基于网络的分布式测控系统研究

这是一篇关于测控系统,嵌入式TCP/IP协议,互联网/以太网,设计模式,Java Applet,Soeket编程的论文, 主要内容为测控系统越来越走向分布式,网络化。本文根据这一趋势对已有的测控系统进行扬弃,提出了以高速以太网作为现场测控子系统,用企业局域网对测控网络进行管理,通过网关连接到Internet网实现远程测控功能的基于网络的分布式测控系统。在此基础上,仔细分析了基于网络技术的分布式测控系统的软件体系结构,并在鱼雷热动力模拟试验系统实例中建立并实现了鱼雷热动力测试模拟系统框架。在现场测控子系统中使用通用的8位单片机,对标准TCP/IP协议进行裁剪,实现了适用于工业测控领域的嵌入式TCP/IP协议;在监控软件的设计中,兼顾实时和非实时的控制与通信需求,分别使用JSP技术和EJB技术并结合SQLServer数据库实现历史数据的存储、维护和查询操作,使用Java Applet技术结合Socket编程实现对实时数据的动态监视。同时在测控软件设计时采用设计模式以提高系统性能,使系统易于扩展、维护。 论文将基于网络的分布式测控系统框架应用在鱼雷热动力测控系统的研究上,所取得的成果对研制先进的鱼雷热动力测控系统以及其它测量与控制系统都具有重要的参考价值和实践意义。

摆式地震计测控系统设计与实现

这是一篇关于摆式地震计,测控系统,数据存储,网络协议解析,B/S软件架构的论文, 主要内容为摆式地震计是振动信号采集的重要设备,地震计测控系统作为地震计的辅助系统,为地震计提供了调试、测试、安全运输、数据存储、数据处理和设备管理等功能。传统的地震计测控系统在调试、运输、部署和测量过程中存在以下问题:(1)设备自适应能力不高,机械摆固有频率无法调整,且对机械摆的保护性不高;(2)测控系统对网络接入设备不具备通用性,且系统和设备的故障定位不明确;(3)数据存储无法同时兼容本地和远程存储;(4)客户端不具备跨平台能力,对工控机硬件要求较高。为解决上述问题,本文在研究摆式地震计的工作原理和目前主流的地震计数据采集系统和设备管理系统后,提出并设计了一种基于B/S架构的地震计测控系统,主要工作包括:研究了摆式地震计机械摆的工作原理,从机械摆的固有频率调节和保护出发,在地震计机械结构的基础上,设计了机械摆的固有频率机构和锁止保护机构,并针对其设计了下位机程序和上下位机通讯协议,实现了机械摆固有频率和锁止保护的远程控制和调节。基于SpringBoot和软件定义协议的思想,设计并实现了一种可定制的网络协议解析器,实现了基于XML的协议描述方法,并应用于后端系统中提升后端系统在网络协议解析方面的通用性。针对系统软硬件故障定位能力较差的问题,在后端系统中设计并实现了设备抽象框架和管道通讯框架,设备抽象框架对接入系统的设备进行抽象管理并实时监控设备状态,实现了设备故障的准确定位。针对由数据处理错误和数据流向错误导致的系统数据故障,本文基于流式编程思路,设计了应用于后端系统的管道通讯模块。通过将数据处理和数据流向在代码层面透明化,实现了数据处理过程和流向的准确定位,提高了代码的复用性,提升了数据故障定位效率。通过研究和对比各RPC(远程过程调用)框架的优缺点,选择在后端系统中引入系统耦合度最小的RMI技术,结合所设计的设备抽象框架,实现了后端系统对本地存储和远程存储的兼容。此外,根据地震计数据采集时间上连续性的特点,采用磁盘的顺序读写替换传统的随机读写,结合数据缓冲池和Java多线程来提高后端系统的数据读写速度,降低系统的IO阻塞时间。针对传统客户端采用C/S软件架构导致的客户端与操作系统绑定,对工控机硬件要求较高等缺点,开发了基于VUE框架的前端系统,该前端系统无需安装且跨平台,实现了控制命令的可视化操作、数据图像的实时渲染和设备状态的直观展示,并在前端系统中实现了网络连接的模块化封装,提高网络连接的复用率。最后对本文设计的机构和系统进行试验,试验结果证明:本文设计的锁止保护机构和固有频率调节机构对机械摆具备远程锁止保护和固有频率调节能力;后端系统兼容本地和远程存储且磁盘写速度达8GB/s,读速度达7GB/s,数据流向日志可查,支持设备管理;前端系统具备良好的用户交互、浏览器访问和大数据实时渲染能力。

基于DSP的嵌入式测控系统的设计与实现

这是一篇关于DSP,嵌入式,接口,CPLD,测控系统,控制算法的论文, 主要内容为随着大规模集成技术的发展,数字信号处理器(DSP)在功能、处理速度和处理能力方面都取得了划时代的突破,并广泛应用在数据通信、图像处理、语音处理、自动控制等领域中。DSP嵌入式系统是把DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统。 本论文针对大多数测控系统技术要求的共性,开展基于DSP的嵌入式测控系统的设计与实现研究,以期在设计的通用最小测控系统核心结构下,只需增加部件或外挂电路。而不必再重新建构,就能够实现复杂测控系统的功能。 本文首先分析了嵌入式测控系统的系统结构和特点,结合嵌入式测控系统的发展要求分析了基于DSP的嵌入式测控系统的应用需求,并在此基础上提出了一种基于DSP的通用的嵌入式测控系统结构。然后,设计出了该系统的各个组成模块和系统软件。最后,对整个系统进行了调试和验证,证明了该系统的可行性。 该系统的硬件采用模块化设计,为以后系统的扩展和升级提供了方便。CPU采用DSP作为核心处理器件,充分利用了DSP器件速度快、实时性强等优点,满足了现在测控系统对并行操作、数据流量大、性价比高的应用需求;设计了存储器扩展电路,便于在线调试,也为以后的系统扩展提供了足够的存储空间;设计了通信接口电路,便于系统和上位机或控制对象之间的通信;还有人机交互接口模块、D/A转换模块;设计了电子盘模块,用来存储大量的测控数据;另外,还设计了外部总线扩展接口电路,其中包括了几乎所有来自DSP的信号,扩展口允许用户设计自己的专用电路,连接在该通用板卡上,大大提高了开发效率;控制逻辑模块的设计采用大规模可编程逻辑器件CPLD实现,利用在系统可编程技术提高了系统设计的灵活性和可重构性,易于系统的更新升级。 该系统的软件是在CCS2(‘C2000)开发环境下,用C语言实现的。程序结构主要采用主程序的循环结构中相应四个中断的方式,并固化了三个常用的控制算法,便于用户在需要时直接调用。 经调试仿真表明,采用这种方案构造通用的嵌入式测控系统,集成度高、处理速度快、系统的硬件和软件都具有极强的通用性和可扩展性。在该测控系统的基础上,用户可以方便的通过软硬件的扩展构成具有不同功能的测控系统。

公路隧道高空摄像头清洗机械臂的测控系统研究

这是一篇关于隧道养护,摄像头清洗,机械臂,测控系统,位姿估计的论文, 主要内容为由于公路隧道相对封闭,汽车尾气和灰尘容易附着在监控摄像头镜面,影响摄像头的实时监控,养护部门需要定期清洗镜头。目前采用的清洗方式主要为由人工站在约4m的移动式升降平台上进行摄像头清洗,该方法存在安全隐患,急需有效的摄像头机械化清洗方法。本文主要针对隧道摄像头清洗机械臂的测控功能需求,开展摄像头的位姿检测和机械臂功能控制研究,实现摄像头机械化清洗作业,解决隧道内摄像头清洗困难的问题。(1)开展了现场调研,分析了基于机械臂的隧道摄像头清洗需求,提出了基于主从式控制器的“手动遥控+自动定位”测控方案和“固定操作面板+移动平板”的人机交互方案,设计了整体测控系统硬件平台框架,为后续清洗机械臂测控系统的实现奠定基础。(2)为实现摄像头的自动定位功能,分析了隧道内摄像头位姿参数获取的需求与工况限制,提出了基于Gen6D的摄像头位姿检测方案。根据实际检测需求重新标定了位姿检测结果中的平移向量,完成了机械臂的手眼标定,开展室内实验验证了目标摄像头位姿参数获取方法的正确性。(3)计算了各关节极限负载工况下的驱动力矩,完成了机械臂的电机选型。结合机械臂的工作要求,采用CAN总线设计了机械臂测控系统,使用位置式数字PID算法完成了各关节定位运动控制模块的设计。在此基础上,采用CAN转蓝牙模块将机械臂工作参数转为无线信号,采用安卓平板开发了机械臂的遥控系统,实现了各关节定位控制和位置反馈的用户交互功能,完成了机械臂测控系统的软硬件系统设计。(4)搭建了隧道摄像头清洗机械臂的样机,开展了各关节的定位实验,结果表明各关节位置误差≤3mm,关节角度误差≤1.4°,各关节运动所需时间在11.3s～26.4s范围内。开展了摄像头位姿检测与机械臂轨迹跟踪实验,结果表明测得的位姿可用于机械臂粗调对准,机械臂的实际运动轨迹与轨迹规划误差较小,整体运动曲线平滑,轨迹跟踪末端定位精度为7.3mm;现场实验实现了隧道内轨迹跟踪运动,获取了位姿检测功能的改进需求,验证了本文所设计的隧道摄像头清洗机械臂测控系统的可行性。采用CAN总线完成了隧道摄像头清洗机械臂测控系统,实现了隧道摄像头的定位和机械化清洗功能,为推进养护设备的智能化研究奠定基础。

船舶气电混合动力试验平台设计与试验研究

这是一篇关于船舶气电混合动力,选型匹配,测控系统,台架设计的论文, 主要内容为随着社会进步,能源紧缺以及排放污染问题成为制约全球发展的主要因素,采用新型的动力形式实现节能减排成为船舶行业解决危机的重要手段,也是其发展的主要趋势。船舶气电混合动力系统是一种多动力源结合的推进系统,利用气电混合动力技术可以有效提高船舶能效、减少气耗与排放。目前,船舶混合动力技术的成熟度较低,关键技术无法突破制约其发展,试验是解决问题的有效途径,建设船舶气电混合动力试验平台,开展混合动力平台的试验研究具有十分重要的意义。本文针对船舶气电混合动力系统的研究需求,开展气电混合动力试验平台的设计与试验研究。主要研究工作包括以下几个方面:进行船舶气电混合动力试验台架的设计。首先对船舶气电混合动力系统工作原理进行分析,概述混合动力试验台开发所需的核心技术;接下来以满足混合动力系统试验需求为目的,提出平台的设计原则和技术指标,在此基础上提出布局合理、贴近实船环境、具有一定技术先进性的试验台架设计方案;之后针对系统所需设备的基本特性,依次开展气体机、可逆电机、储能系统、齿轮箱、测功机等设备的选型匹配研究,计算传动轴的轴径轴长等规格参数,最后根据试验场地实际情况进行台架布置设计,完成混合动力试验台架的搭建。为实现混合动力试验平台自动化控制,同时对运行过程中系统参数进行采集与监控,本文基于RCP快速控制原型技术,使用NI公司Compact RIO系列硬件设备对测试系统进行设计与开发。首先设计搭建系统主控制柜作为硬件设备的载体,通过机柜面板可反映系统运行状态,实现平台的机旁控制;分析设备特性确定混合动力试验平台基于规则的系统控制策略,使用仿真软件平台搭建策略模型,通过代码生成技术将策略编译导入控制器,完成下位机软件的开发;基于Veri Stand软件进行系统上位机的设计,配置平台的数据采集通道,调试各设备间的通讯,搭建整洁美观的系统监控界面,实现数据采集存储、平台远程控制的功能,最终完成平台测试系统的开发。台架搭建以及测试系统调试完成后,根据提出的技术指标开展船舶气电混合动力系统试验研究。设计进行气电混合动力试验平台启动试验、停机试验以及模式切换试验,采集分析系统转速、扭矩、SOC等数据,试验结果表明,所开发动力系统启停以及模式切换稳定时间≤20s,稳态工况下设备转速波动≤20r/min,系统可以根据控制策略的设定自动化运行,满足平台设计时提出的需求。最后,进行试验结果影响性因素分析,对平台优化改进提出合理的建议。

某型大气取样测控系统设计与质量特性研究

这是一篇关于测控系统,质量特性,可靠性预计,远场预测,定性评价的论文, 主要内容为某型取样测控系统(以下简称测控系统)是基于航空平台的军用大气检测装备。由于军用装备的特殊使用环境和应用场景,对装备的质量特性有较高要求。本文以该测控系统设计与质量研究为主要内容,完成了测控系统硬件设计和配套软件开发,并重点对系统可靠性和电磁兼容特性进行定量研究,对设计的其他质量特性进行定性评估。论文主要研究内容如下:1.测控系统硬件和软件的设计实现。完成测控系统电硬件电路、嵌入式软件(测控软件)以及上位机软件的设计,研制了原理样机,实现系统要求的相关功能,并进行了测试验证。2.基于蒙特卡洛方法的测控系统可靠性预计。本文首先采用应力分析法得到了单元可靠性数据,结合测控系统可靠性框图,使用蒙特卡洛方法进行仿真计算,得到了系统1万小时可靠度、平均故障间隔时间(MTBF)和系统失效率等可靠性指标,并对薄弱环节进行了分析和整改。本文通过采样元件寿命计算各项可靠性指标,可快速简洁地计算非恒定类型的失效率、指定工作时间的可靠度下限等,其他方法较难计算的指标。3.基于无相位近场信息的PCB板远场辐射预测。在前人通过全局优化算法搜索PCB板等效偶极子源,预测远程辐射的基础上,本文提出基于预置位置的偶极子源粒子群优化算法。该方法在分析PCB板等效偶极子分布规律的基础上,首先预置偶极子位置,而后根据近场拟合误差进行迭代,动态添加和删除偶极子,有效提升了算法求解模型的速度和精度,仿真实验证实了该方法的正确性和有效性。利用该方法对电控箱PCB板远场进行了预测,为EMC设计提供了重要参考。4.测控系统定性评价。针对测控系统维修性、测试性、安全性和保障性,按照制定评价指标、邀请专家打分、分析计算权重、综合评价结果的步骤进行定性评价。在国军标的基础上,结合使用场景对评价指标进行了裁剪和丰富,更具针对性。指标权重的计算使用层次分析法,通过分析各专家权重正反矩阵得到,具有一定客观性。本文完成了测控系统的初步设计工作,并针对该系统关键质量特性进行了分析评价。在研究过程中,使用的基于蒙特卡洛的可靠性预计方法,以及基于预置位置的偶极子源粒子群优化算法,对开展测控系统的设计评估,具有一定参考意义。

摆式地震计测控系统设计与实现

这是一篇关于摆式地震计,测控系统,数据存储,网络协议解析,B/S软件架构的论文, 主要内容为摆式地震计是振动信号采集的重要设备,地震计测控系统作为地震计的辅助系统,为地震计提供了调试、测试、安全运输、数据存储、数据处理和设备管理等功能。传统的地震计测控系统在调试、运输、部署和测量过程中存在以下问题:(1)设备自适应能力不高,机械摆固有频率无法调整,且对机械摆的保护性不高;(2)测控系统对网络接入设备不具备通用性,且系统和设备的故障定位不明确;(3)数据存储无法同时兼容本地和远程存储;(4)客户端不具备跨平台能力,对工控机硬件要求较高。为解决上述问题,本文在研究摆式地震计的工作原理和目前主流的地震计数据采集系统和设备管理系统后,提出并设计了一种基于B/S架构的地震计测控系统,主要工作包括:研究了摆式地震计机械摆的工作原理,从机械摆的固有频率调节和保护出发,在地震计机械结构的基础上,设计了机械摆的固有频率机构和锁止保护机构,并针对其设计了下位机程序和上下位机通讯协议,实现了机械摆固有频率和锁止保护的远程控制和调节。基于SpringBoot和软件定义协议的思想,设计并实现了一种可定制的网络协议解析器,实现了基于XML的协议描述方法,并应用于后端系统中提升后端系统在网络协议解析方面的通用性。针对系统软硬件故障定位能力较差的问题,在后端系统中设计并实现了设备抽象框架和管道通讯框架,设备抽象框架对接入系统的设备进行抽象管理并实时监控设备状态,实现了设备故障的准确定位。针对由数据处理错误和数据流向错误导致的系统数据故障,本文基于流式编程思路,设计了应用于后端系统的管道通讯模块。通过将数据处理和数据流向在代码层面透明化,实现了数据处理过程和流向的准确定位,提高了代码的复用性,提升了数据故障定位效率。通过研究和对比各RPC(远程过程调用)框架的优缺点,选择在后端系统中引入系统耦合度最小的RMI技术,结合所设计的设备抽象框架,实现了后端系统对本地存储和远程存储的兼容。此外,根据地震计数据采集时间上连续性的特点,采用磁盘的顺序读写替换传统的随机读写,结合数据缓冲池和Java多线程来提高后端系统的数据读写速度,降低系统的IO阻塞时间。针对传统客户端采用C/S软件架构导致的客户端与操作系统绑定,对工控机硬件要求较高等缺点,开发了基于VUE框架的前端系统,该前端系统无需安装且跨平台,实现了控制命令的可视化操作、数据图像的实时渲染和设备状态的直观展示,并在前端系统中实现了网络连接的模块化封装,提高网络连接的复用率。最后对本文设计的机构和系统进行试验,试验结果证明:本文设计的锁止保护机构和固有频率调节机构对机械摆具备远程锁止保护和固有频率调节能力;后端系统兼容本地和远程存储且磁盘写速度达8GB/s,读速度达7GB/s,数据流向日志可查,支持设备管理;前端系统具备良好的用户交互、浏览器访问和大数据实时渲染能力。

粮库网络测控系统设计与开发

这是一篇关于粮库,测控系统,传感器,温度,湿度,单片机,抗干扰的论文, 主要内容为粮食作为我国重要的战略资源，是国民经济的基础，是关系到国计民生的大事，因而作为粮食储备的粮库测控与管理就显得十分重要。本文所研究的是集温度、湿度、通风控制为一体的粮库网络测控系统，从软件、硬件和可靠性三个主要方面进行了分析、研究、设计与系统实现，对安全储粮起到非常重要的作用。 本系统主要由上位机(PC)，下位机(MCU)、通风控制、测温分机、温度传感器和湿度传感器等组成的分布式网络测控系统。测温分机完成现场多点温度的采集；下位机是采用AT89C58单片机为核心元件来设计的，对粮食的温度、粮仓的温度和湿度进行实时测量，并且能够接收PC机送来的指令，完成与PC机的信息交换；上位机实现载波通讯和数据存储与显示等功能，清晰的显示出粮仓内粮食的保存状况。最后，文章还给出了系统的可靠性和抗干扰的措施，使系统能够稳定可靠的工作。 本文的主要工作和研究内容如下： (1) 调查粮库目前的现状，为系统的设计和开发提供科学依据。 (2) 进行整体设计。将硬、软件按实现的功能划分成不同的模块。 (3) 设计硬件电路及绘制PCB板。 (4) 硬件电路的安装和调试。 (5) 上位机软件设计及调试。 (6) 联机调试。 (7) 系统可靠性设计和抗干扰设计。

交流激励TMR磁传感技术研究

这是一篇关于隧道磁电阻,磁传感系统,交流激励,噪声特性,输出漂移,测控系统,数字信号处理的论文, 主要内容为隧道磁电阻(TMR)具有灵敏度高、功耗低、易于小型化等诸多显著优势,具有发展成为高性能小型磁传感器的巨大潜力。但在面向高性能线性磁测量方面,TMR磁传感器还存在1/f噪声较大、低频磁场探测分辨力低、输出稳定性不足等诸多实际问题。针对上述问题本文提出了一种交流激励的TMR磁传感系统设计方案,通过理论分析与实验研究相结合的方式对TMR在交流激励下的动态噪声特性、输出响应特性和输出稳定性进行了研究,掌握了TMR在交流激励下的特性变化规律。研制了交流激励TMR磁传感系统,测试评估表明,交流激励TMR磁传感系统噪声降低了约77.2%,系统零偏减小了约96.8%,输出随时间的漂移相较于直流供电条件降低了83.3%。文章主要研究工作如下:1、通过理论分析与实验探究相结合的方式对交流激励TMR动态噪声特性和输出响应特性进行了研究,研究表明交流激励TMR的噪声降低约30%并且TMR的灵敏特性无损失。首先对交流激励TMR噪声特性和输出响应特性的变化机理进行了理论分析。而后利用所构建的噪声测试系统和输出响应特性测试系统对TMR在交流激励条件下的动态噪声特性和输出响应特征进行研究。实验表明交流激励下的TMR噪声出现分离现象,约有30%的噪声被留在低频段。输出响应方面,交流激励TMR灵敏特性未出现损失,其输出响应曲线、灵敏度和磁滞等核心特性与直流供电条件时保持一致。2、开展了交流激励TMR输出稳定性理论分析与实验研究,研究表明交流激励能够显著减小TMR输出波动和输出漂移,同时能够有效提升变温下TMR输出漂移的可重复性。本文对影响惠斯通桥式结构TMR输出稳定性的内部和外部因素进行了剖析,明确了交流激励对TMR输出稳定性的影响机理。构建了测试系统对TMR在不同激励条件、不同磁场条件和不同温度条件下的输出稳定性展开研究。实验表明,恒温条件下交流激励能够将TMR输出波动降低62.5%,输出漂移最大降低至直流供电时的1/9;变温条件下,交流激励将TMR输出漂移降低至直流时的1/6,并且显著提升了TMR输出漂移的可重复性,为建立高精度温漂补偿方法奠定了基础。3、提出了“交流激励TMR磁传感系统”设计方案,研制了集交流激励发生与调控、交流信号采集与处理、磁场实时补偿与解算于一体的交流激励TMR磁传感系统。本文将交流激励、磁场补偿融入TMR磁传感系统,提出了“交流激励TMR磁传感系统”设计方案,完成了磁传感系统整体架构的设计、TMR磁传感探头模块设计和测控系统软硬件设计。电路系统方面,设计并制备了电源模块、交流激励(斩波)电路模块、补偿线圈恒流驱动模块以及串口发送模块;软件方面,建立了基于数字信号处理器的测控主程序和基于虚拟仪器Lab VIEW的输出显示平台。最终实现了集交流激励发生与调控、交流信号采集与处理、磁场补偿与解算于一体的TMR磁传感系统。4、构建了性能评估实验系统对所设计的TMR磁传感系统的性能进行测试与评估,评估结果表明交流激励TMR磁传感系统噪声降低了77.2%,系统零偏减小约96.8%,输出时漂降低了83.3%。构建实验系统对所设计的测控系统软硬件性能水平和交流激励TMR磁传感系统的关键性能指标展开了测试与评估。评估结果表明交流激励TMR磁传感系统噪声约为2.1nT,相较于直流条件下的9.2nT噪声下降了77.2%;系统零偏约为0.35nT,相较于直流供电时的10.8nT减小约96.8%;系统输出随时间的漂移最大约为0.015%/h,相较于直流供电条件降低了83.3%。有关实验结论进一步验证了所提方案的可行性,也为TMR磁传感器的发展积累了经验。