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关键词： 嵌入式系统   模型驱动工程   设计模型   可调度性分析   契约  

摘要： 在21世纪,越来越多的工业、军事、医疗和消费产品是实时嵌入式软件密集型系统,系统的开发变成一项复杂而又关键的任务。事实上,嵌入式系统必须实现一组由其环境决定的非功能属性,例如时间、可靠性、安全性或其它标准。在一些安全关键的领域,缺少非功能性需求可能造成严重后果,例如生命损失、人身伤害、设备损坏、环境灾难等。模型和分析是设计复杂嵌入式系统的宝贵资产,建模可以抽象描述系统各个方面,分析能够评估系统是否达到要求。然而,在软件/系统工程中,建模和分析技术历来是分开研究的,模型驱动工程使用特定领域的设计模型作为开发系统的主要构件,常用的分析技术如实时调度分析、可靠性分析等大多基于数学方法来分析系统。因此将基于数学方法的分析与符合模型驱动工程原则的设计模型相结合来实现嵌入式系统的非功能属性分析时,需要解决两个问题,一是分析如何从设计模型中得到分析数据,二是得到数据之后如何实现分析过程。对于第一个问题,本文将模型提供的分析数据形式化描述,并在设计模型的元模型层次上建立与之对应的映射关系,通过映射关系获取数据。对于第二个问题,将分析视为一个带有前置条件和后置条件的程序。前置条件是在输入模型上保持为真以成功执行分析的属性,后置条件是分析执行后模型上保证的属性,随后在此基础上引入契约的概念,契约的接口描述了需要的数据、属性和输出的数据、属性,将设计模型、分析、目标统一抽象成契约,根据接口找出契约的依赖关系,以实现在给出设计模型、多个可选分析方法、一个分析目标后自动选择并执行分析的过程。本文侧重于体系结构设计模型AADL与可调度性分析的结合,并以某无人机机载系统为例进行实验,结果表明使用模型访问器可以方便获取分析数据,利用契约概念能使模型分析过程自动执行。

关键词： ESP32   云服务器   人脸识别   嵌入式系统   智能设备终端  

摘要： 近些年来,随着物联网和互联网+技术的快速发展,嵌入无线模块,实现云数据存储、处理以及远程控制的产品越来越受到用户欢迎。该类智能化产品能对用户数据进行集中管理,进一步提升产品的安全性。本文设计基于ESP32云平台的人脸识别系统将具有广阔的市场前景,有利于提升智能家居系统品质。根据系统功能需求与指标要求,首先给出了系统的整体设计方案。系统选择AM437x为人脸识别芯片,完成人脸登记、人脸识别、人脸删除等基本功能。选择STM32L15x为主控芯片,负责底层系统的电源管理,也同时负责控制其他基础外设。STM32L15x作为一款低功耗的MCU,很大程度上降低了系统的功耗。选择ESP32为无线模块,负责接收智能锁端的人脸图像数据以及门锁状态数据,并将数据上传至阿里云服务器。阿里云服务器对用户存入数据进行统一管理,并下发至智能手机APP端。整个过程由人脸识别芯片、主控芯片和无线模块组成家居智能锁控制中心,完成人脸识别和开关锁工作,并与阿里云服务器和智能手机终端进行联动,监测门禁状态,提升了整个系统的安全性。最后,对系统进行了联合调试。测试内容包括三部分:分别是对家居智能锁的功能测试、云服务器的测试以及手机APP的测试。测试流程是确保系统开机启动能控制摄像头获取人脸图像数据,并通过无线模块ESP32上传至指定的云服务器,然后由云服务器将人脸图像数据下发至绑定的手机APP端。测试结果表明:家居智能锁功能正常,云服务器中有用户数据备份,可供随时进行查询和管理;手机APP端能够显示摄像头获取的实时现场图像和家居智能锁的门锁状态,达到了预期目标,并且系统整体运行稳定。

关键词： 三维数字化   MBD模型   轻量化方法   嵌入式系统  

摘要： 目前,智能制造、智能工厂已成为制造业内技术发展趋势,数字化智能制造的大量数据存放在云端,下载到本地以及运用到制造设备的过程中存在数据量大,传输慢的问题。因此,本文基于三维数字化MBD模型数据,结合嵌入式系统设计一种数据处理的轻量化方法:对存储在云端的MBD模型数据,用改进的非递归深度优先遍历算法和改进的自适应哈夫曼压缩算法对所需数据信息进行提取、压缩处理,无需把所有数据信息下载。通过定义LwIP TCP/IP协议传输到本地ARM嵌入式系统,用改进的自适应哈夫曼压缩算法进行数据的解压,将数据通过USB串口传输给数控机床。首先,将Step文件格式的MBD模型数据,转化为Xml可扩展标记语言,完成不同系统间的数据交换和共享,建立MBD数据模型,用改进的非递归深度优先遍历算法提取数据信息。MBD模型数据以Xml字段的形式存在云端数据库,当接收到STM32F407TCP客户端请求指令后,访问数据库Xml文件,用改进的非递归深度优先遍历算法进行数据信息的提取。且对所改进的提取算法进行了实验验证,证明方法的可行性,满足不同操作工人的需求。其次,采用改进的自适应-哈夫曼压缩算法对数据进行压缩。采用哈夫曼压缩算法进行数据压缩,解决模型数据量大,不易存储传输问题。但此算法的压缩率低、压缩时间长;后加入贪心算法进行改进,但其压缩时间并不理想。因此,本文又采用改进的自适应哈夫曼压缩算法来改善压缩率低和压缩时间慢的缺点,并进行实验验证,达到较理想的压缩率和压缩时间。最后,以STM32为嵌入式核心控制器,对云端MBD模型数据处理、传输进行轻量化硬件设计。先定义STM32F407硬件和云端通信的LwIP TCP/IP协议,配置STM32F407管脚,通过以太口网线和路由器连接的驱动程序,完成STM32F407硬件结构和云端的互相通信。通过指令,对存放在云端的MBD模型数据进行提取、压缩处理,传输到本地ARM,对数据进行解压,传输给数控机床。本文所研究的三维数字化MBD模型数据传输的轻量化方法能帮助企业解决工艺系统面临数据量大、工艺系统平台处理数据慢、传输信息文件慢等问题。且本文所研究的数据处理的提取和压缩算法还可运用在基于云端设备的预测性维护与运维及机器学习方面对数据的获取,具有很大的应用价值。

关键词： 密码技术  

摘要： 1.猜名字某机器人被设定为每周四、五说真话,每周二说谎话,其余时间随机说实话或者谎话。在某个连续的七天,小红每天问它"你的名字是什么",在前六天得到了这样的答案:小军,小波,小军,小波,小明,小波。请问:机器人在第七天会怎么回答?A.小军B.小波C.小明D.以上都不是

关键词： 植物工厂   计算机视觉   神经网络   机器人   嵌入式系统  

摘要： 自20世纪70年代日本开始实现人工光植物工厂的商业化运营,植物工厂这种现代设施农业领域最前沿的生产技术在日、美等发达国家引起广泛重视并吸引了巨大的投入。植物工厂以其极高的生产效率、长年周期轮作、无农药虫害等诸多优点被视作为未来农业的一大发展方向。另一方面,在中国的食品卫生安全等问题日益严峻的背景下,植物工厂在很大程度上能缓解食材来源方面的忧虑,因此已有较多资金在近期投入到植物工厂的商业化发展中。目前植物工厂产业化依然面临着初期设备投入成本高、运营成本高、市场成熟度不够等诸多困难,导致植物工厂出产的“绿色有机”蔬菜价格较露天栽培的蔬菜高出许多,挤压了运营方的盈利空间。近年来,全球的研究机构着重于提升植物工厂的智能化运营水平,通过智能环境控制系统来降低运营成本,主要体现在LED光源的调配、营养液配液系统的高效利用等方面。随着LED照明成本的逐渐下降和光谱配置、营养液调配、自动化环境控制系统的愈加完善,植物工厂的运营成本正在逐步下降,商业化前景逐渐明朗。但是,植物工厂的运营人员仍需要较大的工作量来完成巡查植物生长状态,调节植物生长环境,这导致植物工厂运营的人工成本难以减少。通过引入视觉巡检机器人,利用计算机视觉技术识别植物工厂中植物种类并对其生长状态进行实时监测,根据状态信息进行环境调控,可以实现植物工厂的智能化控制,减少运营人员的工作量,对植物工厂的商业化进程具有极大的促进作用。本文实现了一套结合视觉巡检机器人的植物工厂自动化运行系统,可以对植物工厂中不同植物进行准确分类并监测其生长状态,实现自动化检测调控植物工厂环境因子。视觉巡检机器人主要采用图像处理算法和神经网络模型来处理植物图像信息,本文验证了图像处理算法的有效性,还测试了若干神经网络模型的实际表现。另外还对机器人平台在植物工厂内的建图、导航功能进行了研究,并与视觉算法整合在一起。最后设计了嵌入式系统来作为环境控制系统,采集环境因子并接受巡检机器人的监测信息,实现对环境因子的智能调控,实现低成本运营。

关键词： 远程监控   充电桩   GPRS   嵌入式系统  

摘要： 随着电动汽车的快速发展,电动汽车充电桩(站)作为电动汽车能源的补给系统分布在城市的各个角落及高速公路沿线。为了便于远程监控管理电动汽车充电桩,保证充电桩的安全运行。本文采用计算机技术、现代通信技术、控制技术、信息管理技术等,研究设计基于GPRS的电动汽车充电桩远程监控系统,实现对电动汽车充电桩的远程监控与管理。本论文进行的主要研究工作如下:研究设计了基于公共无线网(GPRS)的充电桩远程监控系统,将GPRS通信技术、网络技术、嵌入式系统技术等新兴技术相融合。通过研究充电桩系统的原理和GPRS网络通信的技术特点,设计了基于GPRS无线通信技术的充电桩远程监控系统方案,深入研究了GPRS通信技术。论文中对充电桩硬件系统进行了设计,设计了包括充电桩嵌入式控制模块、电能计量模块,RFID模块、GPRS通信模块、通信接口模块等电路。设计构架了充电桩远程监控系统软件,对基于SIM800通信模块的通信软件进行了重点设计与编程,分析测试了通信效果,实现了充电桩运行状态的远程监控功能。初步试验表明,研究设计的基于GPRS的远程监控系统构思合理,可以满足对充电桩的远程监控,提高了对充电桩参数监控的时效性、稳定性和可靠性。为充电桩远程监控系统的进一步开发应用起到了较好指导意义,具有一定的应用前景。

关键词： 故障指示器   4G无线传输   综合故障检测法   嵌入式系统  

摘要： 社会的进步和发展对电力系统的供电质量要求越来越高。在目前城市主干电网中,故障停电几乎是不被允许的。而一旦出现故障停电,则要求迅速定位故障并进行故障排除。智能电网作为电力系统发展建设的方向,要求对架空线路的运行状态进行监测,以便及时发现并排除线路故障。在结构和运行方式日益复杂的配电网中,10kV架空线路作为其重要组成部分,具有线路分支多、覆盖面积广、巡线及检修耗时耗力等特点。因此,配电线路上通常需要安装故障指示器以提高查找线路故障位置的效率,以进一步实现故障管控,可以缩短停电时间,提高供电可靠性。而目前使用的故障指示器存在结构复杂、安装部署使用成本较高、故障检测不准确等问题,并不能很好的满足配电网自动化发展的需求。本课题设计了一种新型故障指示器,该故障指示器采用4G通信方式进行数据传输,采用风光互补发电系统进行供电,避免了使用中通信光缆布线的工作。采用GPS进行坐标定位,有助于提高故障点定位精度。对故障检测方法进行了分析,提出了使用综合故障检测法来提高故障识别率和稳定性的方案。硬件方面采用将采集单元和汇集单元合二为一的方案,降低系统功耗,缩小系统结构。采用DSP处理器和ARM处理器相结合的设计方案。其中DSP处理器TMS320F28335实现对电网电压电流信息的采集、计算和处理,ARM处理器STM32F103实现本地与上层监控系统的通信。双处理器架构有助于系统提高运行效率的同时降低开发和使用成本。论文在分析当前已有故障指示器应用中存在问题的基础上,提出了新型故障指示的设计需求以及系统功能,进而完成了系统的总体结构设计。并依据总体结构完成了各个功能单元器件选型和电路设计。最后利用继电保护测试仪和耐压仪对故障指示器采集准确率、故障判断准确率进行测试,仿真结果和试验数据表明,本文所提出的暂态特征远传型故障指示器具有较高的精度,能够满足故障指示定位报警的要求。

关键词： 嵌入式系统   变量灌溉   电磁阀控制   无线通信  

摘要： 我国水资源缺乏,耕地面积广阔,灌溉水利用系数低,依靠人工控制的传统灌溉方式随着现代化农业的发展逐渐被取代。本文旨在研发“中心支轴式变量灌溉系统”中的电磁阀控制系统,根据变量灌溉等级数据自动化控制每个电磁阀在一个周期内打开和关闭的时间,实现变量灌溉。该系统使用433MHz无线通信技术组网,通过喷灌机转角触发对应分区变量灌溉等级数据的发送,基于STM32F103C8T6微处理器芯片实现电磁阀控制,具体的内容如下:(1)电磁阀控制功能模块的设计与实现。它包括控制中心、数据通信和电磁阀控制器三部分。在系统中,控制中心只有一个,电磁阀控制器数量为15个。控制中心基于STM32F103C8T6微处理器芯片设计,包括433MHz无线模块、转角测量模块、GPS定位模块和4G网络模块。数据通信使用433MHz无线射频技术,采用E31-433T17S模块,以广播透明传输方式进行数据传输。电磁阀控制器基于STM32F103C8T6微处理器芯片设计,主要由433MHz无线模块、电磁阀驱动电路、USB供电电路等组成。控制中心接收由客户端软件发来的全部变量灌溉等级数据,根据当前转角分别发送对应分区变量灌溉等级数据给每个电磁阀控制器,电磁阀控制器根据收到的变量灌溉等级控制电磁阀在一个周期内打开和闭合的时间,进而控制灌溉量。控制中心与电磁阀控制器之间通过433MHz无线模块以广播透明传输方式进行数据通信。(2)转角测量功能模块的设计与实现。在电磁阀控制系统中,控制中心根据当前喷灌机转角发送对应分区变量灌溉等级数据给所有电磁阀控制器,所以,转角测量的功能模块必不可少。使用应用磁效应原理的磁力计模块HMC5983,该模块与控制中心之间通过IIC串行总线进行数据通信,传输速率高、稳定性强,模块以正北方向为起始零度,支持连续测量模式,可实时获取转角值。(3)系统性能测试。对本文设计的电磁阀控制系统进行分模块测试和系统进行整体性能测试。结果表明,433MHz无线模块收发数据正常,在通信距离300米情况下,通信延迟为50-70毫秒,转角测量模块可实时测量喷灌机当前转角,且测量精度为1度,满足系统要求。控制中心实现根据转角触发对应分区变量灌溉等级数据的发送,电磁阀控制器可根据接收的变量灌溉等级控制电磁阀在一个周期内打开和关闭的时间,时间误差在1%以下,电磁阀控制系统与中心支轴式变量灌溉系统另一部分成功衔接,可实现变量灌溉。

关键词： 3D打印   Hilbert曲线   填充路径规划   嵌入式系统  

摘要： 3D打印是快速成型技术的一种,在很多领域得到了广泛的应用。本文针.对3D打印填充路径规划算法及上位机软件进行研究开发。本文在分析STL文件数据结构和数据提取方法的基础上,对STL模型建立旋转、平移、缩放理论模型并推导出相应的变换矩阵,为进一步的上位机软件开发提供理论基础。本文在分析Hilbert曲线填充路径算法的基础上,提出基于Hilbert曲线的轮廓偏置填充路径规划算法。通过对轮廓曲线进行偏置,确定Hilbert填充曲线在轮廓附近的连接点以保证填充曲线与轮廓的可靠连接。并针对轮廓的凹凸特征研究相邻边缘连接点之间的连接算法,同时提出层与层之间变角度Hilbert填充路径规划的具体方法。本文利用QT软件+OpenGL/ES库对上位机软件进行开发,设计实现STL模型的旋转、平移、缩放、分层及填充路径规划、生成GCODE文件以及与3D打印机通讯等功能。将所开发的软件安装到嵌入式ARM平台(TQIMX6Q开发板),并与3D打印机(Borlee Mini01)进行联机打印实验。实验结果表明,软件实现基本功能,而且所提出的基于Hilbert曲线轮廓偏置填充路径规划算法能够实现可靠的填充效果。

关键词： Zynq UltraScale   AD9371   无人机   信号侦收   嵌入式系统  

摘要： 随着无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)产业蓬勃发展,具有较高性价比的无人机深入应用到各个行业区域,与此同时小型无人机“黑飞”问题频频发生,针对这种现象对无人机通信信号的特征分析研究是目前的热点。另外,半导体技术的飞速发展使得嵌入式的核心芯片趋向于一体化设计,外设全集成、可编程并含有片上系统的嵌入式相关产品已经在许多领域得到应用验证。本次设计开发了基于Zynq UltraScale+MPSoC ZCU102移动平台实现的无人机信号侦收处理系统。在研究无人机信号处理理论的基础上,介绍了Zynq UltraScale平台及射频收发器AD9371硬件结构及功能,重点完成了Zynq Petalinux嵌入式系统裁剪移植及软件系统设计,实现了无人机通信信号实时采集、分析处理以及与上位机软件的交互。该系统性能优异、功耗较少、便于携带,能够广泛应用到各种场景下,具有较大的实用价值。本文具体的工作安排如下:(1)针对无人机的遥控链路进行分析,建立了跳频通信系统模型并研究了系统的核心指标,利用仿真的跳频信号对不同时频分析方法进行分析,最后结合性能、时间复杂度的考虑选择谱图法对仿真信号进行参数估计,为后续在工程上对侦收的无人机信号处理算法实现提供了理论基础。(2)围绕系统小型化、采集无人机信号并实时处理的系统需求,确定了基于Zynq UltraScale系列ZCU102与AD9371相结合的硬件系统架构设计。利用软硬件协同开发的理念,搭建嵌入式交叉开发环境Petalinux,根据需求制作了基于Zynq的启动文件和裁剪Linux内核镜像,最终移植了Zynq嵌入式系统,为后续软件系统程序的开发、运行建立了完善的软硬件系统环境。(3)完成无人机信号处理的软件系统设计。根据设计需求并对无人机信号处理的流程分析,利用多线程模型对软件系统进行功能划分。数据采集模块利用libiio函数库完成对AD9371的参数配置与无人机信号采集,信号处理单元完成对无人机数传信号的特征分析,网络传输模块完成与上位机交互通信。最后开发上位机软件,对Zynq下位机关键信息进行图形化显示。(4)搭建测试平台并完成实地测试。利用上位机对无人机信号处理系统的主要模块进行测试和联调,最后通过实际环境下的测试完成整个系统的验证。