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关键词： 数据采集   设备监控   嵌入式系统   串口协议转换   工业物联网  

摘要： 本文在工业物联网背景下,从当前数据采集系统国内外发展的情况出发,结合制造工厂实际情况分析,发现当前系统发展主要面临可扩展性、互通性、实时性三方面的挑战。面对这些挑战,在总结历史经验和工作中的项目经验的基础上,文章提出了以嵌入式系统和工业无线通信为技术基础,以无线数据采集模块为核心的数据采集系统。本文主要阐述了系统的整体架构、硬件设计和软件设计。本系统的关键是以STM32F4微处理器为核心的数据采集模块,创新地通过双串口设计结合软件控制,实现了串口数据共享服务功能,增强了系统的可扩展性;另一方面,在数据采集系统的软件设计中,加入了自适应解析功能,可以通过协议数据库等方法,对采集到的数据自动进行分割和提取,增强了系统的互通性;此外,通过硬件选型、软件优化、分布计算,保证了系统实时性。通过验证,系统设计能够实现设备状态监控与数据采集的功能,满足实际应用要求。

关键词： 漏磁检测   无损检测   嵌入式系统   STM32  

摘要： 钢丝绳是一种被广泛应用的承载和运输构件,在使用过程中会出现内外部的断丝、磨损、腐蚀等缺陷,需要无损检测与寿命评估。然而,现有的基于漏磁检测标准的便携式钢丝绳检测系统通常为探头、采集卡和移动笔记本多模块离散化结构,或者为探头与拖拽仪表箱的半集成化结构,存在着不便快速移动、需要多人协同配合操作、不适应狭小空间灵活实施的不足。所以,迫切需要能快捷移动能实现单人操作并最终实现复杂工况的手持式钢丝绳漏磁检测技术及仪器。基于嵌入式操作系统的微控制器设备,兼容性强,处理能力高,运行速度快。对此,基于嵌入式设备的特点,提出了基于嵌入式系统的手持钢丝绳漏磁检测方法并开展了仪器系统设计。首先,在提出开环永磁磁化方法的基础上开展了探头核心结构磁化器的仿真优化及Φ6-16mm钢丝绳探头结构设计,通过实验验证检测探头对缺陷检测的准确性,最终获得一款体积小重量轻的检测探头;其次,设计出了嵌入式手持数据采集显示系统,该系统包括硬件平台和软件,检测系统以STM32作为硬件平台,应用层次化思想将硬件分为A端信号处理部分、B端信号采集部分及C端手持液显主电路,详细介绍了硬件系统电路各个部分的设计过程,包括电源管理电路、信号处理电路、信号采集电路、存储电路、LCD接口电路及系统其他电路模块;搭建系统软件底层,以μCOS-III为系统内核,以STemWin作为GUI框架,并移植FatFS文件系统模块,给出软件系统设计框架,对硬件功能进行适配,并分析检测功能需求,采用模块化方式开发设计检测应用软件,将系统功能分为界面控制主任务和五个功能任务模块,包括数据采集、数据处理、波形显示、数据读写及系统设置功能,界面美观,操作方便。最后对整机系统进行功能测试和性能测试,测试表明系统各部分功能正常,且系统具有较高的实时性、可靠性和稳定性,满足实际检测需求。

关键词： 纳米刀   有效不应期   心电信号   噪声干扰   R波实时检测   嵌入式系统  

摘要： 纳米刀作为一种非热能的新型肿瘤消融技术,在治疗肝癌、胰腺癌以及其他恶性肿瘤的场景下发挥着越来越重要的作用。然而纳米刀释放的高压脉冲对心电信号的产生和传导会产生极大的干扰,增大了引发心律失常等术中并发症的机率,因此需要应用与仪器配套的心脏同步器进行实时检测,使纳米刀释放的高压脉冲在心脏的有效不应期内释放。故能否准确识别患者心脏的有效不应期,及时指导纳米刀释放高压脉冲,对降低术中并发症的发生几率有着重要的作用。本文将心脏有效不应期检测问题转化为R波实时检测问题,以MIT-BIH心率失常数据库和QT数据库作为样本库,针对这一问题展开研究,主要研究成果如下:1)系统地设计了心电信号预处理的流程及相关参数。在不影响检测效果的前提下,将滤波预处理过程的理论延时控制在15ms以内,同时提出在预处理过程中加入低阈值归零处理步骤,进一步突出R波特征,简化计算量;2)提出了一种结合Pan&Tompkins算法和斜率法改进的R波实时检测算法。在检测过程中排除QS、Qr、rS、rSr'此类心电波形对不应期定位的干扰;结合移动窗口平均法和动态阈值法将每个心跳周期分为有效信号区段和疑似噪声区段,降低了误判率。最终本算法的阳性预测度为99.88%,平均延时为13.02ms,达到了预期效果。3)为了在实际条件下验证本文算法的效果,本文研制了一套心电信号采集分析系统,并针对纳米刀术中的实际情况提出更为严苛的不应期检测限制条件,最后对本设备的功能进行测试,证明了该设备能够实时准确的识别心脏有效不应期。

关键词： 合肥光源   束流损失探测   EPICS   嵌入式系统   Top-off模式  

摘要： 针对合肥光源储存环恒流运行(Top-off)改造等性能提升的需要,研制了新型的基于嵌入式EPICS架构的储存环束流损失监测(BLM)系统,用于监测储存环中束流损失发生的位置和大小。合肥光源在二期升级改造之后,增加了水平方向的聚焦,使得束流发射度极大的降低,光源的稳定性明显提高。托歇克效应由于发射度的降低而增加,从而使得束流损失也增大。新BLM处理器获取储存环各处双PIN型光电二极管传感器所采集的簇射电子的信号,分析处理后通过各个处理器内部的嵌入式系统所运行的EPICS程序将数据实时发布到加速器控制网络,使中控室能够实时获取束损的数据。同时分析了束流损失产生的原因,影响束流寿命的原因和产生的辐射类型。在束流损失监测设备的设计中,首先根据储存环实际安装位置空间大小,确定了束流损失监控设备设计尺寸大小。再根据束流损失监控设备所需要的功能,设计了模数转换电路、电源电路、信号处理电路、MCU芯片监控电路、数据通讯电路、自检电路等。本文设计的束流损失监测系统具有两套模式,分别为测量模式和自检模式。两个模式区别在于切换双PIN型光电二极管的输出信号。在测量模式下,双PIN型光电二极管输出的信号为束流损失信号;在自检模式下,双PIN型光电二极管输出信号是一个固定的频率值。通过比较来判断束流损失设备是否正常工作,提高了系统运行的可靠性。束流损失监测设备有三种数据输出模式,分别为串口输出、触摸屏显示、网络传输。三种数据输出模式适用于调试、离线测试、在线测试三种测试方式,能极大的提高设备的测试灵活性。基于EPICS系统的架构能直接接入合肥光源控制系统,简化了系统结构,提高了系统的稳定性。经过试运行,观察了在合肥光源Decay模式、Injection模式和Top-off模式下的束流损失数据,结果表明新BLM系统满足合肥光源恒流运行的需要。

关键词： 嵌入式系统   电子信息技术   科学技术  

摘要： 由于社会经济的发展以及科学技术的进步,使得电子系统以及信息技术在社会生产过程中所发挥的作用越来越重要。为了促进电子信息技术的发展,人们创立了电子信息工程这门学科,它本身具有极强的实用性以及科学性,主要涵盖了各项先进的技术,给社会的发展带来了重要的理论指导作用。在日常的生活中,和电力信息技术相关的产业越来越多。比如家用电器、通信设备,甚至是航空航天等等这些用品之中都涵盖有电子器件。基于此,本文将会对嵌入式系统在其技术中存在的重要意义进行分析。

关键词： 海洋碱性蛋白酶   发酵装置   嵌入式系统   人工鱼群   控制  

摘要： 蛋白酶是市面上销量最高、应用范围最广的酶类,品类繁多,在自然界中分布广泛,海洋碱性蛋白酶MP作为一种新型来源的蛋白酶,具有比传统陆源蛋白酶更优良的物化特性,生产及使用过程清洁无污染,已广泛地应用于医药、洗涤、橡胶制造等行业。在海洋碱性蛋白酶MP的工业生产中,为了使产品得率最大化、提高产品质量、节约成本,需要对其发酵过程的环境参量进行控制。然而细胞的生长繁殖与产物代谢具有一定的不可预测性,受到诸多环境参量的影响,发酵过程呈现很强的非线性,解耦困难,常规的工业生产控制方法难以取得较好的控制效果,严重制约了该酶的大规模生产与应用。基于上述问题,本文在国家自然科学基金、江苏高校优势学科建设工程项目的资助下,针对海洋碱性蛋白酶MP的发酵过程控制问题展开了研究。论文主要工作内容及取得的成果如下。首先,海洋碱性蛋白酶MP的发酵过程虽然复杂多变,但是批次之间却具有重复性,针对此特征,提出了一种人工鱼群算法优化增益参数的迭代学习控制策略,实现控制器增益参数的动态跟踪;为提高寻优算法的精度,减少运算时间,针对人工鱼群算法本身进行了包括动态视野、剔除拥挤度因子、自动缩减鱼群规模、探路鱼在内的优化工作;设计了优化后的控制器结构并分析了其收敛性,以单输入单输出(SISO)的线性与非线性系统为对象,在仿真实验中初步验证了该方法的控制效果。其次,为了将该控制模型应用到海洋碱性蛋白酶MP的多输入多输出(MIMO)发酵控制过程,本文构建了发酵过程简要动力学模型,以模糊神经网络建立起人工鱼群的寻优模型,同时针对算法跟踪过程中可能存在的误差与干扰设计了误差补偿器,提高了系统的鲁棒性与控制精度。最后,本文以S3C44B0x芯片为核心,基于ARM平台设计了可用于实际生产过程的海洋碱性蛋白酶MP发酵控制装置。首先在上位机以Visual C++编写了控制算法的COM组件,将该组件嵌入至芯片中,负责所有发酵罐数据的集中处理,而发酵现场的数据采集与控制操作则由与发酵罐一一对应的单片机SST89E89516RD实现;为了实现多个发酵罐的集散控制,保证数据可靠传输,编写了无线模块CC1101的驱动程序;最后设计了发酵过程中的补料及消泡装置。经过实际应用调试,验证了该设备的有效性。

关键词： 数据分配   非易失性存储器   嵌入式系统   混合内存   便笺式存储器  

摘要： 传统的嵌入式系统存储体系架构主要面临两方面问题:第一,作为内存的DRAM存在能耗与扩展性的缺陷;第二,基于SRAM的SPM被广泛用于替代硬件控制的缓存,但SRAM存在面积大、泄露功耗高的缺陷。新型NVM因具备超低静态功耗、较高的存储密度等优势,不仅能够显著降低引入大量DRAM内存产生的静态功耗,同时有望填补缓存、内存与外存不断扩大的性能鸿沟。但NVM存在读写不对称、MLC与SLC性能互补的问题,并且程序极不均衡的访问模式将进一步加剧上述问题。为此,本文将深入探索嵌入式程序的读写访问特征,立足于基于DRAM/NVM混合内存、SLC/MLC混合SPM的新型存储架构,着力于异构存储介质中数据如何分配的关键问题,旨在充分利用NVM的性能优势的同时避免其缺陷,以满足嵌入式系统在性能、能耗等方面的诉求。主要包括:1.嵌入式系统中基于DRAM/NVM混合内存,本文提出了一种实时保证的数据分配策略。本文利用编译器与条件分支概率对嵌入式程序进行分析;然后,综合考虑每个数据的写特质,统一不同数据与异构存储介质的布局,将写频繁的数据存放于写开销低的DRAM,将读频繁的数据存放于密度高的NVM,保证嵌入式程序实时性的前提下,使其数据访问能耗最小。2.嵌入式系统中基于NVM SLC/MLC混合SPM,本文提出了一种动态的数据分配策略。考虑NVM SLC/MLC在访问性能与存储密度上的互补优势,本文结合SLC/MLC可动态切换的特性,考虑新型架构中存储位置、异构存储开销、存储大小等约束条件,将问题构建为线性规划模型,并以此构建近似最优算法,优化SLC/MLC混合SPM的数据访问开销。最后,本文分别构建了DRAM/NVM混合内存和NVM SLC/MLC混合SPM的实验模拟平台,实验结果表明本文提出的技术能有效地提升系统性能,减少系统能耗,并且显著缩短数据访问延迟。本文利用嵌入式系统程序的特性,开展了基于新型NVM的数据分配策略研究,以突破嵌入式存储体系的瓶颈,促进嵌入式设备在物联网、大数据等领域的应用及发展。

关键词： 嵌入式系统   应用   处理器   硬件   软件  

摘要： 文章主要针对嵌入式系统在各领域中的应用进行浅谈,简单的介绍了嵌入式的各处理器的特点和用处,以及嵌入式在各领域中对不同软硬件的应用,并对嵌入式系统在工业和生活方面的影响进行了分析。

关键词： 脑机接口   嵌入式系统   稳态视觉诱发电位   脑电信号  

摘要： 脑机接口（Brain-Computer-Interface,BCI）将有机生命形式的脑或神经系统与任何处理或计算的设备通过信息交换的中介物联系起来,从而达到大脑控制机器或者机器读取大脑信息的功能。当前对于脑机接口的研究主要还停留在实验室阶段,通常所用的脑电信号采集设备体积较大、设计复杂。因此,本文旨在研究和实现一种基于嵌入式平台的体积小、功耗低的脑机接口系统。本文首先总结了脑机接口技术和EEG信号的特点,分析了EEG信号的处理方法以及SSVEP-BCI系统的原理。EEG信号具有幅值低、噪声大、非平稳、非线性且随机性强、信号频率低的特点。然后研究了SSVEP-BCI系统中的刺激器、采集装置。由于LED不受刷新频率的影响,可以产生较多数量的有效刺激频率,因此,本文以LED为核心设计了刺激器。以ADS1299生物电势采集芯片、AVR单片机、以及蓝牙芯片为基础,构建了一种体积小、功耗低的脑电采集器。其中ADS1299为前端采集模块完成脑电信号的模数转换、AVR单片机作为主控制模块,通过SPI方式读取ADS1299的数据后发送给蓝牙芯片、蓝牙芯片可以将采集的脑电数据与上位机进行传输。接下来采用matlab仿真研究脑电信号处理方法,同时使用Qt开发平台在嵌入式开发板上完成了对脑电数据的处理。采用5Hz0Hz的巴特沃斯带通滤波器对原始SSVEP信号进行滤波,并使用FFT算法和CCA算法对SSVEP信号进行了离线和在线处理分析。并基于Qt设计了脑电信号处理软件,该软件完成串口数据收发、实时波形显示、SSVEP信号频率提取的任务。本文最后验证了刺激器频率的准确率,并设计了SSVEP的脑机接口实验以验证系统的整体功能,经过分析,确定了刺激频率与刺激时长,分别采用频率为7Hz、7.5Hz、8.7Hz、11Hz、12.7Hz的5个刺激来验证算法的准确性。实验结果表明,本文设计的脑电信号采集器能够采集高质量的脑电信号,处理软件可以准确地得出处理结果,以此验证了整体系统的有效性。

关键词： ZYNQ   Zigbee无线通信   物联网   GTK界面   嵌入式系统  

摘要： 随着物联网技术的发展,图像监控系统也逐渐呈现无线化、网络化的趋势,相比于传统有线图像监控系统,无线图像监控系统具有体积小、功耗低、易便携、成本低、可操控性强等众多优势,基于当今物联网时代对实时图像监控设备呈现网络化、低功耗、易便携的强烈需求,本文开发设计一款新型的便携式无线图像监控系统,可以无线远距离实现对拍摄现场的智能监控,可以在控制终端随时切换监控模式和监控场地,具有良好的人机交互性和可操作性。主要研究与设计的内容分以下三个方面:1、对系统前端信息采集节点硬件电路进行设计,制定Zigbee自组网通信协议,并进行软件设计,实现摄像头与ZYNQ微控制端信息的无线互联互通,该设计既可以实现低功耗的图像信息采集,又可以实现ZYNQ控制显示终端对信息的实时交互处理。2、对ZYNQ微控制端的硬件电路进行设计,完成了对ZYNQ微控制器芯片最小系统硬件设计、GB2530模组驱动电路设计以及触控屏驱动电路设计,实现图像信息的本地显示和人机交互控制,具有体积小、易安装、通信稳定、存储空间拓展性强等优点。3、在ZYNQ硬件平台的基础上,完成基于硬件平台的软件制作,对ZYNQ平台软件系统所需的uboot和kernel固件进行了软件制作,搭建了linux4.2操作系统,完成各模块驱动软件的开发设计。在linux系统层面上实现了GB2530模组、触控屏与ZYNQ芯片的数据通信。在linux操作系统下基于GTK+2.0库进行图形化上位机界面开发,制作系统整体的控制显示界面,使系统整体上具有良好的灵活性、可控性和人机交互性。