基于时间预测算法的数据采集系统工作模式管理研究
发布时间：2021-01-10 18:30
如今的设备都十分关注寿命和可靠性,芯片温度的上升将会导致寿命大大降低,故障无法及时发现使得可靠性降低,常用的解决办法是通过休眠使得芯片在空闲期间尽快降温,通过故障诊断及时发现系统的故障,为了不影响设备使用,这些功能会被安排在系统空闲时运行。这些功能的运行伴随着的一些问题,在休眠时的瞬间启动将造成系统功率较大波动使得电源模块寿命下降,在空闲期间进行故障诊断可能影响设备启动,所以如何合理的利用空闲时间,如何在系统空闲期间合理的安排休眠以及故障诊断等模式成为了重要研究课题。本文的研究是针对反复工作的数据采集系统进行模式管理研究。研究的模式有正常工作模式、浅度休眠模式、深度休眠模式和自检模式,同时针对空闲时间长度的不同,设计了不同的模式管理方案。为了评估模式管理效果,设计了一项指标,该指标为有效管理率,有效管理率为系统正确选择模式管理方案同时顺利执行对应模式的概率,本文的研究目标是系统能在1秒内从空闲状态切换成正常工作状态,并且有效管理率达到90%。本文是基于空闲时间预测算法来实现模式管理,根据预测的空闲时间长度来选择合适的模式管理方案。研究对比了指数平滑算法、ARIMA算法、GM（1,1）算...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EMIF接口结构图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-17-图3-1是理想状态下的模式管理方案，当空闲时间被准确预测时，系统会按照图3-1中的分类进行工作模式方案的选择和控制。当空闲时间短时，系统处于频繁启动的状态，此时进入深度休眠模式几乎无法带来减少发热的效果，反而因为系统的芯片反复切换状态给电源模块造成负担，所以此时只运行浅度休眠模式。当空闲时间较长时，可以有较为充足的深度休眠时间使得系统温度降至较低水平，此时应该先将正常工作模式切换成深度休眠模式，当预测的空闲时间即将结束时，为了减少对电源模块的负担，系统先提前进入浅度休眠模式，然后在收到启动指令后进入正常工作模式。当空闲时间更长一点时，系统有足够时间通过深度休眠降低系统温度，同时还有时间完成一次故障诊断，此时系统会在温度降至合适水平以后，启动自检模式，如图3-1的第三种情况所示。图3-1为理想状态下模式管理软件方案，但是当有突发情况时，仍然需要有相关的软件方案使得系统能快速切换成正常工作模式，这部分将在模式切换的软件设计中进行介绍。3.3正常工作模式软件设计正常工作模式设定为FPGA控制AD转换模块进行数据采集，FPGA通过RS-232通讯获取外部传感器数据，FPGA将数据传送给DSP然后DSP将数据传送给FPGA。以下是详细介绍。3.3.1数据采集软件设计首先是FPGA控制AD模块进行数据采集，AD转换模块有AD7606和AD7616两块。外部数据采集通过AD7606完成，内部数据采集通过AD7616完成。AD7606和AD7616的通讯协议均为8080并行通讯。AD7606的通讯时序如图3-2所示：CONVSTA，CONVSTBCONVSTA，CONVSTBBUSY(a)AD7606模数转换时序(b)AD7606数据读取时序图图3-2AD7606通讯协议
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-18-AD7606通过片选信号启动通讯，将片选信号输入到AD芯片之前，AD芯片的数据总线将保持高阻态。通过CONVST引脚启动AD芯片内部模数转换过程，当模数转换完成时BUSY信号发生翻转，此时就能通过控制读信号依次读出八个通道的数据。AD7606芯片内部为一路ADC，芯片内部集成有多路开关，使得8路模拟通道相互隔离。而AD7616内部是双路同步采样ADC，每个ADC有8个模拟输入通道，一共16路模拟输入。在AD7616的硬件模式下，当通过转换信号启动模数转换时，只有对应的A通道和B通道才能同步采样，当AD7616在硬件模式下启动BURST序列器，将CHSELx引脚设置成全1时，翻转一次CONVST引脚之后，AD7616将会自动依次对A/B0、A/B1、A/B2直到A/B7进行采样，然后依次将8对通道的数据通过数据总线输出。AD7616除了在以上描述的采样顺序不同以外，其他步骤与AD7606完全一致。AD转换模块的Modelsim仿真图如图3-3所示：(a)AD7606通讯仿真图(b)AD7616通讯仿真图图3-3数据转换模块通讯仿真图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于指数平滑法的光栅信号细分误差修正模型建立及分析[J]. 蔡玺,张旭,魏军. 自动化技术与应用. 2020(03)
[2]基于MIMO的认知雷达多目标跟踪时间能量资源管理方法研究[J]. 孟宁,史小斌,高青松,连豪. 火控雷达技术. 2020(01)
[3]雷达故障表格处理系统[J]. 吴俊盼,王智,张侃健. 信息技术与信息化. 2020(01)
[4]呼吸机用氧气自动切换装置的设计[J]. 冯定. 医疗装备. 2020(01)
[5]基于优化GM（1,1）模型的港口吞吐量预测[J]. 黄跃华,陈小龙. 中国航海. 2019(04)
[6]基于半马尔科夫决策过程的虚拟传感网络资源分配策略[J]. 王汝言,李宏娟,吴大鹏,李红霞. 电子与信息学报. 2019(12)
[7]基于自适应神经模糊的GIS缺陷模式识别方法[J]. 唐松平,周舟,彭刚,张作刚,彭杰. 计算机与数字工程. 2019(09)
[8]基于ARIMA预测修正的工控系统态势理解算法[J]. 敖建松,尚文利,赵剑明,刘贤达,尹隆. 计算机应用研究. 2020(09)
[9]应用于船舶导航雷达的双体制发射机研究[J]. 韩雷. 科技经济导刊. 2019(15)
[10]基于调度器的物联网设备能耗优化策略[J]. 赵婉芳,韩勇. 电信科学. 2019(03)
博士论文
[1]微创手术机器人从手系统控制的研究[D]. 邹水中.哈尔滨工业大学 2019
[2]触发器功耗控制技术与设计研究[D]. 耿亮.浙江大学 2017
[3]基于回声状态网络的非线性时间序列预测方法研究[D]. 王建民.哈尔滨工业大学 2011
[4]弹载SAR多种工作模式的成像算法研究[D]. 周鹏.西安电子科技大学 2011
[5]含磁流变阻尼器自动武器缓冲系统控制理论与技术的研究[D]. 黄继.中北大学 2011
[6]弹载合成孔径雷达成像算法研究[D]. 易予生.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]基于时间序列分析方法的金融数据研究[D]. 陈颖.大连理工大学 2019
[2]基于时间序列新陈代谢法的深基坑变形分析预测[D]. 赵子新.上海交通大学 2018
[3]基于DSP的激光陀螺姿态测量电路设计与实现[D]. 马得草.国防科学技术大学 2017
[4]基于统计信号处理的时间序列预测模型选择方法研究[D]. 郭力萌.哈尔滨工业大学 2015
[5]动态电源管理预测算法研究[D]. 邓华.中南大学 2012
本文编号：2969199
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EMIF接口结构图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-17-图3-1是理想状态下的模式管理方案，当空闲时间被准确预测时，系统会按照图3-1中的分类进行工作模式方案的选择和控制。当空闲时间短时，系统处于频繁启动的状态，此时进入深度休眠模式几乎无法带来减少发热的效果，反而因为系统的芯片反复切换状态给电源模块造成负担，所以此时只运行浅度休眠模式。当空闲时间较长时，可以有较为充足的深度休眠时间使得系统温度降至较低水平，此时应该先将正常工作模式切换成深度休眠模式，当预测的空闲时间即将结束时，为了减少对电源模块的负担，系统先提前进入浅度休眠模式，然后在收到启动指令后进入正常工作模式。当空闲时间更长一点时，系统有足够时间通过深度休眠降低系统温度，同时还有时间完成一次故障诊断，此时系统会在温度降至合适水平以后，启动自检模式，如图3-1的第三种情况所示。图3-1为理想状态下模式管理软件方案，但是当有突发情况时，仍然需要有相关的软件方案使得系统能快速切换成正常工作模式，这部分将在模式切换的软件设计中进行介绍。3.3正常工作模式软件设计正常工作模式设定为FPGA控制AD转换模块进行数据采集，FPGA通过RS-232通讯获取外部传感器数据，FPGA将数据传送给DSP然后DSP将数据传送给FPGA。以下是详细介绍。3.3.1数据采集软件设计首先是FPGA控制AD模块进行数据采集，AD转换模块有AD7606和AD7616两块。外部数据采集通过AD7606完成，内部数据采集通过AD7616完成。AD7606和AD7616的通讯协议均为8080并行通讯。AD7606的通讯时序如图3-2所示：CONVSTA，CONVSTBCONVSTA，CONVSTBBUSY(a)AD7606模数转换时序(b)AD7606数据读取时序图图3-2AD7606通讯协议
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-18-AD7606通过片选信号启动通讯，将片选信号输入到AD芯片之前，AD芯片的数据总线将保持高阻态。通过CONVST引脚启动AD芯片内部模数转换过程，当模数转换完成时BUSY信号发生翻转，此时就能通过控制读信号依次读出八个通道的数据。AD7606芯片内部为一路ADC，芯片内部集成有多路开关，使得8路模拟通道相互隔离。而AD7616内部是双路同步采样ADC，每个ADC有8个模拟输入通道，一共16路模拟输入。在AD7616的硬件模式下，当通过转换信号启动模数转换时，只有对应的A通道和B通道才能同步采样，当AD7616在硬件模式下启动BURST序列器，将CHSELx引脚设置成全1时，翻转一次CONVST引脚之后，AD7616将会自动依次对A/B0、A/B1、A/B2直到A/B7进行采样，然后依次将8对通道的数据通过数据总线输出。AD7616除了在以上描述的采样顺序不同以外，其他步骤与AD7606完全一致。AD转换模块的Modelsim仿真图如图3-3所示：(a)AD7606通讯仿真图(b)AD7616通讯仿真图图3-3数据转换模块通讯仿真图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于指数平滑法的光栅信号细分误差修正模型建立及分析[J]. 蔡玺,张旭,魏军. 自动化技术与应用. 2020(03)
[2]基于MIMO的认知雷达多目标跟踪时间能量资源管理方法研究[J]. 孟宁,史小斌,高青松,连豪. 火控雷达技术. 2020(01)
[3]雷达故障表格处理系统[J]. 吴俊盼,王智,张侃健. 信息技术与信息化. 2020(01)
[4]呼吸机用氧气自动切换装置的设计[J]. 冯定. 医疗装备. 2020(01)
[5]基于优化GM（1,1）模型的港口吞吐量预测[J]. 黄跃华,陈小龙. 中国航海. 2019(04)
[6]基于半马尔科夫决策过程的虚拟传感网络资源分配策略[J]. 王汝言,李宏娟,吴大鹏,李红霞. 电子与信息学报. 2019(12)
[7]基于自适应神经模糊的GIS缺陷模式识别方法[J]. 唐松平,周舟,彭刚,张作刚,彭杰. 计算机与数字工程. 2019(09)
[8]基于ARIMA预测修正的工控系统态势理解算法[J]. 敖建松,尚文利,赵剑明,刘贤达,尹隆. 计算机应用研究. 2020(09)
[9]应用于船舶导航雷达的双体制发射机研究[J]. 韩雷. 科技经济导刊. 2019(15)
[10]基于调度器的物联网设备能耗优化策略[J]. 赵婉芳,韩勇. 电信科学. 2019(03)
博士论文
[1]微创手术机器人从手系统控制的研究[D]. 邹水中.哈尔滨工业大学 2019
[2]触发器功耗控制技术与设计研究[D]. 耿亮.浙江大学 2017
[3]基于回声状态网络的非线性时间序列预测方法研究[D]. 王建民.哈尔滨工业大学 2011
[4]弹载SAR多种工作模式的成像算法研究[D]. 周鹏.西安电子科技大学 2011
[5]含磁流变阻尼器自动武器缓冲系统控制理论与技术的研究[D]. 黄继.中北大学 2011
[6]弹载合成孔径雷达成像算法研究[D]. 易予生.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]基于时间序列分析方法的金融数据研究[D]. 陈颖.大连理工大学 2019
[2]基于时间序列新陈代谢法的深基坑变形分析预测[D]. 赵子新.上海交通大学 2018
[3]基于DSP的激光陀螺姿态测量电路设计与实现[D]. 马得草.国防科学技术大学 2017
[4]基于统计信号处理的时间序列预测模型选择方法研究[D]. 郭力萌.哈尔滨工业大学 2015
[5]动态电源管理预测算法研究[D]. 邓华.中南大学 2012
本文编号：2969199
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