modern particle physics experiments. However, Ethernet is usually used together with the TCP/IP protocol stack, which makes it difficult to implement readout systems because designers have to use the operating system to process this protocol. Furthermore, TCP/IP degrades the transmission efficiency and real-time performance. To maximize the performance of Ethernet in physics experiment applications, a data readout method based on the physical layer(PHY) is proposed. In this method, TCP/IP is replaced with a customized and simple protocol, which makes it easier to implement. On each readout module, data from the front-end electronics is first fed into an FPGA for protocol processing and then sent out to a PHY chip controlled by this FPGA for transmission.This kind of data path is fully implemented by hardware. From the side of the data acquisition system(DAQ),however, the absence of a standard protocol causes problems for the network related applications. To solve this problem, in the operating system kernel space, data received by the network interface card is redirected from the traditional flow to a specified memory space by a customized program. This memory space can easily be accessed by applications in user space. For the purpose of verification, a prototype system has been designed and implemented.Preliminary test results show that this method can meet the requirements of data transmission from the readout module to the DAQ with an efficient and simple manner.     

一种采用隔离变送器模块的高精度矿井参数采集系统设计

分析矿井数据采集技术的背景,对比光耦隔离采集技术,设计了一种采用隔离变送器模块的高精度矿井参数采集系统,并提出了系统的设计体系结构。详细阐述了基于隔离变送器模块的软硬件实现方案,包括信号隔离变送电路设计、信号调理电路设计、滤波电路设计、数据采集电路设计、基于ARM的主控电路设计和基于uC/OS-II嵌入式操作系统的软件及各任务子模块设计。重点分析了ADC采集的工作时序和主控程序设计流程。实际测试结果表明,采用隔离变送器模块的高精度矿井参数系统,采集误差系数维持在0.1%以内,采集准确度高于99.9%,在矿井复杂噪声环境下,采集精度高,受环境影响小,工作稳定可靠,达到了设计的指标。该系统已经铺装使用,并取得了良好的经济效益。     

基于XMC4500的智能USB-CAN接口模块设计

现有的USB-CAN接口模块存在不支持多应用同时访问、滤波算法简单、需要外接终端电阻等缺点或不足。提出了一种基于XMC4500微控制器的新型智能USB-CAN接口模块设计方法,并给出了详细的软硬件设计过程。接口模块具有支持多应用同时访问、提供复杂的软硬件智能滤波算法、能够通过软件设置终端电阻等诸多优点,可以用于各种基于PC的CAN总线通信数据分析与监测场合中。     

可信计算模式下P2P匿名通信系统设计

为了提高P2P匿名通信系统的安全性与可信性,需要对P2P匿名通信系统进行设计。当前使用的匿名通信系统,无法在用户节点匿名的情况下,保证P2P匿名通信系统匿名节点的可信性。因此,提出一种基于可信计算模式的P2P匿名通信系统设计方法。该系统的硬件部分分为系统登录模块、通信模块、数据模块、可信计算模块4大模块,模块之间相互合作,形成一个完整的匿名通信系统,匿名通信系统软件设计部分通过建立可信计算的联接,实现在匿名通道中进行数据传递,并对待传递的数据进行层次性打包加密,同时采用可信度计算对匿名通信系统中节点、匿名通道进行计算,形成安全可信的匿名传递通道。实验仿真证明,该方法在保证该系统数据传递的效率的同时提高了匿名通信系统的安全性与可靠性。