今天小编给大家找来了《硬件系统设计论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。摘要：该论文针对当今北方城市的发展，从热网监控系统出发，研究系统的硬件和软件的应用问题。通过研究发现，热网监控系统硬件选择合理，软件设计也相当规范，根据热网的实际情况，在有手动和自动控制的情况下，在自动控制中创新性地加入了循环定时热网控制。该系统具有硬件成本低、软件可操作性强等特点，非常具有实用前景。
第一篇：硬件系统设计论文
开门预警（DOW）系统硬件设计
摘 要：开门预警系统可以在停车状态即将开启车门时，监测车辆后方可能危及到安全的状况，并通过声音或光学方式给予报警， 从而避免可能发生的安全事故。系统检测的对象包括自行车、电瓶车、三轮车、摩托车等非机动车辆， 卡车、轿车、大巴等机动车辆，行人及其它移动的可能危及交通安全的对象，有效避免一些开门事故。
关键词：开门预警；系统；设计
1、系统用途和主要功能指标
1.1、系统用途
DOW硬件系统主要用于配合CW毫米波雷达前端，实现开门警示功能，具体包括采集相关开关信号，对CW雷达返回的I，Q信号进行处理，实现区域范围内目标有无探测，速度探测和运动趋势探测。系统能够实现视觉和声觉报警功能。
1.2、功能指标
本控制器用于实现CW毫米波雷达系统的后端处理其中包括：1）对毫米波雷达前端输出的I，Q中频信号进行处理，高速A/D转换以及DSP信号处理，输出所探测区域的有效目标的存在、速度和运动趋势（方向）信息。
具体功能技术指标如下：
1）2路（模拟）中频回波信号处理电路。（模拟中频信号的处理）
2）2路ADC高速模数转换电路。（实现A/D转换）
3）DSP系统数字信号处理电路。（对数字化后的中频信号进行算法处理得到中频信号的频率参数）
4）开关量信号采集：包括车速信号、倒车开关信号、前后车门开关、点火开关信号的采集。
5）整车熄火后，系统延时关闭，满足漏电流要求。
6）输出驱动控制电路：包括视觉报警LED指示灯和蜂鸣器声觉报警控制电路。
7）I，Q中频信号相位识别电路。（硬件实现方向判别）。
1.2.1、输入信号
1）雷达中频接收信号：IF。信号类型：发射信号和接收信号经过混频放大后的中频信号。
2）12V车速脉冲信号，本电路电阻上拉。
3）12V倒车灯电平信号，本电路电阻下拉。
4）12V点火开关电平信号，本电路电阻上拉。
5）2路12V车门电平信号，本电路电阻上拉。
1.2.2、输出信号
1）12V或者5V蜂鸣器驱动PWM控制电路。
2）12V或者5V视觉报警LED指示灯PWM电源输出电路。
2、电源设计及功耗计算
2.1、系统各元件功耗以及电源芯片最大电流见表1所示。
合计总电流为200mA，12V供电，故保险丝只要大于1A即可。12V转5V采用LDO线性电源。
2.2、模块电路选型
电源模块是否是院内成熟电路模块，是不需要说明。
电源模块选用成熟的电源模块。中频信号处理电路和波形发生部分电路均为新设计的电路。
3、ROW系统后端硬件系统详细设计
要求如下：
1）、如果用院内成熟模块，则不需要过多说明。
2）、如果是新设计方案，必须有详细的计算过程文档，3.1即是计算过程
3）、对于选用的IC要阐明器件参数选择的依据。
4）、设计报告里面—对于新方案，在实现同等技术指标条件下，必须进行至少2种方案的比对，并写进报告。
本系统所有元件选型均经过了对比分析，综合考虑同时参考竞品，确定所用元器件如下，每種元器件均为目前主推量产器件。
3.1、新设计方案，详细计算过程。
本系统主要包含5V，3.3V，1.25V三种电源，本系统电源从电池取得，经过一个系统手动开启或者关闭按钮开关，再经过一个由P-MOS构成的整车熄火延时关闭电路。
12V电源入口处加TVS用于抑制瞬间干扰脉冲。增加电容用于消除高频干扰信号，增加二极管用于防反接，增加保险丝用于系统电源短路保护，增加共模电感用于抑制共模干扰。
TVS选用SMBJ24CA，参数关断电压VBR：26.7～29.5V VWM：24V钳位电压VCL：38.9V。主要是针对电源线5个脉冲干扰抑制。用于保护LM317BD2TG （输入电压范围0～40V）。
3.1.1、5V供电：
器件选LM317BD2TG，封装D2PAK-3，生产商安森美，网站单价$0.46。负载调整率（Load Regulation）为0.1～0.5%（5～25mV/5V）
供电范围9-16V，DC5V输出电流0.2A，LDO效率按70%计算。LDO功率为（16-0.8*3-5）V*0.2A/0.7=2.5W。根据元件Spec，当器件散热面积大于（15mm）2时，额定功率将大于2.5W。
3.1.2、3.3V供电：
器件选NCV1117DT33T5G，封装DPAK，生产商安森美，网站单价$0.12。负载调整率（Load Regulation）为0.2～0.4%（4.3～10mV/3.3V）
输入电压DC5V，输出电流0.2A，LDO效率按70%计算。器件功率为（5-3.3）V*0.2A/0.7=0.49W，根据元件Spec，器件额定功率1.2V*0.8A=0.96W，可满足功率要求。
3.1.3、1.25V供电：
器件选NCV1117STAT3G，封装SOT-223，生产商安森美。
输入电压DC3.3V，输出电流0.06A，LDO效率按70%计算。器件功率为（3.3-1.25）V*0.06A/0.7=0.18W，根据元件Spec，器件额定功率0.6W，可满足功率要求。
3.2电源电路设计
3.2.1 LM317电源电路设计
LM317输入电压范围0～40V，最大输出电流1.5A，输出电压可调。、
3.2.2 NCV1117电源电路设计
NCV1117输入电压范围0V～6.5V，最大输出电流1A，满足系统最大230mA的电流需求。3.3V电路中芯片封装为DPAK，固定3.3V输出；1.25V电路中为SOT-223封装，可调电压输出。
3.3、DSC及外围接口电路设计
3.3.1、DSC系统电源电路设计
DSP系统外围接口电路供电电压3.3V，内核供电电压1.25V。TAB接地，系统电源电路原理图如图1所示。
3.3.2、DSC系统JTAG接口电路设计
JTAG电路原理图如图2所示。
3.3.3、DSP系统外部时钟接口电路设计
该DSP内部内置有振荡电路，支持有源晶振和无源晶体两种方式提供时钟。
3.3.4、DSC系统SPI外扩FLASH接口电路设计
该DSP提供SPI接口引导加载运行代码。通过BMODE2，1，0引脚进行配置。配置为010，从SPI1以Master方式启动。
3.4、输入/输出接口电路设计
3.4.1、输入接口电路设计
5路开关信号采集电路如图4所示。
输入开关信号可以采用价格合理的比较器实现隔离和滤波的作用，四通道比较器NCV2901DG，价格约$0.1733，约1.2元。共计5路开关信号，采用2个比较器，再加入口电容，分压电阻，RC滤波即可。和采用分压、稳压限流的方案相比，虽然高点，但是采用比较器可以起到隔离和滤波的作用，对MCU起保护作用。为了防止瞬间过高电压损坏比较器在入口位置增加了TVS和磁珠（EMC考虑）。
鉴于此处为12V开关信号，电流要求很小，所以将前面加TVS和磁珠的方案变更为先47K电阻分压，电流很小后，通过稳压管UDZS 18B，成本约0.1元实现对运放的保护和瞬间干扰信号的滤除。
3.4.2、输出接口电路设计
蜂鸣器采用12V直流供电的较便宜的无源蜂鸣器实现，板外给蜂鸣器并联续流二极管，通过PWM控制P-MOS PWM驱动蜂鸣器发声。LED报警灯则板端输出12V电源，给LED供电，通过板内的P-MOS实现控制。这样的输出结构使得接线简单，LED及蜂鸣器的另一端直接搭铁接地。
3.5、中频信号调理电路设计
IPM265 CW雷达前端模块的中频信号频率范围：1HZ～500HZ。中频信号的频率的影响因素包括调制信号的调谐斜率、调频周期以及由于距离和多谱勒效应引起的频率变化等。
中频信号经过2级带通放大器進行滤波放大后，经过2路LAN把单端单极性信号变为差分信号，输入到ADC7266。ADC7266内置2个AD转换模块。
3.6、相位识别电路设计
中频返回信号I，Q相位相差180度。假如返回的是单目标的中频回波信号。通过判别某一时刻相位的前后顺序，通过识别电路。最终输出I/O 3.3V的电平信号。
4、结束语
当今社会汽车的拥有量越来越大，停车开门下客时往往遇有后方自行车或其他车辆突然擦车而过，造成撞击车门或撞伤甚至压死人员的交通事故，本文讲述的开门预警（DOW）系统能有效避免一些开门事故，减少一些安全事故，但是同时也要不断改进使其更佳。
作者：张绍山
第二篇：热网监控系统的硬件与软件设计
摘要：该论文针对当今北方城市的发展，从热网监控系统出发，研究系统的硬件和软件的应用问题。通过研究发现，热网监控系统硬件选择合理，软件设计也相当规范，根据热网的实际情况，在有手动和自动控制的情况下，在自动控制中创新性地加入了循环定时热网控制。该系统具有硬件成本低、软件可操作性强等特点，非常具有实用前景。
关键词：热网监控系统;硬件;软件
Key words： Heating network remote monitoring system; hardware; software
随着社会的发展进步，城市建筑面积逐渐增加，城市供暖的压力也越来越大，热网监控就是伴随着城市的发展而逐渐发展起来的。通过对相关技术的不断更新，热网监控系统呈现出非常良好的发展态势，非常适合大城市的供暖。作为该系统密不可分的两个组成部分，系统的硬件和软件也都在不断进行改进创新，下面根据实际情况，对热网监控系统的硬件、软件做一个详细的介绍[1]。
1 热网监控系统
本文热网监控系统，主要是为了满足热网用户对于室内温度的需求，同时能够实现节约资源，降低损耗，实现城市热网总体监控。如图1则为热网监控系统的流程图。
热网监控系统主要是由一个供热源及多个换热站组成。在供热系统中，由热源、一次管网和换热站组成了热网的供热区和温控区，换热站、二次管网和热网用户组成相应的供热区，在同一个集中供热区域中，只可以存在一个监控区域。在供热系统中，热量的转换是在换热站部分实现的，热量的转换通常由热交换设备完成，如汽—水加热器，水—水加热器等，这样的设备称为换热器。集中供热系统的运行过程是，在热源处形成高温热水，经一次管网送至各换热站，高温热水再经过换热站的换热器形成供热热水，最后由二次管网送至各热网用户。
2 热网监控系统硬件设计
热网监控系统电气接线图如图2所示。
根据热网监控系统电气接线图，可以很明显得看出，热网监控系统主要由补水阀、变压器、比例电磁阀、Siemens1200PLC等组成。下面简单介绍几个硬件的作用及功能。
热网变频器主要采用水泵专用变频器。变频器必须能够在平均温度15℃，最高温度不超过40℃的环境温度下运行，不能出现过流、过热、过载保护，且能保持以变频器的额定容量输出，具有管网末端流量补偿功能和干泵保护功能，以防止管网流量和供热温度不均匀和水泵空转，造成能源浪费。变频器要求具有自动能量优化功能，以达到最佳的节能效果。变频器可以通过接收到的传感器信号，按照规定值直接在操作便面板上直接显示温度、压力等单位，非常方便控制。
热网补水泵主要采用变频调速控制。将二次侧回水管路上的压力传感器测得的压力信号，和控制器二次回水压力设定值进行比较，然后输出一个控制信号控制器，由控制器来控制补水泵的开启，以实现二次管网回水自动补给功能。回水压力设定值由中央监控系统进行远程设定[2]。
热网电气连接图可根据室内外温度的变化和当地热负荷变化的经验参数，决定二次侧的供水温度。系统通过检测二次管网供水温度和室外温度，自动调节一次管网的阀门开度从而达到二次管网的设定供水温度值，从而改变一次侧的流量，实现二次侧供水温度的质调节和一次侧流量的量调节。
3 热网监控系统软件设计
热网监控系统软件设计的控制方式主要由自动控制、手动控制两种方式。其中自动控制方式中融合了循环定时监控方式。
正常状态下，使用自动运行方式，操作人员事先将需要设定的参数设定完成后，选择自动运行模式，点击自动运行开始。系统可以自主执行供回水任务，无需人工监控，可以真正做到解放劳动力，提高劳动效率[3]。
手动模式主要运用于特殊场合，当系统需要进行参数调整，可以由工作人员手动调节测试，调整出最优的监控参数。或者当监控系统某些部件出现损坏时，需要排查故障，可以执行手动操作，去判断故障地点及原因，节省解决故障的时间。
热网监控系统在运行方式上除了设计了常规的自动控制模式和手动控制模式外，还巧妙的添加了循环定时控制，循环定时控制融合在自动控制模式中。
循环定时控制是指工作人员根据不同地域的室外环境等现场条件，根据工作经验，在触摸屏中事先设定好每天的工作起始时间。当系统处于工作时间区域内时，系统进行热网远程操作，当系统判定不处于工作时间范围内，系统将处于待机状态。使用循环定时控制，不仅可以节约热水资源，而且可以节约電力资源，减少系统硬件工作时间，延长系统使用寿命，节约硬件成本[4]。
热网监控系统在运行时，首先判断工作人员选择的是自动模式还是手动模式，如果系统处于手动模式，则系统等待工作人员手动操作。如果选择自动模式，则系统首先判断是否处于工作范围内，如果是则执行系统自动模式程序，如果不是则关闭所有执行机构，停止对热网用户室内温湿度采样，监控器等待满足循环定时监控设置的时间参数，执行自动模式。热网监控系统流程图如图3所示。
当系统处于自动模式工作状态下，在系统正式运行之前判断系统是否处于工作人员设定时间范围内，如果不处于设定时间范围内，则等待至满足时间范围设定再执行程序。当系统处于设定时间区间内后，系统分别对热网用户室外温度进行采样，反馈给监控器，监控器根据传感器的反馈值，判断出室内温度和湿度的情况，并根据监控规则，对热网用户实施供暖。
同时系统还有自检功能，如果系统发生异常，则系统发出报警信息，需要工作人员将故障排除后才继续执行热网远程任务，直到热网用户室内温度满足设定要求。
热网监控系统手动模式，可以对热网监控系统中执行部件进行手动开启或关闭。手动输入热网监控系统二次管网上比例阀的开度，补水泵的转速来调整热网用户室内温度[5]。
如果热网远程系统的水箱缺水时，系统能够实时接送水位超低限、超高限开关信号，连锁停止变频补水泵，并发报警信号。水箱应接入控制器并设有自动和手动补水功能。
下面在简单介绍一些热网监控系统人机界面主界面。有了好的硬件和软件，就需要一个合理安全的监控主界面图，如图4则为热网监控系统人机界面主界面图。
热网监控系统的温度传感器、湿度传感器可以把检测到的室外温度及室内温湿度显示在人机界面的主界面里。同时主界面中也会显示系统设备运行状态，一次管网上比例电磁阀是否开启及其开度情况，循环泵的转速、供水管道的压力、水箱的液位高度、给二次管网加水的电磁阀的开闭状态等。操作人员可以直观的在人机主界面中看到系统的运行狀态，非常方便。
4 结束语
本文通过介绍了热网监控系统的硬件电气图及相关软件流程图，并绘制热网监控人机界面图，从以上可以看出，热网监控系统适应于现今社会城市的高速发展，并根据城市供暖的需求及时进行供暖设备的更新换代。系统具有适应范围广、更新换代快、扩展能力强及维护方便等优点，值得大力推广。
参考文献：
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[5] 齐晓军，田海.串级模糊控制器在换热站监控系统中的设计[J].电气传动，2015(1)：58-63.
作者：曹宇 田思庆 郑家风
第三篇：软件定义有线通信系统的硬件电路设计
摘 要：为了适应部队信息化的通信需求，在分析有线通信系统组成的基础上，设计了有线通信系统的硬件电路。硬件电路主要包括协议处理、调制解调、模数转换、功率放大和接收检测等功能部分。通过软件验证表明该电路可满足有线通信的要求，该硬件电路通过搭载不同的软件可实现灵活、多样的有线通信系统。
关键词： 软件定义;有线通信;军用
在军用通信领域里，为了适应部队信息化的需求，有线通信系统由于被复线的铺设简便、维护方便等特点被广泛用于指挥所间通信等恶劣环境。[1]但随着部队的信息化建设，有线通信系统越来越不能满足现代战场通信网络的需求。提升有线通信能力，提供更高效、便捷的通信方式，成为下一代军用通信系统的迫切需求。[2]
在有线通信系统中，利用通用化的处理器、逻辑和模拟芯片搭建硬件平台，通过软件实现相关协议处理等功能，具有很强的灵活性，可以实现多样的通信需求。
1 有线通信系统
有线通信系统以铜质双绞线为物理介质，通过通信终端实现数据的远距离、高速传输。目前，有线通信系统已经形成多种协议标准，其中单对线高速数字用户线协议标准被广泛应用于军用通信领域。[3，4]在通信终端的硬件实现方面，一般包括协议处理、调制解调、模数转换、功率放大和接收检测等功能部分，如图1所示。其中协议处理和调制解调部分由通用处理器和逻辑芯片的软件实现。
2 硬件设计
本设计中通用处理器和逻辑芯片分别采用了恩智浦公司的LPC2378处理器和赛灵思公司的XC6SLX75T可编程芯片。LPC2378是一款基于ARM7TDMI-S内核的处理器，最高工作时钟为72 MHz。XC6SLX75T具有132个DSP48A1核和11662个触发器，DSP48A1的最高运行速率为250 MHz。LPC2378通过8位并行总线实现对XC6SLX75T逻辑时序的控制，XC6SLX75T通过控制数模转换部分实现信号的输出和检测。
数模转换部分使用德州仪器的DAC904数模转换器和亚德诺半导体的AD9220模数转换器实现。DAC904具有14位的分辨率，支持165 MSPS的更新速率。AD9220具有12位的分辨率，最高采样速率为10 MSPS。
2.1 功率放大电路
功率放大电路包含第一级缓冲放大电路和第二级驱动放大电路，其电路图如图2所示。放大电路的电压增益为-R5/R3和-R6/R4。第二级驱动放大电路提供高驱动电流，作为差分线路的驱动器。驱动放大电路的电压增益为1+2*R8/R7和1+2*R9/R7，直流电压增益为1 V/1 V。该电路中R10和R11用于线路的信号检测，变压器起到电气隔离的作用。
2.2 接收检测电路
接收检测电路由两路相似的减法电路组成，电路中采用低噪声的LMH6622作为运算放大器，减法电路的输入端分别为驱动放大器的输出以及变压器的输入抽头，即图2中电阻R10和R11的两端，其中一路的输入端为VOUT_P和SEN_N，另一路的输入端为VOUT_N和SEN_P。该电路通过调节放大系数可消除线路上的回波信号的干扰，实现发送和接收同时、同介质双向工作。
3 软件验证
发送数据通过XC6SLX75T的逻辑时序被循环地转换为幅移键控调制信号，并通过示波器(RIGOL DS1102E)测量调制信号。逻辑为“1”时输出4个周期的正弦信号，频率为1MHz，逻辑为“0”时输出直流偏置信号。经验证，示波器测量的调制信号与软件设定一致。
发送端通过100米双绞线与接收端相连，发送数据按照上述方法输出调制信号。接收端XC6SLX75T控制模数转换器对接收信号进行过采样，经过数字低通滤波电路输出解调信号，输出的解调信号与发送端的发送信号一致。
4 结语
本文采用通用化的处理器、可编程芯片和模拟芯片设计了软件定义有线通信系统的硬件电路，并对硬件电路的数据收发进行了测试，测试结果表明该电路可满足有线通信的要求。
參考文献：
[1]聂永军，徐光辉，冯秀妍.基于FPGA的以太网与G.SHDSL协议转换器设计[J].信息技术，2017，4：117-120.
[2]李石兵，康靖，邓定成，等.基于SDN构建指控通信网络[C].中国北京：电子工业出版社，2016：293-296.
[3]阴法明.新型DSL标准G.fast关键技术及应用研究[J].信息通信，2017，1：233-236.
[4]魏敬和，邹家轩，张荣，等.基于OFDM技术的有线传输系统仿真[J].电子与封装，2012，12(3)：25-28.
作者简介：鲍凯凯(1989-)，男，河北石家庄人，硕士，助理工程师，有线通信、交换技术。
作者：鲍凯凯 孙伟 周琦 高杨