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篇1：一种双模通讯的外系统等效器设计论文
一种双模通讯的外系统等效器设计论文
为了克服航天飞行器进行地面模拟测试时，外系统等效器通讯容易中断的问题，设计了一种基于PCI和USB通信技术的外系统等效器。系统以FPGA为中央控制核心，围绕FT245RL和PCI9054芯片进行电路设计，完成对上位机的信息传输，实现了10路RS 485信号和PCM信号的输出。经长期测试，信号输出稳定，满足任务要求，已成功应用于某航天测量系统中。
0 引 言
随着航空航天设备、军用系统等产品的自动测试系统(ATS)面对越来越复杂的测试环境，影响系统稳定工作的因素也越来越多，传统工控机与外系统等效器之间往往采取单总线通信，由于总线通信受到干扰导致信号通信中断，降低了测试设备的可靠性[1]。为了提高通信可靠性，本文设计了一种基于PCI和以太网总线接口的外系统等效器，为了保证数据可靠传输，采用了双总线通信，当一条总线中断时，另一条总线也可以继续工作，用以高效稳定地模拟控制系统及测试系统的接口，实现了在地面实验室完成对飞行器系统的闭环测试。
1 系统原理设计
外系统等效器基于FPGA，USB，PCI技术，采用模块化设计，按照功能设计区分各板卡，设计框图如图1所示。上位机发送的命令和数据通过光纤或者USB接口下发，经过背板，将命令有序传达至各功能板。背板在外系统等效器中的功能为上位机与外系统等效器的数据中转站，此板卡不对数据或命令作任何处理，接收下发的数据、命令，直接转发给功能板[2]。功能板接收到背板发送的数据或命令信息，进行命令解析，按照寄存器执行各通道功能。
数字信号板即该等效器功能板，主要实现RS 485信号和PCM信号。RS 485信号通过标准的RS 485接口芯片实现信号输出，同时用光耦隔离提高FPGA引脚对RS 485接口芯片的驱动能力。另外，此板卡能够接收测量系统发送的位同步、字同步信号，并按照一定的帧格式输出PCM信号。
2 硬件电路设计
2.1 PCI接口电路设计
在本设计中PCI总线与FPGA的桥接芯片选用PCI9054，它集成了PCI接口协议，用户不需要深入掌握PCI通信协议，降低了PCI总线的开发难度，方便用户使用[3]。其工作时钟为33 MHz，允许支持32位数据总线，符合PCI 2.2协议，传输速度根据项目要求设计为10 MB/s。本设计中PCI9054选择从模式，从模式允许PCI总线上的主控设备访问局部总线上的配置寄存器和内存，支持单周期和突发动模式传输[4]。PCI9054通过PCI从设备从FIFO中读写数据的长度分别为16 B和32 B，以支持从PCI总线到局部总线上的突发和单周期存储器映射访问和I/O映射访问。PCI9054作为本地总线主控设备通过和进行本地总线仲裁。
仲裁过程如下：当PCI9054收到PCI端发出的读写控制命令后，随即向FPGA发出控制信号，表明PCI端已经准备就绪，此时FPGA将信号回馈给PCI9054，表明双方都已准备就绪，可以进行正常的数据传输，否则需等待12个CLK才能释放总线。PCI接口与FPGA硬件接口如图2所示。
2.2 USB接口电路设计
USB接口是计算机常用的通信接口之一，以数据传输可靠稳定，传输速率快，通用性强，扩展性强，支持热插拔等优势广泛应用于各个领域的产品开发[5]。选择了FTDI公司的FT245L作为USB接口芯片，其接口电路如图3所示，FT245RL有总线供电和自供电两种供电模式，总线供电模式中，USB接口最大驱动电流只能达到500 mA，此种供电模式只适用于小电流、低功耗的系统[6]。由于本系统功耗较大，所以设计中选择5 V自供电模式来满足功耗要求。
为了进一步优化外界和电磁干扰对USB数据传输造成的影响，一方面增加磁珠配置在USB电源接口处，从而减少设备与主机的干扰;另一方面串入滤波器ADCM2012在USB接口数据传输线中减少纹波引起的干扰。
2.3 数字信号板电路模块设计
在本设计中选用SN55LBC176作为RS 485接口芯片，接口电路如图4所示，SN55LBC176是一款抗雷击芯片，对于多节点系统中复杂的现场状况，选用此款芯片可以有效避免由于雷击而引起的故障[7]。在设计电路时，选用光耦器件HCPL?0631作为隔离芯片，由于光耦器件的输入端为发光二极管，其干扰源等效电阻很大，可以有效地抑制尖峰脉冲，从而进一步优化系统，降低电磁干扰对系统的影响。
PCM信号源模块实现的功能是接收测试系统字同步和位同步信号，按照测试系统数据传输的波特率产生一路带有帧格式且数据量可调的PCM码流。设计中采用DS26C31和DS26C32分别作为RS 422信号的驱动和接收芯片。由于两者的电源脚、地脚、信号使能端以及4路差分信号同相端均相同，不同之处是DS26C32和DS26C31的TTL信号端反相[8]。根据这个特点，在PCB布局时，将RS 422电路模块设计为通用型，使DS26C31，DS26C32根据后续项目需要随时进行替换。电路设计如图5所示。R18，R19，R20，R21是一个0805封装的四脚焊盘，当芯片选用DS26C31时，则在1，4管脚和2，3管脚间分别焊接0 Ω电阻以实现信号连接，当选用DS26C32时，1，3管脚和2，4管脚间焊接0 Ω电阻，此设计大大增加了模块的可拓展性和通用性。
3 关键技术实现
3.1 PCI通信设计
PCI接口板通过金手指连接在工控机的PCI总线上，其作用为在工控机与等效器的通信之间起数据打包和数据转发的作用。PCI接口板与背板之间采用异步串行通信，由于其数据传输速率与PCI总线的读写速率不一致，需通过建立内部FIFO解决通信速率匹配问题。设计中采用FPGA内部自带的双口RAM搭建了位宽为32 b，深度为8 KB的内部FIFO。双口RAM选用了数据位为2 b，地址位为13 b的RAMB16_S2_S2，16个双口RAM共用地址线并置为32 b数据端口以实现32 b数据的输出。
双口RAM的A，B两组接口都可以实现数据的读写操作。设计中内部FIFO端口连接如图6所示， A端口设计为写FIFO，并将WE内部置高，其时钟信号等同于FIFO的写信号，在写时钟的上升沿，从FIFO中写入数据，同时端口A的`写地址递增加1;B端口设为读FIFO，将WE内部置低，B端口的时钟信号等同于FIFO的读信号，在读时钟的上升沿，从FIFO中读取数据。PCI板卡向上位机上传批量数据时，需要将数据先缓存于FIFO中，FIFO的工作原理是先进先出，通过判断FIFO的读、写地址差值辨别FIFO的空、半满、满的状态信息。当判别到FIFO半满，即写FIFO地址与读FIFO地址差值达到4 096 B时将产生中断，LINT#置低，通知PCI9054可以从本地总线上读取数据。
3.2 系统通信协议设计
系统通信协议是为了建立统一的通信标准，各板卡按照协议传递命令、状态、数据，从而使系统的通用性和可扩展性更强。在本系统中上位机与外系统等效器的通信方式有PCI总线通信和USB总线通信两种方式，由于PCI总线与USB总线数据位不同，为了实现协议的标准化，统一二者的通信协议是本系统设计的关键。
标准化协议采用40 b异步串行通信方式，通信包格式为1 b起始位+2 b模式域+32 b数据位+2 b模式域+1 b校验位+2 b停止位，其中32 b数据位为下发功能板的有效信息。采用PCI通信时，上位机发送32 b数据，双模通信接口卡接收PCI总线数据，并将其打包为40 b串行数据通过光纤下发给背板;采用USB通信时，上位机下发6 B数据至双模通信接口卡，转换为40 b串行标准数据包下发至背板。
3.3 USB逻辑控制设计
USB接口控制采用FT245RL完成，FT245RL可以自动实现USB接口和并行I/O的协议转换，芯片内部配置有实现接收和发送缓冲的两个FIFO。在本设计中，数据传输遵循标准协议，由于FT245RL一次只能传输一个字节的数据，所以上位机需发送6个字节的数据以包含标准协议中的所有信息。USB接口逻辑控制流程图如图7所示。
FPGA读取USB总线上的数据：
(1) 自检，首先判断是否为自检命令，若接收到0x5C，双模通信板产生带有帧结构的递增数据上传至上位机，上位机将检测读取到数据，若数据正确，则USB 接口通信正常，自检正确，上位机可以继续下发命令或数据，否则切换至PCI总线通信模式;
(2) 读取命令，确认USB通信正常后，若接收到0xEB，进入读取USB接口命令模式，读取6 B数据，并将其缓存至48位的缓存寄存器中;
(3) 解析USB命令，D[47：40]表示数据是否为有效数据，D[39：36]为USB工作模式，根据不同的工作模式，进入不同的状态。若工作模式为下发命令，将按照标准协议将命令信息进行重组，并转换为40位的异步串行数据并下发。若工作模式为读取状态，读取32位状态信息增加帧头0x5C，帧尾0x5C至USB并行端口，依次发送即可。若工作模式为上传批量数据，批量数据缓存于8 KB FIFO中，当FIFO达到半满时，在批量数据前添加帧头EBEB和帧尾6F6F，再以字节为单位依次向上位机发送数据。
4 实验结果
4.1 RS 485信号测试结果
RS 485差分信号输出如图8所示，RS 485标准阈值为±200 mV。对于RS 485接口芯片而言，时，输出为“1”;输出为0。本设计中所以输出信号是确定的，试验结果正确。
4.2 PCM信号测试结果
PCM码流的检测还需另一块数字量板模拟系统实现发送字同步信号、位同步信号，并将接收到的PCM码流上传到上位机进行检测。图9为测试板发出的字同步、位同步信号。
测试板收到PCM数据会上传至上位机，上位机存储数据文件，如图11所示。此数据包设定模式为递增数，帧头、帧尾分别设为0xEB90，0x146F，帧长度设为256 B。
5 结 语
为了对抗恶劣环境的干扰，提高信号传输的可靠性及通用性，外系统等效器采用PCI接口及USB接口双接口通信设计，实现了测试系统所需全部接口信号的输出。双接口通信解决了单接口掉线系统无法正常工作的问题。等效器采用标准化板卡设计，增强了可拓展性以及可移植性，为产品升级及类似产品生产提供了便利，现已成功应用于某航天测量项目中。
篇2：一种基于单片机的可控成像系统设计论文
一种基于单片机的可控成像系统设计论文
摘 要:基于彩色面阵CCD传感器设计的高速实时图像采集系统,以信号处理芯片CXD3172AR为核心,可实现输出标准PAL/NTSC格式的视频信号,具有自动白平衡、自动曝光、缺陷补偿等功能,并构建优化的模拟前端电路(包括相关双采样和自动增益控制)大幅度提高了采集数据的信噪比。根据DSP芯片具有参数化控制的特点,通过单片机实现与DSP的特殊通讯传输协议来配置DSP参数,并使用外部开关控制完成各种信号处理功能。通过仿真调试,该电路很好地实现了图像采集和控制功能。
关键词:单片机; CCD;可控化;图像采集
基金项目:教育部留学回国人员科硕启动基金(GGRYJJ07-2)0 引 言光学成像系统是将光学信息转化为人们更易处理的电子信息的重要工具,特别对于智能监控、医学诊断及消费电子领域,其重要性就更大。随着成像系统功能的复杂化,摄像机的便携易控性成了设计中需考虑的重要要素。自从1969年Willard S. Boyle和George E.
Smith发明电荷耦合器(CCD)以来,它一直就是光学成像系统的首选传感器。相对于目前发展快速CMOS图像传感器,它仍然具备噪声低,动态范围高的优点。而CCD的模拟前端决定了采集信号的质量,对整个系统信噪比有着决定性的影响,因此对它的噪声抑制是设计中的重点[1]。完成各种图像处理功能的模块是成像系统的核心,针对低照度视频信号成像[2]的设计要求,采用专业信号处理芯片进行各种处理,通过单片机(MCU)对信号处理芯片(DSP)进行参数配置,以完成各种复杂运算功能的控制,简化了系统的逻辑设计,使其具有良好的可控性。
1 系统组成
该系统由CCD、模拟前端AFE(包括相关双采样CDS和自动增益控制AGC)、信号处理模块、微处理器模块以及模拟数字输出模块等组成。系统框图如图1所示。
图1 CCD成像系统框图
图中CCD传感器是整个系统的基础,外部光学信号通过光电转换才能进行各种处理。传感器输出模拟信号将经前端放大,以差分输入的方式进入AFE,然后通过一系列模拟信号的降噪放大处理(CDS,AGC),进入信号处理模块进行各种运算处理。信号处理模块是连接CCD输出和后端通用设备的桥梁,专业信号处理芯片提供了大量视频处理运算功能和多种视频输出格式,为后续处理带来了方便。通过DSP的各种处理,得到设计要求的色度、亮度和饱和度图像,最后输出与终端格式兼容的模拟或者数字信号。模拟输出可以直接与监视器相连,数字输出可以通过FPGA,ASIC等器件与VGA,DVI接口显示器相连。
2 模拟前端模块
CCD读出电路的噪声主要包括读出电路中所用器件的固有噪声,以及因电路结构、电路工作方式引入的附加噪声[3]。主要有1/f噪声[4]、KTC噪声[5]和固定平面噪声[6],这些噪声限制了图像传感器的动态范围,降低了信噪比。在读出电路中,相关双取样技术(CDS)是目前应用最广泛的噪声抑制技术。由于一个像元传输时间中的复位噪声是相关的,相关双取样电路(CDS)可以利用信号相减的运算关系来消除或消弱信号里的1/f噪声、KTC噪声和固定平面噪声,从而可大大提高系统的信噪比。自动增益控制电路(AGC)可以使放大电路的增益自动地随信号强度而调整,使图像信号的亮度平稳,特别是低照度环境里微弱光信号的放大。但不足的是它也会放大低照度条件下的暗电流,降低图像质量。另外,模拟前端带宽的合理选择可以对系统噪声和系统调制传递函数进行折中,以满足应用的需求。目前有两种AFE设计方法,一种是采用分立元器件实现,另一种是采用集成AFE芯片实验。随着AFE芯片的成熟,其内部还集成了暗电流校正电路,各项指标远高于一般分立元器件搭建的电路,并且调试简单。该系统选择的集成AFE是CXA2096N,是专门为数字摄像机而设计的,内部包括相关双取样电路(CDS)、自动增益控制电路(AGC),为A/D转换器提供的参考电平以及采样保持电路,其自动增益变化范围为-0.8~31.3 dB[7]。
3 信号处理模块
3.1 视频处理芯片本文选择的信号处理芯片是SONY公司的'CXD3172AR。该芯片内建10位高精度A/D转换器,具有自动白平衡、自动曝光、自动黑电平校正和缺陷补偿等功能,并能产生驱动CCD的时序脉冲,能够输出PAL/NTSC制式的模拟信号和ITU656格式的数字信号[8],其控制方式有2种:通过RS 232接口用PC机软件控制;通过MCU通用管脚直接用硬件控制。因为MCU的传输总线不属于通用的I2C和SPI总线,所以参考芯片资料,设计了与MCU的通信接口。该芯片支持的最大传输速率为400 Kb/s;使用PC机软件仅支持19.2 Kb/s,且不能完全利用该芯片的带宽,软件控制还必须依赖PC机,不利于携带。在该系统中,采用纯硬件控制方式实现的DSP功能,具有快速灵活的特性。
以CXD3172AR为核心组成信号处理模块的外围电路主要有电源、时钟、视频输出接口和控制通信接口。
3.2 时钟产生电路
CXD3172AR需要产生驱动CCD的时序脉冲,其主时钟将影响整个系统的正常稳定工作。该系统选择的CCD兼容PAL制式色彩摄像机,总共像素为795(H)×596(V),系统要求28.375 MHz的时钟驱动系统和27 MHz的时钟驱动编解码器。为了有稳定的时钟源,采用锁相环路(PLL),用一个高稳定性参考源的一个分频和VCXO的一个分频进行相位比较,产生一个误差变化电压,给VCXO进行环路负反馈,从而使输出频率更稳定[9]。设计VCXO输出28.375 MHz时钟和石英晶振回路输出27 MHz时钟,系统产生的水平同步信号频率为15.625 kHz,其与VCXO的分频进行相位比较,PCOMP引脚输出相位比较结果,判断是否相位锁定。
3.3 电源电路
系统需要4组独立电源,其电压分别为:3.3 V,5 V,15 V,-7 V。基于便携性的考虑,采用9 V直流电压作为电路板的输入,通过线性稳压电源芯片LT1117-3.3和LT1117-5得到3.3 V和5 V电压,选择TPS65131得到15 V和-7 V电压。TPS65131能够输出正负双电压,非常适用于便携性设备。4组电源的输出端分别通过LC低通滤波器,就能为系统提供高精稳定的直流电源。
3.4 视频输出电路
CXD3172AR能输出PAL制式的模拟信号,其输入端口采用电流输出结构,通过电阻产生信号电压,但是由于系统噪声的存在,特别是模拟地和数字的干扰,信号走线长度,元器件布局等因素,对输出端可以增加一级滤波器,以提高信噪比。对于亮度信号而言,芯片内部在输出端已集成了LPF,故只需对色度信号进行处理。设置DSP输出Y/C分离信号,视频信号的带宽一般为6 MHz,色度信号副载波频率为(4. 43±1.3 MHz),图2是色度BPF的频率特性图。亮度信号和通过BPF的色度信号进入视频信号混合放大器NJM2274,其输出阻抗为75Ω,放大后的信号可以直接输入监视器。
3.5 MCU-DSP通信
DSP处理功能可以通过MCU或软件进行控制。
将DSP各控制参数通过特定的通信协议传输到DSP189第2期颜 豪等:一种基于单片机的可控成像系统设计内部寄存器或者外部E2PROM保存,以使其实现视频信号的各种处理功能。这里的MCU为STC的STC89C52RC芯片,并且外搭基本硬件电路,使其成为最小系统。DSP控制参数有635 B,在调试的时候,可以存入DSP的寄存器组以便修改,调试完成之后,优化的参数可以存入E2PROM,使得下次掉电复位后可以继续使用。
图2 BPF频率特性
在通信过程中,一个通信协议包传输的字节数是可变的,最高可达32 B。DSP接收到一包数据后分析它,执行控制命令,完成1次通信。一个通信包由起始字、命令字、地址字和数据字组成。因为DSP内部寄存器数量有限,在执行完上次命令之前,不会再接收任何其他控制命令。该过程被称为“通信禁止周期”,并且此时,芯片返回一个确认数据,该数据可能是写应答信号、读取数据或者通信错误代码。它的片选信号、时钟信号和输入/输出信号格式如图3所示。
图3 通信协议格式
3.6 MCU与DSP的接口在不同硬件接口之间进行数据通信时必须保证其逻辑电平一致,不然通信过程中将出现各种不可预料的错误。该设计中, CXD3172AR主供电电源VDD是3.3 V,其逻辑高电平大于等于0.7VDD,逻辑低电平小于等于0.2VDD,它们属于LVTTL电平。通用MCU管脚一般是TTL电平,所以两者之间的通信必须经过电平转换,这里选择SN74ALVC164245作为电平转换器。SN74ALVC164245有2组独立电源端口,分别将其与MCU和DSP各自的主供电电源相连。这样,就能通过电平转换器将3.3 V系统和5 V系统连接起来。
4 仿真和调试
图4是软件仿真图,输入数据是低位先传,每个字节有8位,字节之间延迟1个时钟周期,DSP在时钟上升沿采样输入数据,在时钟下降沿输出数据。选通信号XCS为低电平有效,为了满足系统的一定时序冗量,在DSP处理时间内(即通信禁止周期)强制将XCS置高。
由于是软件仿真的原因,DO没有波形。但是为了能够测试通信是否成功,在程序里添加回读显示功能,通过4个7端数码显示管显示2个16进制回读数据,判断是否通信成功。
图4 程序仿真图
同时,参考DSP的几个基本功能,将其控制参数保存在程序代码中,通过外部开关的选择,MCU的P1端口读出其电平,实现各种功能的控制,其功能见表1。
表1 功能列表
Interface FunctionP1.0~P1.2 AWB ModeP1.3 Color Rolling ControlP1.4 Black Light CompensationP1.5 AE SwitchingP1.6 Flickerless SwitchingP1.7 AGC Switching完成电路板中各部分的设计以及调试后进行实验,其结果表明,MCU-DSP通信正常,可满足时序及功能要求。
5 结 语
采用专业信号处理芯片及单片机实现了可控成像系统设计,完成了电路板的调试和功能实验,为后续数字信号处理提供了源图像信号。该系统具有电路实现简单可靠,功能控制方便,能够输出多种视频格式信号,具有简易灵活性。目前,将该系统已使用于低照度环境下的帧间滤波技术采集系统中,效果很好。
参 考 文 献
[1]薛旭成,李云飞,郭永飞.CCD成像系统中模拟前端设计[J].光学精密工程,2007,15(8):1191-1195.
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篇3：铁路列车止轮器管理系统设计研究论文
摘要：介绍了铁路列车止轮器管理系统的硬件功能设计和软件功能设计，采用人脸识别技术、数据库技术、RS485通信控制技术，实现了对止轮器管理状态的卡控，保证了列车启动的安全，减少了列车安全隐患。
关键词：铁路列车；止轮器；管理系统；人脸识别
目前，铁路列车止轮器管理中常常出现不能及时按规定存放的不良现象，为避免因此而造成的列车安全隐患[1]，设计了一套铁路列车止轮器管理系统。该系统采用人脸识别技术、数据库技术、RS485通信控制技术，通过软件管理系统对止轮器的应用状况进行卡控，确保存放规范、使用得当，进而保证列车的启动安全。
1铁路列车止轮器管理系统的组成及工作原理
铁路列车止轮器管理系统包括计算机管理系统、人脸识别系统、储物柜存放系统、继电器控制系统4部分。1)计算机管理系统。计算机管理系统通过数据库对止轮器存放/领取、人员信息查询、人员权限设置、止轮器状态查询等进行管理。止轮器存放/领取模块对库房内止轮器状态进行显示，便于使用人员通过计算机了解当前止轮器的使用状态，对止轮器进行选择和确认。人员权限设置部分将使用者分为使用人员和管理人员两类，使用人员可对止轮器进行存放/领取操作；管理人员可查询止轮器的使用状态和使用人员信息。人员信息查询包括人员名称、所在班组、领取时间、归还时间、领取止轮器的编号等基础信息。管理者可通过止轮器状态查询系统查询某止轮器当前的状态信息，领取人员状况、是否存在于所在轨道等信息。2)人脸识别系统。人脸识别系统主要对止轮器的使用者和管理者的人脸细部特征进行存储和辨识，便于对储物柜进行开启权限的设置。3)储物柜存放系统。储物柜主要用于存放止轮器，通过外部计算机管理软件和人脸识别系统限制存取止轮器的人员，从而达到科学规范管理的目的。外部人员要领取或存放止轮器时，首先要通过查询软件确定止轮器是否被领走，然后对某一轨道止轮器的领取进行确认，若使用者具备权限，则可通过人脸识别系统开启开锁动作从而领到所需的止轮器。4)继电器控制系统。继电器控制系统主要用于实现人脸识别系统权限判定后的开锁动作，主要由RS232/RS485控制板、继电器板组成。
篇4：铁路列车止轮器管理系统设计研究论文
第75页图2为铁路列车止轮器管理系统的软件功能结构图。进行止轮器大普查时，具有相应权限的管理人员可进入本系统查看止轮器的使用情况，并获得相应信息，如某止轮器处于使用状态还是存放状态、数量是否匹配、使用频度、使用人员等[3]。二是日常使用查询。当段上工人进行人工作业时，可进入本系统查询可用的止轮器，然后放置在相应轨道上。2)后台管理功能。一是人员权限管理。对可登录本系统的操作人员和管理人员的基本信息录入、权限分配、权限修改等进行管理。二是止轮器使用人员认证信息管理。对使用人员人脸信息的录入、修改、删除等进行管理。三是设备管理。对止轮器的编号修改、存放数量修改等进行管理。3)数据存储功能。将止轮器的使用状态转换为数据流的存储控制。不同时间段内止轮器的使用数量、剩余数量、使用人员信息均存储在数据库中；主机、人脸识别、储物柜之间通信时的0，1交互信号也存储在相应字段内。4)识别功能。止轮器的.管理权限确定。将人员信息录入人脸识别系统，使用时进行刷脸认证，无权限则无法使用止轮器。将人脸特征作为身份识别依据，无法篡改伪装，无需担心因卡丢失造成的不安全因素，安全系数更高，储物柜门禁权限管理更高效。人脸识别功能界面见图3．5)门禁功能。具有止轮器使用权限的人员在允许范围内，正脸面对识别设备即可完成识别与论证，并给出相应的提示信号，储物柜电子锁打开。6)追踪判定功能。当止轮器取走1)设备查询功能。一是普查查询。当车辆段进行止轮器大普查时，具有相应权限的管理人员可进入本系统查看止轮器的使用情况，并获得相应信息，如某止轮器处于使用状态还是存放状态、数量是否匹配、使用频度、使用人员等[3]。二是日常使用查询。当段上工人进行人工作业时，可进入本系统查询可用的止轮器，然后放置在相应轨道上。2)后台管理功能。一是人员权限管理。对可登录本系统的操作人员和管理人员的基本信息录入、权限分配、权限修改等进行管理。二是止轮器使用人员认证信息管理。对使用人员人脸信息的录入、修改、删除等进行管理。三是设备管理。对止轮器的编号修改、存放数量修改等进行管理。3)数据存储功能。将止轮器的使用状态转换为数据流的存储控制。不同时间段内止轮器的使用数量、剩余数量、使用人员信息均存储在数据库中；主机、人脸识别、储物柜之间通信时的0，1交互信号也存储在相应字段内。4)识别功能。止轮器的管理权限确定。将人员信息录入人脸识别系统，使用时进行刷脸认证，无权限则无法使用止轮器。将人脸特征作为身份识别依据，无法篡改伪装，无需担心因卡丢失造成的不安全因素，安全系数更高，储物柜门禁权限管理更高效。人脸识别功能界面见图3。图1铁路列车止轮器管理系统硬件组成RS485/RS232控制器图2铁路列车止轮器管理系统软件功能结构图后，反馈追踪作业人员将其放置在哪个轨道，判定是否按要求操作。7)人机交互功能。显示触摸屏操作图文提示菜单，方便管理人员和使用人员灵活操作本系统。8)低功耗节能控制功能。如果一段时间内无触摸操作，系统将进入低功耗节能工作状态，自动关闭显示面板，设备在低功耗工作状态运行。
4结束语
本文对铁路列车止轮器管理系统进行了设计，包括系统的硬件功能和软件功能。实际应用表明，该系统能对止轮器进行科学有效的管理，提高了铁路管理效率，减少了列车安全隐患。
参考文献：
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篇5：建筑外维护系统单元式幕墙的设计论文
由于单元式幕墙工厂化程度高，材料是在工厂进行生产的，加工、组装精度高；工地只需完成吊装工作，可以多个工作面同时作业，安装周期短。由于具有这些优点，单元式幕墙在现代高档建筑外装饰上越来越多地被采用。
1.单元式幕墙简介
单元式幕墙，是指由各种墙面板与支承框架在工厂制成完整的幕墙结构基本单位，直接安装在主体结构上的建筑幕墙。在工厂要加工竖框、横框等元件，还要将这些元件拼装成单元组件框，并将幕墙面板安装在单元组件框的相应位置上，形成单元组件。就一个单元组件来说，它已具备了这个单元的全部幕墙功能和构造要求。一个个单元组件上、下框（左、右框）对插形成组合杆，完成单元组件间接缝，最终形成整幅幕墙。
2.单元式幕墙设计需要考虑的几个问题分析
2.1单元式幕墙系统防水设计问题
在单元式幕墙系统的设计中，型材断面的设计非常重要，它不仅决定单元式幕墙的安全性、工艺性，同时还决定了单元式幕墙的水密性和气密性。幕墙型材断面，除了考虑结构力学的安全性，还应该考虑型材断面对水密性和气密性的贡献。型材断面虽然形态各异，但是其断面的设计是有规律的，将其安全性、工艺性和结构防水同步考虑以满足幕墙性能。单元式幕墙通过板块的上下左右对插完成系统的拼接，在四个板块交叉的“十”字路口处将形成一个内外贯穿的孔洞，必须对此孔洞进行严密的封堵以确保系统的水密性和气密性。
2.2单元幕墙的埋件、板块挂接方式
单元幕墙的埋件常见有槽式埋件和板式埋件两种。通常板式埋件比槽式埋件造价成本低，槽式埋件施工方便，缩短施工周期。采用槽式埋件时安装单元板块的挂件只需把加工好的钢件用T形螺栓与槽式埋件连接，现场不需要焊接，大大减少了现场工作量，受到了幕墙公司和业主的欢迎。T形螺栓与槽式埋件连接时要把T形螺栓旋转90度才能与槽式埋件有效连接。
2.3单元板块的设计时幕墙防火系统的现场施工问题
现场的结构剪力墙、后砌砖墙或内装的施工是在幕墙施工之前进行的、由于单元板块在室外施工的技术很成熟，这种情况是能满足施工要求的，但还是要考虑好防火系统的现场施工、在单元板块、室内装修都完成的情况下，现场无法满足防火系统的安装、为此，应在设计单元系统的过程中将结构梁前面的`面板设计成后装系统，具体如下：将后装的面板设计成小单元系统，当工厂加工完整个框架并组装其他面板后，连同后装的小單元板块运至现场，然后吊装单元板块固定在结构上，之后安装防火系统，最后将小单元板块固定到单元板块的相应位置并打胶密封，整套工作完成。
2.4系统的整体排水功能问题
有组织排水幕墙系统，在渗漏水进入横向排水管后通过排水孔下泄到单元立柱的外腔、而目前较多设计人员随意设计单元立柱的内外腔，并未考虑好渗漏水的排放功能，渗漏水依然可能排放至单元立柱的内腔，这样雨水一直从最高层排到最底层，直至单元横梁内腔的水满了之后通过最内层的缝隙渗进室内、因此，在设计单元立柱的时候必须考虑上述因素。
2.5横竖胶条是否需要对齐的问题
早期的单元式幕墙大多为单腔体结构，前后只有两道密封，无法形成等压腔，因此水密性、气密性较差，后来很多单元式幕墙采用了双腔体或多腔体结构，前后共有三道以上的胶条密封，按照三道密封的功能不同，我们把这三道密封条所在的位置从外到里分别称为防风防尘线、防水线、气密线，形成三道密封的胶条分别位于公母立柱及上下横梁上，毫无疑问第三道防线（气密线）的横向竖向胶条必须在同一位置才能保证幕墙的气密性能。那么第二道防线（防水线）的横向竖向胶条是否应在同一位置，最外侧第一道防线起防风防尘作用的横向竖向胶条是否应在同一位置，笔者认为第一道第二道胶条对齐与否要根据节点构造的需要，对齐不对齐都可以，因为第一道胶条的主要作用是防尘防风，并不是用来防水的，第一道胶条后侧的腔体我们称为前腔，也是等压腔，等压腔里是可以进水的，因为前腔里的气压与外界相通，进来的水也可以排出去。
2.6结构梁下部的中横梁设置集水及排水构造的问题
一般情况下，结构梁前面会增加内衬板作为外观装饰或辅助防水、隔热材料、内衬板与外立面的面板之间在室内外存在温差或外立面面板未注胶的情况下，很容易出现有水滴或滴入的情况、因此，单元式幕墙系统应在结构梁下部的横梁上部设置集水及排水功能，通常该单元中横梁是在内衬板前面设置弧形集水孔，而两端的单元立柱在该横梁集水孔范围内也应设置排水孔，以将集水孔的水排到单元立柱外腔，从而实现水外泄。
3.结语
单元式幕墙近些年在国内高速发展，其构造形式也远比框架幕墙复杂、多样，这就要求广大的幕墙设计师多多熟悉各种单元幕墙形式，经常相互交流，提高幕墙设计水平，为我国的幕墙事业做出贡献。
篇6：基于51单片机的盲文助读器系统设计研究论文
基于51单片机的盲文助读器系统设计研究论文
引言
中国是全世界盲人最多的国家之一，据统计约有900万盲人。盲人接受文字信息的途径主要有利用语音合成发声软件阅读和触摸盲文凸字两种形式。语音合成发声感情生硬，缺乏阅读快感，较晦涩的文字和公式更是难以理解记忆。同时，供盲人阅读的新版图书只有104种，盲文期刊仅8种，品种数量可谓奇缺叫。另一方面，现有的盲文助读器由于采用压电陶瓷，其价格也颇为昂贵。本文基于51单片机设计了一种新型的盲文助读器。
1新型盲文助读器的总体架构设计
目前广泛应用的盲文有现行盲文和双拼盲文两种，现行盲文以三行两列的6个凸点为一个基本单位，6个凸点之间通过不同的排列组合形成不同的文字，本文基于流行最广的现行盲文设计了一种8方的盲文助读器。因微型步进电机具有体积小、利于控制、价格低廉等优点，机械部分采用步进电机来实现凸点的起落，控制部分则采用STC89C51单片机，通过6个1,B1848M步进电机驱动芯片来控制6个步进电机，每个步进电机控制1个凸点的起降，每6个步进电机控制的凸点表示1个盲文单元(即盲文的1方)，每个盲文单元可以显示1个阿拉伯数字或英文字母，2个或3个单元可以显示1个汉字。电路连接部分采用自行设计的PC'B板，将电机驱动芯片、步进电机、单片机有序地连接。单片机通过内部程序控制来实现盲文单元内6个步进电机间以及每个盲文单元间的协调组合，从而实现盲文的表达输出。
2机械整体架构
采用微型步进电机作为原动机(即控制终端)，通过单片机发送的信号控制电机的旋转，带动螺旋机构控制螺母和凸点的升降运动。将微型步进电机镶嵌在底盘内，焊接在PCB板上，利用导轨板壁和与之配合的电机限制螺母沿二，二轴平动和绕二，y轴转动，使之只能绕二轴转动从而实现沿导轨板壁的上下移动，每6个凸点为1个单元，通过不同凸点的起降变化，显示不同的文字。
步进电机是四线二项混合式微型步进电机，此款电机属于二相四拍式步进电机。通过1,B1848M芯片产生的驱动信号驱动步进电机，带动丝轴上的螺母上下运动，距离控制在2 mm的统一高度。步进电机结构示意图如图3所示。
3控制部分设计
3. 1多机通讯的硬件设计
PC机作为上位机，主机和从机都为51单片机。PC'机与主机通过串口通讯。由于通讯距离较短，所以本项目采用RS232进行串口通讯，波特率为9 600，数据位为8位。
主机利用缓冲寄存器SBUF接收PC'机发来的字符数据后经过内部转码处理，将字符数据翻译为对应的电机控制码，通过串行通讯发送给从机。从机接收完主机发来的数据后，实时控制相应步进电机的转动状态。其中从机部分只显示出了一个单片机和1个电机。
PCB板的设计是本项目硬件系统的重要部分，使用Propel DXP2004，实现了SCH(原理图)设计、SCH仿真、PCB(印制电路板)设计、Auto Router(自动布线器)和FPUA设计。
在PC'B的制作过程中，芯片IB1848M的封装根据技术手册完成。为了减小盲人助读器的.整体尺寸并且配合微型步进电机的焊接，实际制作时，采用两层PCB板作为信号层，其主要的工艺指标如下:PCB板宽为24 mil;最小线宽为6 mil;走线与焊盘的最小距离为12 mil;过孔最小内径为16 mil。
3.2多机通讯的软件设计
通过对51单片机内部的多机通讯控制位SM2SM1的控制实现多机通讯。利用串行通讯来实现主机与从机间的通讯，主机先利用串口向所有从机发送地址，在从机接收到地址时进行判断。若地址不符则不作为，地址相符则继续接收主机发来的电机控制信息，进而对电机进行控制以实现盲文的显示。
在进行多机通讯时，主机依次对从机进行控制，实现8组步进电机的依次控制，先控制第1个从机，令电机显示第1个盲文，再控制第2个从机，令电机显示第2个盲文。
在8组从机依次控制完毕后将所有从机的控制位SM2-SM1恢复为初始状态，准备进行下一次通讯命令的接收。
4结论
本文从我国盲文使用现状入手，指出了现有语音合成发声软件和纸质书籍的弊端，并详细介绍了新型盲文助读器的具体设计原理。利用微型步进电机控制凸点，用单片机控制电机，通过PCB进行电路搭建，实现了新型盲文助读器的设计。它能很方便地将电子版文字转化为盲文凸起形式，价格低廉，对盲人的学习、生活有很大的帮助。
★ 教学系统设计
一种双模通讯的外系统等效器设计论文（共6篇）
