基于LonWorks总线的智能楼宇用电参数高精度采集节点设计

利用神经元芯片CY7C53120和单片机AT89S52设计了基于主机的智能楼宇用电参数采集Neuron节点,构成了LonWorks网络系统,采用AD637实现了电流与电压的真有效值高精度转换,给出了其硬件及软件模块。测试结果表明,系统实现了对楼宇中各用电参数的在线测量,误差控制在±1%以内。     

基于低功耗蓝牙的足底压力采集系统设计

足底压力是反映身体健康的一种指标。作为一种健康指标的测量,目前的发展趋势是采用可穿戴设备的形式,应具有续航时间长、实时监测、便于穿戴的特点。基于鞋垫形态,以蓝牙芯片nRF52832为核心设计了一种低功耗的足底压力采集系统,将采集的足底压力数据实时地传送至手机和服务器,并且实现了硬件电路微小型化设计。实验结果表明:系统功耗是传统蓝牙系统的3~6%,续航时间延长了40多倍;硬件电路的面积是传统蓝牙硬件的30%;足底压力数据的约定真值相对误差低于2%;达到系统设计要求。     

基于灰度投影梯度扩散的PET满瓶快速检测

设计一种基于灰度投影梯度扩散的PET满瓶快速检测系统。开发了可以得到多角度液位图像的成像系统;提出了基于扩散灰度投影梯度的液位定位算法,对采集的图像二值化,对二值化后图像腐蚀并做垂直方向的灰度投影,根据液位的位置和灰度先验特性对灰度投影梯度进行扩散,最后用扩散后的梯度信息结合实际生产要求,采取双阈值决策算法对样品瓶子是否合格进行判定。选择500 ml的不透明饮料瓶为对象进行测试,实验结果表明算法能够快速准确定位液位,液位定位误差在0.68 mm内,对于1 296×700图像的平均检测时间为23.8 ms;系统的检测正确率达97.2%,速度高达36 000瓶/h。     

基于无线传感器网络的楼宇环境监测系统设计

正在充分研究现有楼宇环境监测系统的基础上,将ZigBee无线传感器网络技术应用于楼宇环境监测领域,给出了楼宇环境监测系统的组网方案,重点设计了基于无线数据传输芯片JN5139的传感器节点硬件结构和软件流程。系统可以对目标监测区内的温度、湿度等环境信息进行快速、可靠地远程采集和传输,解决了传统楼宇环境监测信息存储的有限性和移动测量的不便性等问题,为楼宇环境监测提供了一种有效的解决方案。实验结果表明,基于ZigBee协议的无线监测网络,实现了节点组网功能,验证了系统设计方案的可行性和有效性。     

旋转导向钻井工具中的压力采集系统设计

根据旋转导向钻井工具开发的需要,设计了一种适用于高温度环境的高精度压力采集系统,介绍了系统硬件电路设计及温度补偿算法原理.硬件设计中传感器信号放大调理电路、模数转换电路使用高精度、低温漂器件降低温度影响.系统通过实验标定方式得到压力传感器补偿参数,采用线性插值方法对压力传感器输出进行全范围温度补偿,得到实际压力值.实验结果表明,该压力采集系统能有效地降低温度对压力测量的影响,压力测量的精度可以达到满量程0.1％,满足实际应用要求.     

一种用于谐波测量的全数字同步采样算法

提出了一种用于高精度谐波测量的全数字同步采样算法,其原理是根据电网的基波频率动态地调整过采样模数转换器（ADC）中抽取电路的抽取率,使得抽取后的系统采样频率可以跟随基波频率的变化而变化。与传统的模拟锁相环（PLL）和软件同步采样算法相比,该算法完全由数字电路实现,更加节省硬件面积,适合于数模混合系统的应用开发。文中给出了一个包含delta-sigma ADC、频率测量模块、抽取率控制单元和64点快速傅里叶变换（FFT）计算引擎的、用于实际混合系统芯片设计的Simulink仿真模型。对于采样频率是1.638 4 MHz、带宽是1.6 kHz（可计量31次谐波）的谐波测量系统,在电网频率波动±5%的条件下,同步采样后基波和谐波有效值误差分别小于0.001%和0.02%。     

基于ZigBee的无线温湿度采集系统研究

针对目前的温湿度采集系统存在的高功耗和自组网等问题,组建一种低功耗通用的无线数据采集系统;然后介绍了ZigBee无线传输协议和所选硬件的特点,着重分析了ZigBee无线传感网络的体系结构,给出了以CC2430片上系统芯片为核心的无线网络系统的硬件构成以及主节点的设计和工作流程;最后,制作的硬件结构调试结果表明,利用所选部件搭建的网络可实现良好的自组网性,提高了系统可扩展性,达到节能延寿的目的。     

ZMD31050在压力测量之温度补偿中的应用

介绍了ZMD公司的ZMD31050补偿芯片在压力测量中解决温度漂移方面的应用实例。首先阐述了ZMD31050进行补偿的基本原理，包括工作时的信号流图和信号调理算法。接着给出了基于低功耗的C8051F930为主控芯片的硬件电路的搭建方法及软件部分的设计，其中芯片之间的通信采用了FC协议。最后通过实验结果可以看出，ZMD31050对温度的漂移进行补偿后，原有误差明显降低，可见其效果是较理想的。     

基于Zigbee技术的温湿度监测系统

为解决工厂中温湿度测量的问题,设计了一种基于 ZigBee 技术的无线监测系统,解决了传统有线监测系统的成本高、组网复杂、网络覆盖范围小等问题。采用 LabVIEW 编写了 PC 平台操作界面,采用 CC2530组建无线传感网络,使用 TSYS01温度传感器与 HTU21D 湿度传感器作为传感节点建立整套温湿度监测系统,介绍了该系统的构成原理,协调器以及终端节点的硬件电路和软件设计方案。系统使用线性拟合算法将传感器测量到的温度与湿度数据与标定数据进行误差补偿,达到较高测量精度。实验结果表明,该系统温度测量误差小于±0.1℃,湿度测量误差小于±2%RH,能精确测量工厂内温湿度。     

应用89C51单片机测量矿井风机转速

为测量风机的转速,用光电码盘及光电接收器为信号发生器,设计了一种基于89C51单片机的转速测量系统。分析了系统工作原理,给出了信号采集硬件设计电路以及数据存储、显示结构电路,给出了软件设计流程。对M算法精确度进行了计算。理论和实验结果显示,测量系统能够保证测量的实时性,测量精度高,可适用于中高转速的测量。     

数字化变电站合并单元自动误差校验技术及应用

合并单元的准确性直接影响数字化变电站甚至智能电网的安全稳定运行。为此,文章从硬件设计和算法研究两方面着手提升合并单元误差校验准确度和实时性,详细给出了合并单元校验系统硬件设计原理,提出了基于最小旁瓣卷积窗的频谱相位校正算法,实现了合并单元比差和角差准确估计,建立了合并单元时钟误差校验方案,实现了时钟误差校验、守时功能测试和绝对延时计算。实验结果证明,文章设计的数字化变电站合并单元自动误差校验系统运行稳定可靠,满足实际测量需求。     

基于CPLD设计的高速机械传动误差采集模块

介绍了基于信号细分理论的机械传动误差采集模块部分的实现原理。给出了传动误差测量系统的整体设计,包括前置整形放大电路、误差采集模块及FIFO数据缓冲器、USB2.0传输模块、PC机等。基于CPLD芯片EPM7512AETC144设计了误差采集模块,描述了其组成部分(控制命令寄存器组、可控分频器、FIFO控制器、相差产生电路、全脉冲计数器、相差计数器等),并通过时序仿真验证了CPLD设计的正确性。该CPLD可再编程的特性方便了后续开发对采集模块的升级。     

基于离群点算法的在线监测传感器的设计与研究

为解决现有用电异常大数据计算模型由于原始数据不准确导致存在漏报、误报、数据处理复杂等问题,研制了一种用于 分布安装在一次侧的线路的节点的在线监测传感器,通过对硬件的设计确保数据采集的可靠性;建立传感器采样误差数学模 型,分析传感器铁芯引入气隙后测量后误差形成的机理,并对其进行仿真优化。 引入采集电流信号波动指标及变异系数,选择 数据样本质心,并根据质心及离群点算法筛选处离群点,大大降低了数据计算复杂程度,提高了用电异常判别的可靠性。 功能 性测试表明,该传感器采集的电流数据准确度高度,相对误差值小于 0. 2%,数据同步误差不大于 5 μs,为计算模型提供可靠的 采集数据。     

一种基于SoC的程控滤波器实现方法

使用基于SoC芯片的控制系统实现对程控滤波器的设计,满足不断增加的测量精度与放大增益稳定性要求,已经成为滤波器设计业界的焦点。采用单片机C8051F020作为主控芯片,介绍了自动测试系统中基于SoC的程控滤波器的设计原理及流程,给出了具体电路及程序,利用硬件与软件滤波算法相结合,利用单片机及其它硬件电路实现了设计功能。试验表明,能较好地实现程控滤波的功能,得到了很高的增益和测量带宽。     

基于DSP的电力系统交流电量同步采集系统

研究了基于DSP的电力系统交流电量同步采集处理系统的整体结构及各组成子模块,描述了采集系统各模块的构成及模块主要芯片的性能及工作原理,给出了模块及器件之间硬件接口设计思路和架构,设计了DSP和USB的程序框架,最后介绍了同步采样波形的产生过程,并进行了数据采集误差分析,结果证明了本方法的可行性与精确性。     

一种温度补偿的压力测量电路设计

针对传统查表法压力温度补偿耗时以及占用内存大的问题,对传统查表法进行了优化设计。该测量系统采用有限的离散温度点的温度补偿系数建立数学模型得出不同温度下的补偿系数;通过在103F3950F热敏电阻温度值和采集温度信号之间构建递增数列,实现温度值的快速获取;最后利用获取温度值、压力信号、补偿系数计算出测量压力值。试验结果表明,该测量系统算法简单,快速高效、占用内存小,同时测量精确度达到0.0887%,相比传统查表法精确度0.1660%提高了46.57%。     

直流电机型力促动器的控制系统设计

设计了一种基于直流电机驱动的力促动器控制系统,并进行了检测。该系统以TMS320F2812为控制核心,通过高精度模数转换芯片AD7656采集传感器LoadCell输出的力信号,通过DAC7744输出模拟控制信号给电机驱动芯片OPA548驱动直流电机转动;该系统采用双闭环控制策略,其中,内环电流环采用PI控制器,并基于模拟硬件电路实现,外环力控制环采用自抗扰控制算法,在DSP内通过软件实现,给出了软件算法实现的流程,及参数整定方法。实际测试结果表明:该控制系统具有良好的响应特性,抗干扰能力强,稳态精度高,在±100 N测量行程内,10 min的稳态精度优于20 mN,并且电控系统具有很小的发热量,满足主动光学实验系统的要求。     

基于DSP的四声道超声气体流量测量技术研究

针对超声波流量计在低流速流体测量中准确性低、可靠性低、误差大的缺陷,提出一种基于数字信号处理器(DSP)的四声道气体超声流量测量技术。首先,基于超声波流量计的测量原理选择时差法作为流量测量算法,并确定超声波流量计的声道布置方案;其次,采用数学积分法求取瞬时流量的加权系数,选取TI公司的TMS320F28335型DSP芯片,完成系统硬件的设计;最后,对接收信号进行滤波处理,模拟检测管道内静态和定量状态下流量情况。实验结果表明,在管道静态流量测量中各声道的平均测量误差为0.142%、0.214%、0.278%、0.365%,误差低于±0.4%,符合标准要求。而在低流速定量测量中,样机与标准表平均误差为0.945%,实验数据表明样机检测误差随气体流速的增大而减小,满足设计要求。     

电容法微力测量中轴偏对电容梯度的影响

电容法微小力值测量中电容传感器会存在轴偏现象,影响测量精度。基于理论模型,分析计算了电容传感器在轴偏情况下的电容梯度。设计了合理的测量方案,通过高精度图像传感器及机器视觉算法,实现了轴偏及电容梯度测量,对轴偏与电容梯度之间理论数值关系进行了实验验证。实验证明了理论推导的正确性及测量方案的可性行,为后续的微力精密测量提供了误差补偿依据。在当前的电容传感器条件下,轴偏不大于50μm时,可满足误差1%以内的系统整体测量目标。     

基于ISO14443 TYPE B协议的实用型射频卡读写器设计

介绍了基于ISO/IEC14443 TYPE B协议的13.56MHz的RFID阅读器的设计.给出了设计的硬件电路和防冲撞算法的软件实现,最后给出了示波器测试的实验结果.本文所用的阅读器芯片为瑞士μEM公司生产的模拟前端集成电路芯片EM4094,微控制器使用了ARM7芯片LPC2104,防冲撞算法使用传统的基于ALOHA的算法.