课程文献中心 更多>>

关键词： 塔式太阳能电站   定日镜跟踪   图像处理   轮廓匹配   嵌入式系统  

摘要： 定日镜的跟踪控制是塔式太阳能光聚热发电领域的一个热点问题,目前国内外已经投入商业化运行的塔式太阳能光聚热发电项目中,定日镜均采用开环跟踪控制方式,为了保证定日镜的跟踪精度,必须安装高精度的机械装置和角度检测装置以及定期对逐个定日镜进行误差校正,增加了系统的设计成本和运维工作量。随着视觉技术的进步,越来越多的视觉产品步入工业控制领域。故本文为了改善开环控制存在的缺陷,提出了一种基于视觉的定日镜跟踪闭环控制系统。首先研究了基于视觉的定日镜跟踪闭环控制方案,安装于定日镜表面的摄像头同时采集太阳和集热器的图像,根据相机的成像原理推导出定日镜镜面法线目标角度的计算公式,同时设计了具有创新性的拼合广角镜头解决了视觉平台的视野不足的问题。本文采用了张正友相机标定算法完成对摄像头的标定,为了提取图像中太阳和集热器的位置坐标,本文在图像预处理中采用了加权平均法灰度化、双峰法阈值分割和形态学操作,有效的降低图像噪声的影响,增强了太阳和集热器轮廓的可检测性。针对目标轮廓识别问题,根据Hu矩特征对图像中的所有轮廓和目标形状模板进行匹配,经过验证,该方法能够准确匹配出太阳和集热器的轮廓,然后计算出轮廓质心坐标。针对跟踪策略采用集热器轮廓质心坐标计算集热器位置方向会导致集热器中心局部过热的问题,本文设计了集热器瞄准点改进方案。最后根据功能需求在嵌入式系统上搭建硬件平台,包括以树莓派计算模块为核心处理器的视觉处理平台、以飞思卡尔单片机为核心设计的定日镜控制器和气象站,并通过编写程序完成各模块的软件设计。为了验证跟踪控制系统的可靠性,搭建了空间模型进行角度测量实验,同时设计实验方案对系统功能进行测试。实验结果表明本文设计的视觉跟踪系统精度满足需求,在定日镜跟踪控制领域有很大的应用潜力。

关键词： 压电分流阵列   嵌入式系统   数字控制器   合成阻抗压电分流电路   超构材料   智能材料   汽车车身   减振降噪  

摘要： 压电分流技术应用于汽车车身减振降噪是目前热门研究方向。本文首先基于嵌入式系统设计的数字控制器,改进合成阻抗压电分流电路,编写相应程序实现现有的模拟器件电路普通谐振分流的功能。并将数字控制器作用于贴有压电分流单元的铝金属梁上,实现了铝金属梁的减振降噪的效果,验证了压电分流技术具有减振降噪的特性。智能材料解决了声子晶体在轻质结构低频段减振降噪应用中面临的问题。本文将数字控制器引入到压电分流阵列超构材料中,设计相应的传递函数,构造具有多个低频带隙的智能材料超构梁。本文的研究工作主要包括三个部分:1.基于Fleming等人提出的一种合成阻抗压电分流电路,并对其进行改进。加入放大偏置电路,使该电路在使用微控制器内置ADC和DAC模块条件下也能正常工作,并消除了电路饱和以及不稳定等问题。该电路在满足本系统功能要求的同时,仍然保持原有电路特性。2.基于改进后的合成阻抗电路,推导模拟电感电路的传递函数。并在嵌入式系统数字控制器中,通过程序设计该传递函数,实现模拟器件电路普通谐振分流的功能。同时使分流电路控制参数可通过无线通讯方式进行在线调节,从而实现智能化的数字控制。3.为了更好的分析基于数字控制器的智能声学超材料的弹性波传播特性,采用有限元仿真和实验对比方法对其特性进行分析和测试。采用等效参数法分析该超材料的结构参数,深入分析其动力学特性。本文通过在铝金属梁上敷贴压电分流阵列,同时基于嵌入式系统设计智能控制单元,构建智能超构材料梁结构,有效降低梁结构声辐射特性。为汽车车身的减振降噪控制提供了一种新的技术手段。

关键词： 缺陷检测   超声红外   图像处理   嵌入式系统   远程数据传输  

摘要： 超声红外热成像无损检测具有检测范围大、适用材料范围广等优势,被广泛应用于金属材料、复合材料的检测中,但是对经验要求高,人工检测存在误检漏检、成本高的问题,现有方法难以自动检测缺陷。此外,人员难以进入或危险的环境中,远程检测有利于降低危险发生的可能性。因此,有必要以远程数据传输的方式查看检测结果。嵌入式设备具有专用性强、高实时性的优点。在现场,使用嵌入式设备对被测件进行监测,能够对现场情况进行及时反馈。然而,现有方法的计算量较大,不适合在嵌入式系统中运行,并且智能化程度低,不便于数据的传输与分析,从而对工艺的改进提供参考。基于以上情况,本文设计了一种嵌入式超声红外图像缺陷检测系统,对超声激励的被测件的红外热图像进行识别,进而判断是否存在缺陷并实现定位,通过以太网的方式进行远程数据传输,工作人员可通过浏览器观察到被测件的热图像及检测结果。本文的主要工作如下:1.为实现缺陷的检测,本文提出了子图像标准差法,分析了RGB分量随温度的变化情况,并对随温度变化最剧烈的G分量图像进行分割为3×3共计9个子图像;利用标准差能够反映数据的波动性的特点,对子图像多次计算标准差,采用OTSU算法的思想确定的阈值以检测是否存在缺陷。2.为提升图像的质量,保证缺陷定位的准确性,分析了不同的对比度增强算法和滤波算法,选定CLAHE算法和巴特沃斯带通滤波器对存在缺陷的图像进行处理;缺陷定位功能的实现利用了形态学方法,通过比较连通域的像素点数量确定了缺陷所在区域并计算缺陷的中心,实现了缺陷检测与定位。3.在嵌入式开发板上搭建了嵌入式Linux系统作为远程数据传输系统的运行平台。在PC机的虚拟机上配置与编译了嵌入式Linux内核,对内核进行了裁剪,在嵌入式硬件设备上搭建和移植了嵌入式Linux系统,作为远程数据传输和图像处理功能实现的操作系统。对加载引导程序(Boot Loader)和文件系统进行了移植。远程数据传输系统B/S架构,在嵌入式系统上搭建了boa服务器,,在嵌入式系统中进行编程实现图像检测程序,利用通用网关接口(CGI)以调用嵌入式系统中的图像处理程序。4.搭建了超声红外热成像无损检测系统实验平台,并设计和进行了相关的实验。实验结果表明,使用本文提出的缺陷检测与定位方法能够实现对红外热图像的缺陷检测与定位功能,在24次实验中,23次检测准确。嵌入式远程数据传输系统运行稳定,本文算法能够在嵌入式系统上实现检测与定位功能,数据和图像传送准确,用户能够在显示终端的浏览器查看检测结果,显著提高了智能化程度。

关键词： 嵌入式系统   机器人视觉   操作系统  

摘要： 以嵌入式系统为研究对象,详细研究了该系统在机器人视觉中应用的相关问题,并对其应用思路与策略等进行了详细的研究。

关键词： 制动器试验台   液惯量   信号采集   嵌入式系统  

摘要： 本课题在认真分析了电惯量试验台的基础上,发现电惯量试验台控制较为复杂,飞轮盘体积较大,当飞轮盘高速旋转时需要的安装精度较高且存在较大的安全隐患,以及机械惯最试验台无法实现惯量和扭矩无级变化的缺点,提出并设计了“液惯量”试验台,用变量泵与定量马达以及电液比例阀组成的节流调速系统来模拟转动惯量同时提供主轴扭矩和转速,控制较为简单,同时极大的减小了飞轮盘体积,试验台液压件安装精度要求较低。论文主要研究工作如下:(1)对采煤机的实际工况进行分析,计算出采煤机总的牵引阻力、总转动惯量、最大制动扭矩等关键参数,为试验台预模拟的性能指标提供了依据。在初步确定试验台总体方案的基础上,为试验台建立了液压系统数学模型,可以帮助分析和优化试验台能量补偿分配,为进一步优化试验台提供理论依据。(2)在分析了电惯量对机械惯量模拟的基础上,利用变量泵和液压马达及电液比例阀组成的节流调速系统对机械惯量进行了模拟，在机械惯量和电惯量的基础上提出了“液惯量”。在液惯量理论基础上设计出了液惯量模拟试验台的机械结构和完整的液压系统,并为试验台提出了一种新型的控制思路—分阶段控制,初始阶段采用bang-bang控制,第二阶段采用可变论域模糊控制。(3)为试验台设计信号采集系统,试验台信号采集系统上层采用C8051F410作为微控制器,在此基础上设计出了位移采集电路、温度采集电路、转矩转速采集电路以及上层信号采集系统串口通讯程序设计,为试验台信号采集系统底层构建了嵌入式系统,搭建了tftp、nfs服务器,为试验台底层嵌入式系统构建根文件系统、移植boatloader、裁剪后的linux内核,并为试验台底层开发板核心硬件编写驱动。(4)开发出试验台的嵌入式系统后,在QT平台上为试验台开发人机交互界面,使试验台可以采集制动器摩擦片的位移量、温度、主轴的转速、扭矩、制动器制动过程中产生的噪音,将采集到的信号量以实时动态曲线的形式显示在试验台人机交互界面上。

关键词： 人脸检测   人脸识别   特征提取   嵌入式系统   机器学习  

摘要： 人脸识别是计算机视觉领域的重要分支和研究方向,在智能家居、身份认证等领域有着非常广泛的应用,基于机器学习的人脸识别算法也越来越受到学术界的重视。本文的主要工作是人脸识别技术的研究,重点是子模式GLHist-LP人脸识别算法的研究,以及该算法在以ARM为核心的嵌入式平台上的实现、测试与分析。在研究分析了现有人脸识别相关技术基础上,提出了子模式GLHist-LP人脸识别算法网络结构,与现有识别算法相比,该结构降低了人脸特征的维数,可以加快人脸识别算法的执行速度,提高人脸识别准确率与效率;主特征提取的主要工作是通过面部局部区域划分形成子模式,对得到的四种子模式图像利用改进的Gabor滤波器进行卷积处理,进而得到Gabor特征图,并对特征图集合进行二值模式直方图降维,提取到256维的LGBP直方图信息,将其结果应用于子模式GLHist-LP人脸识别算法中,降低了识别算法的运算量;辅特征提取的主要工作是利用LBP特征对全局图像的纹理敏感性和旋转不变性实现特征提取,对得到的特征向量再通过2D-PCA线性映射算法完成降维操作,得到维数为82的辅特征,针对主特征缺乏面部整体结构信息的问题实现了完善和强化,提高了识别算法的精度;对主特征和辅特征进行数据归一化融合,融合后的特征总维数为338,从而得到人脸识别的关键特征信息;通过迭代的方式将不同的Adaboost弱分类器训练成高精度和高泛化性的识别模型;在嵌入式平台上进行算法实现,完成了主特征提取、辅特征提取、特征融合和分类器训练等工作,实现了人脸识别功能。该子模式GLHist-LP人脸识别算法基于嵌入式平台的实现程序测试结果表明,程序运行流畅,模型工作正常,人脸识别正确率为94.46%,人脸识别时间在1s以内,达到了预想目标,具有实际应用价值。

关键词： 巡逻机器人   服务器   安卓   嵌入式系统  

摘要： 随着楼宇、客运中心、物流中心、住宅小区、商超、库房等大型建筑的增多,对安保的需求日益增加。传统的定点监控不能较好的对整个建筑群起到防护作用,单独采用人工巡逻的方式将会大大增加安防成本。因此为了提高安防效率、降低人力成本,采用人工巡逻、巡逻机器人、定点监控相结合的方式,以达到三者互补的目的。巡逻机器人常用于动态监控,并可以工作在恶劣的环境下,也可以移动到监控死角进行定点监控。本论文围绕巡逻机器人控制系统方向展开研究,旨在研制一台可以远程控制、实时传输图像声音信息的巡逻机器人。本设计结合三星4412嵌入式平台、巡逻机器人端、局域网、服务器、安卓客户端、PC客户端,实现安卓客户端与PC客户端对巡逻机器人的远程操控,并进行图像声音传输。本设计中安卓客户端和PC客户端统称为远程控制端,安卓客户端采用Java语言编写,PC客户端采用C#语言编写。安卓客户端使用Android Studio2.0工具开发,可以运行于系统版本4.0以上的安卓手机。PC客户端基于Visual Studio2015开发,通过外接游戏手柄获取远程控制数据。远程控制端通过WiFi进行数据传输,可以远程控制巡逻机器人,传输声音信息到巡逻机器人端,获取巡逻机器人端采集到的图像信息。为了保证巡逻机器人能够快速的响应远程控制客户端发送过来的控制信息,本设计中的网络通讯协议采用UDP协议。为了使远程控制客户端接收到的图像信息清晰流畅,本设计中加入了对采集端的图像信息进行压缩编码后发送。本设计中三星4412嵌入式平台采用的是型号为iTOP4412嵌入式开发板,运行Linux操作系统,通过外接WiFi模块,接收远程控制端传输过来的控制信息和声音信息,并将USB摄像头采集到的图像信息发送到远程控制端。为了保证巡逻机器人能够准确的响应远程控制客户端发送过来的控制信息,本设计中采用STC15单片机来驱动控制巡逻机器人前进后退的直流电机、控制巡逻机器人左右转向的转向电机、控制巡逻机器人头部旋转的两路舵机。STC15单片机通过串口接收iTOP4412开发板传输过来的控制信息,从而控制巡逻机器人执行某种机械操作。为了保证巡逻机器人远程控制系统的可操控范围足够大,本设计中通过搭建局域网模拟现实场景。利用三台路由器组成的网络拓扑结构,结合NAT穿透技术,能够让两个不在同一网段的设备实现网络通信。服务器程序运行在PC上,用于协助远程控制端与iTOP4412开发板建立连接。服务器、远程控制客户端和巡逻机器人端分别连接不同的路由器。

关键词： 双面双弧焊接   控制系统研制   工业物联网   焊接自动化   嵌入式系统  

摘要： 工业4.0是定位于继机械化、电气化、自动化之后的以智能制造为主导的第四次工业革命,在这股浪潮下,制造业各领域都在全力向智能化推进。作为工业重要组成领域之一的焊接,智能焊接的发展也是必要而且紧迫的。同时当前船舶、海洋等行业的大厚板、大圆筒等工件的焊接仍采用较低级的自动化焊接小车施焊的方式,其存在着参数预置、不能在线调节、双面双弧焊时信息互不可见等问题,影响最终焊接质量,因此有必要对其进行改进升级。本课题主要是将工业物联网技术、软件技术运用于焊接,建立一套应用于大厚板圆筒双面双弧焊接的焊接小车智能控制系统,使整个焊接过程由自动化向智能化、网络化升级。该控制系统按照典型物联网架构分为感知控制层、网络传输层、应用层。感知控制层上对原自动化小车进行了嵌入式改造,以STM32单片机为控制中心,使焊接小车成为了一个具备感知能力、受控能力、网络通讯能力的智能终端;网络传输层上搭建了基于WIFI的无线通讯系统和基于TCP协议的数据传输网络,实现了整个系统各终端间无线互联,保证了数据和命令的实时准确传输;应用层上则是基于软件技术开发了上位机控制系统和手控端APP,实现了对整个焊接生产过程的实时监控、智能管理、在线分析等功能。该控制系统实现了对大厚板圆筒双面双弧焊接生产过程信息的监测、分析、存储,包括焊接初始位置、焊接实时位置、焊接速度、焊接行程、双面双弧的弧间距,焊后焊缝形貌特征等;实现了人工对焊接过程进行实时、准确远程调控,包括远程起弧/熄弧、启/停小车、改变焊接方向、实时调节焊接速度等;同时能够基于焊接过程实时弧间距信息,调用内置弧间距协调控制算法自动调控以维持双面双弧弧间距稳定,形成闭环控制,保证焊接质量,弧间距控制精度能达到8mm内。最后在实际工况条件下进行了控制系统联调试验,验证了系统的功能性和稳定性。将工业物联网技术应用于焊接领域是未来智能焊接的发展方向,本文提供了一个较好的架构。未来随着传感器技术、网络技术及人工智能在焊接上的成熟应用,实现工业物联网技术与焊接技术深度融合与集成,最终实现焊接过程的智能化。

关键词： 电台性能测试   虚拟仪器   数字信号处理   嵌入式系统  

摘要： 随着时代的发展科技的进步现代战争的模式早已从单纯的陆地机械化作战模式发展为当前的陆、海、空、天、电多兵种协同信息化立体作战。作战模式的转变对通信提出了更加严峻的要求,既要在满足机动性好的前提下还要具有保密性强、抗干扰等特性。无线电通信由于其布局的灵活性和抗干扰反面先天的优势,在基于高新技术的现代化电子信息战中得到了广泛应用。作为军用无线通信网络搭建的核心硬件军用无线电台发生故障时传统方法就是利用信号发生器、频率计、频谱分析仪等通用仪表对电台发射机和接收机的关键指标进行手动测试。近年来随着自动测试技术的发展开发出许多基于计算机控制下由通用仪器搭建的自动化电台检测系统,虽然这类系统大大提升了电台检测的效率和自动化水平,但是由于体积过于庞大不便于在野外条件下搭建开展测试并不不适合战场快速抢修的要求。本文分析当前电台测试体系现状与技术并根据实际需要提出一种适合在野外条件下使用的小型电台综合检测仪器。检测仪应用嵌入式技术和软件无线电技术,采用用便携式一体化结构设计并内嵌有锂电池具有较强的环境适应能力,能够完成对装甲现役各型电台进行维修检测的功能,用于部队维修保障人员对电台功能和性能指标的检测。在所设计硬件平台上基与Linux嵌入式系统开发出一套测试控制软件。软件具有友好的人机交互界面和操作环境,使用简单快捷。可控制硬件设备对电台接收机数字灵敏度、接收机模拟灵敏度、静噪灵敏度、载波功率、频率误差、模拟频偏、音频输出、音频谐波失真系数、驻波比系数等指标进行手动和自动测试,并可对维修检测记录进行历史存档,具有完善的系统自检功能,可对检查结果进行显示和输出,可以通过程序注入方式升级测试仪内部程序以满足新型装备的测试需求。最后利用通用仪表对电台综合检测仪发射机、接收机主要性能指标进行测试,并采用标准仪器和综合检测仪对某型超短波电台进行对比测试,对整机性能进行较为全面的评估。测试结果表明该测试仪能够满足电台功能和性能指标的检测的需求。

关键词： 编队控制   嵌入式系统   快速终端滑模   轮式移动机器人   领航-跟随  

摘要： 多机器人编队提高了机器人完成复杂,危险任务时的执行效率,近年来,多自主移动车辆协调控制受到了极大的关注。这是因为这种系统在单个机器人上有许多潜在的优点,包括更大的灵活性、对未知环境的适应性和鲁棒性。在这一领域的研究中,编队控制一直受到许多研究者的关注。编队控制是指一组机器人组成特定的几何形状（如楔形或链条）并保持队形的控制方法。编队控制的潜在应用领域包括探测、监视、搜索和救援、运载大型物体和控制卫星阵列等许多合作任务。本文的内容大致如下:（1）设计并制作了三辆基于嵌入式系统的小型轮式移动机器人,作为研究机器人编队控制算法的实验平台。该小型机器人系统主要由四个模块组成分别为:（a）测速模块:包括机器人自身运动速度的获取,以及机器人位姿的计算。（b）信息传递模块:主要将领航者位姿信息通过该模块传递给跟随者机器人。（c）电机控制模块:使用双闭环PID控制,提高电机控制的精度。（d）编队控制模块:主要由轮式移动机器人的编队控制算法实现。（2）本节针对多机器人协作系统中机器人编队控制问题进行了研究。设计了一种速度和加速度受限的领航-跟随型编队控制算法,此算法设计了两个一阶滤波器,作为控制器的两个反馈信号,且此反馈信号及其导数的大小受限于两个滤波器参数。文中通过李雅普诺夫理论证明了闭环系统渐近稳定,且机器人速度和加速度有界。最后通过仿真和实验验证了本文所提出算法的有效性。（3）本节主要针对非完整运动的轮式移动机器人的运动学模型给出了一种快速终端滑模控制器。首先针对轮式移动机器人l-φ编队控制模型进行反馈线性化,然后针对反馈线性化模型设计跟踪控制器,使得跟随者机器人能够收敛到距离领航者机器人期望的位置。最后通过仿真和实验验证了本文所提出算法的有效性。