基于FPGA的数字高度计开发

针对声纳高度计、全球定位系统（GPS）和气压高度计的高度定位应用,开发了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字高度计,具有成本低、速度快、功耗小的特点.FPGA完成声纳高度计、GPS和气压高度计的数据采集,高度信息处理,气压高度计温度补偿及串口输出等工作.对高度计的误差来源进行分析,重点对气压高度计的温度漂移现象进行了补偿修正.为了验证设计效果,对数字高度计进行了测试,测试结果表明：高度计在进行误差补偿后,在低空范围内误差为0.1m左右,高空范围内误差为2～3m,可用于普通导航领域.     

FPGA在无人机气压高度测量系统中的应用

从无人机气压高度测量的原理出发,介绍了数字式气压高度测量系统的组成和工作原理;讨论了测量系统中计算机使用的数据处理方法和误差分析,在此基础上,提出了FPGA芯片在无人机气压高度测量系统中的设计方案,并给出FPGA内部设计的结构框图和工作流程图;最后,通过仿真验证了FPGA设计的可行性。由于设计中FPGA的数据处理时间约为6μs,从而有效地解决了单片机在高速无人机气压高度测量系统中实时性较差的问题。     

基于气压传感器的高程测量系统设计

针对高程测量精度较低的问题,将气压传感器引入高程测量系统,采用线性回归方法对高程与气压函数关系进行分段线性化,简化了非线性运算在微处理器中的实现,并对实际海平面与标准海平面气压、温度不一致造成的高程误差进行分析和补偿,实现了高程的精确估计。初步实验结果表明,该系统能够实时获取高程变化信息,并具有较高的测量精度。     

飞行器气动参数测试系统设计

为实现飞行器在实际飞行过程中受不同梯度气压影响的实时测试,设计了一种飞行器气动参数测试系统。针对压力敏感头在测试过程中温度漂移的问题,在恒流激励下,采用高精度元器件完成压力传感器的零点和灵敏度温度补偿,介绍了各个模块的设计。通过最小二乘法进行曲线拟合得到补偿数据,经过测试,压力测量精度优于0.1%,验证了设计方案的可行性。     

基于单片机的无人机气压高度测量系统的设计

介绍了一种基于C8051F352型单片机的无人机高度传感器测量系统的设计及实现过程,详细论述了系统硬件、软件及温度补偿算法的设计原理、程序流程图等.通过对压力传感器的温度补偿、气压-高度的非线性拟合,解决了传感器的温度漂移,提高了系统精度;并利用单片机的SPI和UART串口总线分别实现了温度、高度的实时显示及与上位机的通信.该系统具有电路结构简单、体积小、精度高、效率高、稳定性高的特点.     

气压传感器信号采集与非线性校正

利用电激励谐振筒式气压传感器测量气压,电激励谐振筒式气压传感器输出信号的频率与气压呈非线性关系,且与环境温度有关。通过对信号进行分频准确测量出信号的周期和频率,A/D转换测量环境温度进行温度补偿,用曲线拟合法准确计算出气压,气压测量的范围为450~1 100 hPa,测量误差小于0.3 hPa。     

工业部件密封性能检测装置的研究

工业零部件气密性检测是一项重要的安全检测之一.该文介绍了气压式泄漏检测仪的工作原理和工作过程,针对现有仪器存在的缺陷,结合理想气体状态方程,从理论上讨论了温度对检测结果的影响,利用"温度等效泄漏"方法,推导了温度补偿算法.同时设计了一种数字信号处理器为核心的气密性检测系统,并给出了硬件电路结构及软件流程.最后对检测结果和测量误差进行对比分析.实测结果表明,系统测量精度明显提高,性能稳定可靠.     

热流量传感器温度补偿方法研究

在热流量传感器测量电路中,利用惠斯登电桥平衡电路和热敏电阻器补偿不能解决流体本身温度变化带来的测量误差。介绍一种用于补偿流体温度变化引起测量误差的方法。试验结果表明:采用该方法进行温度补偿后,可以基本消除流体温度变化引起的测量误差,提高系统的测量精度。     

一种MEMS加速度计温度模型辨识及温度补偿方法

对MEMS加速度计的温度模型与其倾角的相关性进行分析,提出了一种无需精确控制加速度计位置,借助普通恒温箱即可完成的温度模型辨识方法,并根据辨识结果设计温度补偿软件方案.实验结果表明,温度补偿可使加速度计测量输出的稳定性提高一个数量级,补偿效果明显,模型辨识方法有效.将温度模型用于某小型无人机航姿测量系统中,缩短了系统启...     

气压高度测量系统的设计与实现

针对传统机械和GPS方法测量高度时存在的不足,采用新型气压传感器测量高度的方法,构建了基于微机电系统(MEMS)数字气压传感器的高度测量系统。首先,介绍了新型数字气压传感器BMP180的结构和特点;其次,以高性能AVR单片机为控制平台,设计了数字气压和温度信号读取设备、有机发光二级管(OLED)显示屏和其他外围电路的硬件系统;然后,根据气压与高度的对应关系,开发了温度和气压信号采样、温度和气压补偿、高度推算以及结果显示的软件系统;最后,采用加权递推平均滤波算法对高度测量数据进行处理,减小了噪声和干扰,提高了测量的准确度和稳定性。为了验证设计方法的有效性,对高层建筑的不同楼层高度进行测试,结果表明该系统能够准确地测量楼层相对高度,标准偏差为0.32 m,平均误差为0.03 m。由此可见,采用加权递推平均滤波的新型气压高度测量方法,为低空高度测量提供了一种非常实用便携的解决方案,也为空间垂直位移测量尤其是三维空间的准确导航和定位提供了重要参考。     

面向伺服机器人内部通信的CAN总线节点设计

为简化伺服机器人内部通信结构,增强机器人通信能力,提升处理速度,解决多轴协调控制问题,本文介绍了一种基于NIOSII处理器和FPGA(Field Programmable Gate Array)的用于伺服机器人内部通信的CAN总线节点的设计方法。采用可编程技术和32位高性能NIOSII处理器,以Verilog HDL硬件描述语言实现CAN总线控制器,在一片FPGA芯片内实现了CAN总线节点设计。充分利用NIOSII微处理器的高速运算能力和FPGA逻辑功能由硬件电路实现,计算速度快(纳秒级)的能力,大大简化实际电路,提高了机器人内部通信的灵活性,增强了通信能力。实验表明,该设计的CAN总线节点性能可靠且能代替传统伺服机器人中常使用的专用微控制器芯片,满足伺服机器人中的通信需求。     

基于逆透视变换的车辆排队长度检测方法

交通路口的车辆排队长度检测是智能交通系统的重要组成部分,传统的检测方法易受背景噪声、摄像机透视效果等因素的干扰造成检测失败,而且其实现都是基于串行结构的处理器,不能用于实时处理的场合。本文设计了一种充分利用平直道路几何特征并适合FPGA实现的排队长度自动检测算法,该算法利用逆透视变换消除图像几何失真,引入公路的结构性约束有效检测了车道线;接着采用Sobel边缘算子检测出各车道的车辆轮廓,通过一种基于信息量的度量方法提取排队的队尾,从而确定了车辆排队长度,并且通过硬件化设计使得整个检测过程达到实时的处理速度。     

基于存储技术的高速嵌入式处理器的设计与实现

SoPC(片上可编程系统,System on a Programmable Chip)在嵌入式系统中有着广泛的应用,通常用FPGA(现场可编程门阵列,Field Programmable Gate Array)实现.一类嵌入式处理器,例如小波变换处理器、压缩和解压缩处理器、FFT处理器,都可以采用基于存储技术的设计方法.FPGA的片内存储资源相对较少,如何有效地利用FPGA的片内存储资源实现高速的嵌入式处理器成为需要研究的问题.文中以FFT处理器为例说明这种方法的有效性,通过采用一种地址映射调度策略和两种无冲突操作数地址映射方式,减少了所使用的FPGA片内存储资源,提高了处理速度.该FFT处理器在实际系统中起到了关键作用.     

基于FPGA的无人机气压高度测量系统设计

从无人机气压高度测量的原理出发,介绍了数字式气压高度测量系统的组成和工作原理,并详细论述了测量系统各组成部分的电路设计以及程序设计流程图,最后通过测试验证了以FPGA芯片为核心的无人机气压高度测量系统的可行性,分析了系统的误差来源.由于FPGA具有可靠性高、速度快、逻辑功能强等特点,有效地解决了单片机在高速无人机大气数据测量系统中处理速度较慢、实时性较差的问题.     

基于ZYNQ的高清图像显示及检测系统设计

针对当前基于ARM和DSP的嵌入式图像处理系统前端采集速度慢和图像处理算法不易加速的缺点,设计了一种基于HDMI接口的全高清(分辨率1920×1080)实时视频采集与图像处理系统;采用500万像素级别CMOS摄像头作为前端数据源,主芯片内部采用ARM+FPGA的异构架构,兼备FPGA的并行处理能力与ARM处理器任务调度功能;基于AXI协议设计了自定义数据存储传输的IP核,实现了处理速度与带宽最大化;利用HLS工具将图像预处理算法快速打包生成IP核,在FPGA中实现图像算法的硬件加速,完成图像处理系统平台原型机的设计;与传统的PC机和相机的机器视觉平台相比,该系统运行平均耗时在10 ms以内,实时检测效果令人满意,有效解决了低功耗与高数据带宽和处理速度之间的矛盾,为后端结果分析和边缘加速提供了良好支持。     

大规模阵列信号处理机的FPGA设计

在雷达和声纳系统中，需要进行非常复杂的数据处理。目前解决这些问题的有效办法是将多个DSP组成阵列处理系统，以增加整体数据处理能力。针对系统的要求，采用基于CPCI的高速阵列信号处理板卡。该板选用AD公司的高性能浮点DSP处理器TigerSharc101，使整板具有14．4GFLOPS的峰值浮点运算能力，它提供Link Port来实现片间和板间通信。该文介绍了该板的原理框图，FPGA的实现结构，着重于Host接口逻辑设计。实践证明，该板具有了超强的运算能力，良好的扩展性。     

基于FPGA和多DSP的高速视觉测量系统的研究

针对高速视觉测量系统数据处理速度快、数据处理量大的特点,将FPGA技术与DSP技术相结合,研究了一种基于FPGA和多DSP的多通道并行处理的高速视觉测量系统。详细介绍了FPGA技术与多DSP技术在数字图像处理过程中的不同应用、高速视觉测量系统的总体结构以及各部分的工作原理。     

锰铜压力计的温度补偿模型研究

针对锰铜压力计灵敏度和零点温度漂移大且硬件补偿困难的问题,提出了一种有效的温度补偿模型.设计了超高压压力发生装置,并在此基础上改进了实验装置结构以减少数据误差,通过采用自动化数据采集系统,实现了多变量的同步采集并提高了采集速度和数据量.通过对大量数据的特征分析,推导出数学补偿模型.实验结果表明:该补偿模型能很好地反映锰铜压力计在温度、压力共同作用下的特征,使锰铜压力计在高温下也能较为准确地测量压力.     

基于NiosⅡ的音频信号分析仪设计

文中研究了一种基于傅立叶变换和Nios软核控制器的硬件音频信号分析方法,并构成一种音频信号分析仪。该仪器通过Avalon—ST总线有效的把FFT IP核与Nios软核处理器有机的结合起来,在FPGA芯片上配置NiosⅡ软核处理器和相关的接口模块来实现嵌入式系统的主要硬件结构,该结构使得软件和硬件集成到一片可编程逻辑器件平台上,使设计同时获得软件的灵活性以及硬件的高性能优势。设计中,在AlteraEP2C35系列FPGA芯片中嵌入NiosⅡ软核处理器,使之集成在一片FPGA上,开发效率高、灵活性强,能较好地满足的市场需求。