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关键词： 电动自行车   安全充电   嵌入式系统   支付系统  

摘要： 随着我国经济的发展以及人们环保意识的提升,电动自行车成为人们生活中重要的交通工具。据相关部门统计,近些年来中国电动自行车行业迅速发展,不仅电动自行车产量每年都在大幅度增加,而且电动自行车的全社会持有量也不断增长。但充电系统的发展速度远没有跟上电动自行车的发展速度,在我国最常见的电动自行车充电系统的工作流程为:设置充电时间-投币或手机扫静态二维码-进行充电-充电时间结束。充电方面:不仅缺少对整个充电过程的检测,也缺少对意外情况的处理能力,致使充电触电、充电火灾等事故频发。支付方面:投币支付存在触电风险,手机扫静态二维码支付在个人隐私以及财产方面也存在隐患。因此需要设计一套电动自行车安全充电系统。本文以电动自行车充电为研究对象。针对现阶段电动自行车充电设备的缺点以及电动自行车充电的需求,结合相关文献的查询以及知识的积累,设计了一套电动自行车安全充电系统。充电系统以LPC54114J256BD64作为硬件平台,采用高精度计量芯片RN8209C采集实时电流、电压,通过以太网的方式组网,通过C/S以及B/S的架构实现实时通信和后台界面的展示;支付系统以NXP ***6UltraLite为硬件平台,基于Linux系统平台,实现Ml卡支付功能、二维码识别功能、液晶显示功能以及电容触摸按键功能。本文设计的电动自行车安全充电系统,符合T/SQICA001-2018标准,有效的解决了电动自行车充电期间存在的一些安全方面的问题。此系统经过大量测试与改进,已在本城市投入使用。

关键词： 制造装备   物联网   数据采集终端   嵌入式系统   STM32  

摘要： 工业制造业的产业结构正在发生变化,全球工业制造业正在朝着智能化、数字化和精益化的方向发展。将物联网和信息技术应用于传统的工业制造业企业,建立工业智能运维系统,促进企业智能化发展,可有效提升企业的生产效率和产品质量。工业智能运维系统的建立需要大量的数据支撑,这些数据具有非对称性、数据量大等特点,这些特点对数据传输的实时性、数据的解析和数据流量等方面提出了更高的要求。因此,制造装备的综合信息数据采集终端的设计有很大的意义。本课题针对物联网中微电子制造装备的自动数据采集中设备种类繁多,接口及数据类型多样化的问题,设计了一个数据采集终端。论文根据制造装备的需求,设计了终端工作硬件组织架构和数据传输网络架构,开发了数据采集及入网终端,实现设备工艺、状态、生产、环境信息等关键参数的实时获取和入网。首先,根据采集数据需求,采用嵌入式ARM处理器和STM32联合工作的方式,设计了硬件平台。然后,本文针对制造装备接口协议类型不同的问题,基于Qt开发平台设计了一个终端装订软件。为了保证数据采集传输过程中的可靠性和安全性问题,本文在硬件上采用电源管理的方式来协调外部电源和备用电池之间的切换,在数据处理方式上采用加时间戳、数据加密、选取通信协议和设计分时传输的方式来保障数据的可靠性。针对数据特性设计了相应的数据处理和存储方法。为了实现终端的片上决策功能,研究了基于卷积神经网络的振动数据故障分类模型,对数据集进行训练测试,取得了良好的结果。本课题设计的数据采集终端体积小,部署方便,并且能够兼容不同协议类型的制造装备,有利于广泛推广。

关键词： 无人机   嵌入式系统   可信软件架构   内核级单元测试   树莓派  

摘要： 随着无人机的广泛应用,无人机坠机事故也不断发生,无人机系统的安全性问题日益受到人们的重视。传统的无人机系统以宏内核的方式实现,这种将所有程序写入一个复杂进程的系统存在程序耦合度高的情况,这不仅不利于开发人员排查系统漏洞和扩展新功能,同时此类系统可能会因为局部程序的漏洞而宕机。因此如何保证无人机系统的可扩展性与可靠性,满足人们对嵌入式无人机的功能需求是本文主要研究的问题。本文结合单元测试方法和操作系统微内核结构,实现了一套自底部硬件驱动到用户软件进程的无人机系统软件架构。该架构采用了与耶鲁FLINT实验室共同开发的微内核作为系统软件体系的中间层,将嵌入式系统的硬件驱动和用户进程安全隔离。在此基础上,本文首先对合作开发的微内核进行适配,并在ARM架构的树莓派平台上拓展飞行控制相关的传感器驱动。随后,为了实现无人机飞行控制功能,本文利用静态优先级调度机制,实现在多核并行状态下的进程调度。相较于搭载宏内核的无人机系统,本文实现的系统的模块化程度更高,一方面能降低拓展外部硬件及相关功能模块的难度,另一方面避免因局部程序错误导致系统瘫痪的情况。此外,本文还摸索出嵌入式系统软件测试的高效测试流程,利用仿真软件提高对目标机程序的调试效率,最终实现了基于源码的嵌入式系统内核级单元测试和测试插装。最后,本文测试了无人机系统架构的基本功能和飞行控制的相关进程。研究表明,系统的内核通过了单元测试内核中导致系统异常的系统漏洞被清除,其可靠性得到了验证;同时得益于微内核的结构,用户层代码在调用内核功能模块时未出现较高延迟,无人机进程对系统实时性的要求得到了满足。

关键词： LXI总线   SCPI   嵌入式系统   WEB服务   应答机测试  

摘要： 随着仪器总线技术的不断发展和自动测试系统的复杂化,测试仪器逐渐向便携化、模块化和网络化方向发展。以LXI总线技术构建的仪器利用了当前成熟高效的以太网技术,为测试仪器开发和组建网络化自动测试系统提供了极大的高效性和便捷性。所以,研制具有LXI功能的网络程控仪器接口具有一定的意义和价值。本课题以LXI总线标准为指导,以应答机测试设备为验证平台,研究和探讨了符合LXI C类标准的应答机测试设备程控接口设计与实现过程。本论文的主要内容如下:1、完成了接口模块的总体方案设计和嵌入式系统搭建。本文根据需求对各部分软件功能进行了设计,同时,系统采用STM32微控制器作为嵌入式平台并移植了μC/OS-III操作系统,最后通过接入W5500以太网控制器实现了网络通信功能。2、实现了网络仪器的发现功能。通过研究VXI-11协议和RPC技术原理,在本嵌入式系统中完成了RPC服务程序的设计与实现,并在此基础上实现了基于VXI-11协议的网络仪器发现功能。3、完成了SCPI程控命令集构建和命令解析器设计。根据SCPI规范中的语法格式和特点,并结合应答机测试设备的功能设计了SCPI程控命令集。同时,采用层级分块存储、多级索引查找的思想完成了对命令解析器的设计与实现。4、实现了浏览器网页访问仪器的功能。在本嵌入式系统中完成了Web服务器对HTTP协议的解析与响应,并按照LXI仪器标准设计了相关网页,实现了对应答机测试设备的网页访问。本课题以应答机测试设备为验证平台,完成了网络程控接口的设计与实现,使该仪器具有符合LXI C类标准的功能,并对各部分功能模块进行了测试和验证,测试结果符合课题要求。

关键词： 加速度   Linux   嵌入式系统   mma8653   设备驱动  

摘要： 针对许多导航系统中要求得到准确而高效的加速度测量的问题,文章从设计准确度和效率的角度出发,结合Linux设备驱动模型、嵌入式系统I2 C总线工作时序、Linux系统中的中断和等待队列机制,提出了一种在Linux系统下利用基于I2 C总线的三轴加速度传感器mma8653而设计的设备驱动。实验结果表明,所设计的设备驱动准确可靠,具有较高的应用价值。

关键词： 果园机器人   嵌入式系统   路径规划   蚁群算法   路径跟踪  

摘要： 目前我国柑橘种植行业普遍采用人力劳作,人工成本较高,行业发展受阻,急需产业升级。随着农机装备智能化的发展,国内外众学者将机器人自主导航技术逐渐应用于果园生产,对未来果园的自动化、标准化运营有着重大意义。本文针对国内柑橘园的环境特点,与无人机测绘技术相结合,综合运用图像处理、智能控制、数据处理、MATLAB仿真等知识,对如何使果园采摘机器人快速、安全地完成导航任务这一关键技术问题展开研究。实现柑橘采摘机器人快速、安全完成导航任务的关键是如何构建柑橘园的环境地图,并结合地图研究机器人工作时的路径规划和路径跟踪控制。本文通过分析系统需求,构建机器人实验平台,并以此为研究载体,分析其运动学模型,推导平台航位推算公式和控制的运动学方程,由此设计PID控制器,控制其跟踪路径行走。由于我国柑橘园大多数处于山地丘陵区域,果园环境较为复杂,本文通过无人机测绘技术获取柑橘园图像后,结合现代图像处理技术,构建机器人工作环境模型,并通过仿真检验改进后的蚁群算法可行性,进而设计出合理的路径规划策略。深入研究嵌入式Linux,在将ARM-LINUX移植至实验平台后,结合模块化思维,完成柑橘采摘机器人行走控制系统的软、硬件模块设计,并通过实验检测控制系统有效性。仿真及实验分析表明,本文基于改进后蚁群算法的路径规划方法能够满足柑橘园环境下机器人的实际工作需求;设计的PID控制器能够输出占空比变化的PWM波调控电机运转,操控机器人跟踪路径;能够辅助导航任务,完成了山地柑橘采摘机器人行走控制系统的研发。

关键词： 激光雷达   嵌入式系统   Linux   数据质量   故障检测  

摘要： 大气污染对于人类的健康与社会的发展有着不可忽视的影响,因此对于大气气溶胶进行有效监测至关重要。目前全球各地已经广泛采用激光雷达对大气状况进行监测。激光雷达系统结构复杂,且多处于无人值守的野外地区,一旦出现故障,工作人员需要到达现场才能进行故障判断。同时,随着区域激光雷达网的建立,对于组网激光雷达数据的一致性提出了更高的要求。为了快速判断激光雷达数据质量,提高数据的可信度,本文提出了一种基于嵌入式系统的激光雷达故障检测平台,主要的工作如下:(1)使用ARM工业控制开发板搭建了基于Linux操作系统的嵌入式开发系统平台,实现了嵌入式系统的交叉编译以及网络服务搭建,为远程开发提供了基础。(2)提出了基于图形学处理的图像识别方法,对激光雷达舱体天窗洁净度进行自动监测,基于OpenCV通过边缘检测、图像形态学处理以及轮廓检测,计算出天窗污染点数与污染面积,从而自动判断天窗洁净度情况,并完成嵌入式平台的移植。通过实验验证了算法的功能,实现了自动获取天窗洁净度污染情况的功能。(3)为了监测激光器出光能量的稳定性,使用OPA615跨导放大器设计了脉冲激光能量监测的峰值保持电路,并使用信号发生器模拟激光脉冲信号进行实验,实验结果显示了较好的峰值保持性能。(4)为了获得更为准确的激光雷达比,分析了使用太阳光度计获取激光雷达比的方法,统计了 2016年～2018年AERONET北京站点的气溶胶光学特性数据,归纳了气溶胶的变化规律,使用AOD与Angstrom波长指数对气溶胶进行分类,并获取对应的雷达比数值。以2018年3月的一次沙尘污染过程为例,分析了使用激光雷达比经验值与分类后的对应数值反演时的误差。

关键词： 智能云柜   自动分配   嵌入式系统   SpringBoot   Kafka集群  

摘要： 随着互联网的快速发展,“智慧法院”的进一步建设,如何利用互联网技术减轻法官的工作负担,以及提高无纸化办公效率成了法院互联网技术工作人员的关注目标。本文致力于减轻法官工作负担,建立法院智能云柜管理系统,旨在将法官从电子卷宗录入和文书打印之类繁杂的重复性琐事中解放出来。本文在智能快递柜的灵感驱动下,引入“智能云柜”概念,引入外包人员,旨在借助嵌入式系统云柜完成业务流程的变更,即法官通过本系统可完成网上业务预约,外包人员在系统内获取预约信息,双方将云柜作为文件存取的中转站,以便外包人员完成原属于法官的文书打印及电子卷宗扫描录入之类的工作,以达到减轻法官工作负担的效果。在文件流转的过程中,为了避免文件的缺失,引入“包”的概念,包为文件唯一标识,一件一包,便于管理。本文在内容上围绕法院智能云柜管理系统的研究过程进行展开,阐述了预约管理模块、数据显示模块、包业务管理模块、通知管理模块、存取管理模块以及系统管理模块的设计与实现。项目整体开发采用B/S架构。使用Dubbo分布式服务框架完成文书生成业务,使用消息中间件Kafka对预约记录流程状态变更进行分布式实现。前端使用Vue框架和Element UI完成交互性良好的页面设计;后端使用Spring Boot搭建项目框架;数据持久层使用Mybatis框架进行数据库访问;使用My SQL进行数据存储,在云柜存取子系统中使用嵌入式系统云柜,同时利用Redis进行数据的缓存处理以减轻数据库访问的压力。系统经过需求分析和概要设计,根据划分的模块进行详细实现和测试,最终完成符合实际需求的智能云柜管理系统。目前,此套云柜管理系统已在天津河西法院投入使用,经法院使用方反馈本系统运行良好,极大减轻了法官工作负担的同时,还在法院内部衍生出了外包业务,促进社会发展。

关键词： 双目算法   嵌入式系统   移植   优化   图像处理  

摘要： 进入21世纪以来,各行各业开始大力推进向信息化、智能化、自动化方向发展。尤其在工业等领域,为实现某些功能或完成某种工作往往需要一种小型化的处理系统,这就需要用到嵌入式系统。嵌入式系统以应用为中心,以现代计算机技术为基础,软硬件可裁剪,形成一套功能完备、独立运行的处理系统,其应用非常广泛。双目视觉技术作为计算机视觉一种重要形式,它基于视差原理来获取物体的三维几何信息,在机器人导航、三维测量和图像识别等领域均有重要的应用价值。本文通过深入研究嵌入式系统和双目视觉算法,设计了一种基于ARM芯片的嵌入式双目视觉处理系统,它将双目摄像头拍摄到的图像或视频放入嵌入式系统中进行处理,来实现人脸识别与障碍检测等功能。本文在分析了大量双目视觉算法后,筛选出精度高、稳定性好的算法,并在系统中进行移植和改进来提升识别的准确率,同时对该系统进行硬件优化进一步提升系统的性能。该系统主要克服双目系统通常采用PC机作为处理器所带来的价格昂贵、体积较大、功耗较高以及模块化应用困难等缺点来适应更多的应用场景,具有成本低、操作简便、非接触、易实现、可靠性高、识别准确等优点,具备良好的应用前景。

关键词： 联合收获机   北斗定位   视觉导航   动态感兴趣   嵌入式系统  

摘要： 农业机械导航技术是当前国内外精准农业重要支撑技术之一,也是实现农业智能化的有效途径。联合收获机作为一种复杂的农业机械,其智能化的重要方向是实现自动导航。目前,农业机械导航主要以卫星导航为主,使用高精度的卫星导航设备获取定位信息以实现全局路径规划。收获机沿着稻麦收获边界进行作业,卫星导航技术在作业边界实时对准方面有一定不足,且目前购置基站设备或长期应用CORS服务网络的成本较高。因此,研究一种可以进行全局及局部路径规划、低成本、结构简单、易于安装的联合收获机辅助导航系统,对提高谷物收获效率、降低生产成本以及设备普及推广具有重大的现实意义。本文根据收获机不断朝大型化发展的趋势及其作业特点,结合北斗与视觉导航技术对联合收获机辅助导航系统进行研究设计,主要研究内容如下:1.开展了联合收获机辅助导航系统总体方案设计及硬件选型。通过北斗定位模块与两个视觉传感器分别获取收获机定位信息与田间作业图像,并实时显示在人机交互模块界面。主控制器根据路径规划信息选择调用视觉传感器,将视觉传感器获取的图像信息通过算法处理,得到收获机相对于作业边界线的横向距离及航向角度,根据角度传感器获取的角度信息计算得到转向轮偏转角度,控制转向机构进行辅助导航。2.研究了基于北斗定位信息的路径规划与边界预测方法。根据北斗定位及农田形状信息,建立了辅助导航系统的路径规划模型,实现了辅助导航作业的全局路径规划。依据北斗定位信息,建立了基于距离与作业速度的边界预测模型,使收获机在抵达田间边界前实现从自动模式向手动模式的切换。3.提出了基于动态感兴趣区域选取的作业边界线识别方法。选用YCrCb色彩空间中的Cb分量进行后续图像处理,以降低光照影响。采用双边滤波、Otsu算法、形态学操作、Canny边缘检测、累计概率霍夫变换等算法识别了作业边界线。在边界线提取过程中通过两次筛选的方法,提高了作业边界检测的准确性。分别采用了基于卡尔曼滤波、基于作业边界线位置预测的方法对动态感兴趣区域进行两次选取,使得平均单幅图像处理时间由0.176087s缩短至0.064547s,能较好地满足辅助导航系统对图像处理时间的需求。4.设计了联合收获机辅助导航的导航控制方法,通过对图像进行透视畸变校正,获取横向距离及航向角度信息,利用所设计的基于模糊神经网络的导航控制器和PID转向控制器实现了收获机的辅助导航,并通过仿真试验,验证了导航及转向控制器设计的合理性。5.对联合收获机辅助导航系统进行软件设计,实现了辅助导航系统数据接收及处理、导航控制、界面显示与数据存储等功能,并通过场地及田间试验验证联合收获机辅助导航系统性能。田间试验结果表明,联合收获机分别以0.4m/s、0.8m/s、1.2m/s的速度收获水稻时,横向偏差最大值分别≦6.5cm、13.7cm、19.2cm。本文通过对联合收获机发展趋势及作业特点的分析,分别从作业路径规划、作业边界识别算法、辅助导航系统硬件选型及软件设计等方面进行了研究,设计了一套基于北斗与视觉组合的联合收获机辅助导航系统。最后,通过田间试验对辅助导航系统的可靠性及控制精度进行了分析。试验结果表明,以1.2m/s进行收获作业时最大横向偏差≦19.2cm,辅助导航性能较好,为研究结构简单、低成本的联合收获机辅助导航系统提供了可行性论证及技术支撑。