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关键词： 嵌入式系统   大数据库引擎   集群管理   数据压缩   嵌入式Web服务器  

摘要： 随着大数据处理与存储技术的发展,某些企业租用“公有云”或构建“私有云”来满足“云计算”和“云存储”需求。但租用“公有云”一般伴随着数据的安全性问题,而传统“私有云”的建立和维护需要更大的人力和资金成本。近年来,围绕物联网的结构化大数据的应用需求,低成本、高安全性的嵌入式“私有云”大数据中心倍受企业关注。论文研究基于嵌入式的大数据平台关键技术,搭建嵌入式“私有云”平台,适合中小型企业或家庭,以及对移动便携性有要求的系统。论文研究结构化大数据和节点信息在资源有限的嵌入式平台上的存储机制与集群管理算法优化方法,在分析传统集群管理中节点信息存储和容错机制的基础上,提出了一种优化的基于大堆树节点信息存储的低开销集群管理机制和一种基于列数据存储的混合压缩策略,降低了节点信息和数据的空间开销及故障检测通信量。在嵌入式平台上实现了大数据库引擎的移植与优化,搭建了嵌入式Web服务器Lighttpd,实现了嵌入式大数据平台的集群管理与数据存储等基本功能。论文的主要工作如下:(1)优化了基于大堆树的低开销集群管理机制,降低存储节点信息的平均空间开销,并在心跳检测机制中,得以区分Master的节点故障及链路故障,避免不必要的修复过程,降低节点维护的心跳检测进程数,从而降低通信量,同时采用改进的节点性能参数作为节点故障恢复的依据,使得故障恢复过程中通信量不再具有随机波动性,降低算法复杂度。(2)实现一种基于列数据存储的混合压缩策略。针对列数据库的特点,对行号和列数据值的压缩方式分别进行讨论,对于行号先使用差值编码再使用行程编码,对于数据值先使用差值编码再使用位图编码,以提高压缩比,节省数据存储空间。(3)嵌入式大数据引擎的设计与实现。在嵌入式平台上,移植基于列数据库的大数据库引擎,针对硬件平台实现了程序优化,提高程序运行效率;搭建嵌入式Web服务器Lighttpd,以实现用户对嵌入式大数据集群的远程访问。

关键词： 嵌入式系统   Zigbee技术   无线感测网络系统   CGI技术   节点  

摘要： 随着人民生活水平的提高,对社区安全监控、智能楼宇控制有了比较现实的需要,无线感测网络能够很好地实现这些功能。如何提高传输速率、降低功率消耗以及突破有限的传输距离成为无线感测网络系统重点提升方向。本文提出了对基于嵌入式平台、Zigbee技术的无线感测网络系统的构建研究,并对系统的设计和实现过程进行研究。本文研究成功以Linux嵌入式平台为核心,开发无线感测网络系统。研究中使用以遵循IEEE 802.15.4标准Ubec UZ2400 Zigbee芯片搭配微控制器MCS8051开发出无线感测网络通信及控制节点。MCS51提供外围最多可连接16只引脚的IO装置和一组UART接口,可适应未来不同需求而发展出不同的应用内容。在感测网络系统部分,搭配嵌入式系统来做整体域名的控制与记录,并提供CGI网页接口方便用户可以在任何地方通过网络连线的方式来监控各个无线感测网络节点的。本系统可经由IO装置的收发命令,终端节点将其信息发送至嵌入式系统,当嵌入式系统得知此信息并同时记录,在网页也可以看到正确的结果。也可通过网页访问控制信息,经由嵌入式系统的判断将信息发送至目标节点。本文研究的以Zigbee标准的无线感测网络有效了延长节点的待机时间,提高了传输距离。通过利用嵌入式系统作为管理主机,并在嵌入式系统上运行CGI网页,有效降低了布建成本,提高了系统运行的稳定性和管理者的方便性。因此,本课题的研究具有十分重要的应用价值。

关键词： 嵌入式系统   图像处理   酶标板   菌体生长检测   颜色特征值   OpenCV  

摘要： 传统的酶标板菌体生长检测设备只能进行离线检测,容易导致取样过程中染菌,且大多采用光电检测的原理,结构复杂,成本昂贵,因此,研制经济便携的酶标板菌体生长实时在线检测系统具有重要意义。本文提出了一种利用机器视觉在微生物培养的过程中对酶标板菌体的生长情况进行实时自动化判断的图像检测方法,结合嵌入式系统的低成本、高性能及体积小的优势,设计了一款准确性、实时性、稳定性较高的嵌入式酶标板菌体生长检测系统。针对该系统的具体实现问题,本文主要从酶标板菌体生长图像检测算法、硬件开发平台搭建和嵌入式软件系统设计三个方面展开了研究。首先,根据菌体不同生长时期酶标板培养孔菌液的颜色差异,提出一种基于颜色特征值的酶标板菌体生长检测的图像检测方法,分析了该方法对酶标板培养孔区域菌液颜色特征提取的理论基础和实现步骤,并采用了酶标板孔位纠偏的方法进行酶标板孔位区域的选取,有效的降低了培养孔区域颜色特征值计算的误差,同时为满足生产中对不同酶标板的标记和记录,实现了对酶标板条码快速检测和识别的图像处理算法;其次,选择了RK3288芯片、工业相机及LED补光灯设备作为系统的硬件开发平台,并在此平台上移植了Linux操作系统和OpenCV、Qt、Zbar等第三方库,搭建了一个嵌入式系统硬件开发平台;最后,结合实际应用的功能需求,设计了图像采集、阈值计算、酶标板和条码位置检测、菌体生长检测以及条码识别五大功能模块程序流程,开发了系统图形化用户界面。在完成整个系统开发后,设计了样本菌体培养实验,对整个系统进行了测试和分析,测试结果表明,系统对酶标板菌体生长情况的检测和条码识别的准确率超过90%,达到预期的效果,系统基本功能都能稳定运行,具有一定的实践应用价值。

关键词： 打鼓机器人   嵌入式系统   鼓点检测   SVM多分类模型  

摘要： 随着机器人技术的不断发展以及政府的大力支持,机器人产业在国内迎来了发展的春天,各式各样的机器人已经陆续出现在人们的视野中。其中,演奏机器人作为机器人研究领域的一个全新发展方向,其研究成果备受关注。目前,国内研究的演奏机器人大多只聚焦于商业表演功能,缺乏了相应的科普教育和艺术教学功能。本文以打击乐器中的爵士鼓为例,设计和开发了两套打鼓机器人。其中一套为基础型版本,取名叫“小憨”,旨在对中小学生进行机器人领域的科普教育,它不仅可以通过人机交互的方式实现机器人单体打鼓表演功能,还能够对用户的输入动作进行录制存储并实现机器人单体自主表演功能。另外一套为智能型版本,取名叫“小智”,其功能更加智能化,不仅可以用来进行机器人群体打鼓表演,还可以用作于爵士鼓教学。本文的主要贡献包括以下三个部分:(1)研究并设计了一款成本低、趣味性足、竞赛性强、具备一定的可发挥空间,并且可广泛用于中小学生科普教育的“小憨”打鼓机器人。该系统采用Arduino系列ATmega328P单片机作为控制器,拥有调参、人机交互、录制和播放四种不同的工作模式,每一种模式的工作状态都会通过对应的数码管给予提示。其中,人机交互模式是通过检测用户的输入来实时的控制机器人进行表演;调参模式和录制模式是通过捕获用户的输入,对用户设置的参数信息和录制的动作序列进行断电存储;播放模式是对事先录制成功的动作序列进行复现,达到机器人自主演奏的目的。该系统已成功应用于第七届广东省创意机器人大赛中。(2)研究并设计了一款能够用于爵士鼓教学的“小智”打鼓机器人,为爵士鼓的教学提供了一种新的学习方式。同时,学习者还可以和机器人共同进行爵士鼓表演,通过这种方式,不仅可以用来培养学习者对于爵士鼓学习的兴趣,还能够增强其实际舞台表演效果。该系统软件框架采用C/S架构进行实现。其中,服务器端主要用来对爵士鼓音频的鼓点进行识别和分类,并将其处理信息发送给机器人客户端。机器人客户端选取了二级CPU级联的方式进行实现。其中选用树莓派作为主控制器,主要用于负责网络通信和音频播放功能;辅控制器选取STM32系列单片机,主要负责打鼓机器人的控制、鼓点信息的提示和敲击动作的检测等。此外,为了方便用户点歌,还设计了一个点歌客户端,其主要用于给服务器发送即将要表演或学习的爵士鼓乐曲名称。(3)对爵士鼓鼓点检测进行了研究与实现。本文首先对爵士鼓音频文件的节奏提取进行了研究,提出了一种基于阈值分段的自适应频谱差分幅度算法,并通过对比其它方法,验证了该方法在鼓点和镲点提取时的准确性。其次,通过对爵士鼓音频样本文件的特征提取和分析,选取了适用于爵士鼓乐音分类的五类基本特征,并通过实验验证了其特征值选取的有效性。最后,对于鼓点分类,本文构造了一种适用于爵士鼓乐音分类的SVM多分类器模型,并设计实验对比了该模型与其它多分类器模型的分类准确率,最终验证了该方案的可行性。

关键词： 人脸识别   智能考勤   PCA   嵌入式系统  

摘要： 近几年一些新颖学习算法的运用,使得计算机的人脸识别效率接近甚至赶超人类肉眼辨别物质的能力。但是这些新颖的学习算法都是以大数据分析为基础的,在有限运算能力的嵌入式平台上并不适用。鉴于现有嵌入式中央处理器较为薄弱的计算能力,该课题讨论的智能考勤系统并没有采用新式的智能学习算法,只是在经典的主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)算法的基础上加以完善,提出了基于全局与局部特征加权的人脸识别算法。

关键词： 嵌入式系统  

摘要： 嵌入式系统是一种具有软件并嵌入计算机硬件的电子系统,低功耗是嵌入式系统的最大好处之一,与其他组件相比,所有他的工作功耗都很低,并且能够适应很小的空间。因此,嵌入式系统在消费电子、汽车、工业等各行业均有广泛应用。自动化是嵌入式系统的重要应用领域,在传送带上工作的机器人等都是通过嵌入式系统运行的。可以这样说,如果没有嵌入式系统,自动化革命就根本不存在。尤其是

关键词： 嵌入式系统   字符设备驱动   初始化函数   数据关联  

摘要： 嵌入式系统的应用覆盖了消费类电子、智能家居、汽车电子等诸多领域,字符设备驱动是嵌入式系统课程教学中的重点和难点内容,其中初始化函数作为向Linux内核加载驱动程序的入口函数,实现了字符设备、设备文件和设备驱动之间的相互关联。介绍了有关初始化函数的关键数据结构体,深入剖析了关键数据结构体之间的信息传递模式和关系建立方法,并给出了初始化函数的典型代码结构。本研究有助于电子信息工程等相关专业的学生对字符设备驱动程序中初始化函数的理解,提高学生在嵌入式系统应用开发中的实践能力。

关键词： 行为识别   表面肌电信号   加速度信号   多传感器同步   嵌入式系统   多进程  

摘要： 人体行为识别是动力型外骨骼机器人系统技术研究的重要组成部分,人体行为识别对人机交互系统研究具有重要的意义。本文研究内容围绕人体下肢行为识别的目的展开,提出了一种融合多通道表面肌电信号与多通道轨迹（加速度）传感器信号的人体下肢行为识别系统方案,同时基于嵌入式技术,设计并建立了一种基于多传感器数据融合的便携式人体行为识别系统。基于本系统,通过对2通道表面肌电信号以及3通道加速度信号同步采集与处理分析,实现对行走、跳跃以及上下楼梯4个动作95.08%±0.44的识别准确率,动作解码时间小于300ms。本文的具体研究内容概括如下:（1）人体行为识别系统实现方案设计。本文基于嵌入式技术设计软硬件系统,实现对多通道表面肌电信号以及多通道加速度信号的同步数据获取、实时预处理、活动段检测与数据分割、特征提取以及分类器动作识别分类。（2）行为识别系统算法设计。针对系统实现中各环节,分别设计选用相关算法进行功能实现。数据采集部分,采用双存储模式实现不同传感器数据采集的同步;数据预处理阶段,针对表面肌电信号设计滤波器并进行实时滤波;活动段检测与数据分割环节,本文基于滑动窗样本熵算法进行活动段端点检测,应用具有一定重叠度的移动窗进行活动段数据的分帧;特征提取环节,针对表面肌电信号以及加速度信号进行时域特征提取以及降采样获得特征向量;行为分类环节,本文基于人工神经网络进行分类器设计,实现对动作的识别分类。（3）传感器系统设计与选型。本文针对表面肌电信号以及加速度信号分别进行了传感器的设计与选型,基于AD8221仪表放大器进行表面肌电信号拾取与信号调理电路设计;选用WT901C485模块实现对加速度信号的数据采集。（4）多传感器同步数据采集系统软硬件搭建。本文基于STM32F407微处理器进行多传感器同步数据采集系统设计,实现对多通道表面肌电信号以及多通道加速度信号的同步数据采集。同时,基于AD7606设计针对表面肌电信号的多通道同步模数转换接口模块;基于MAX485设计TTL-485接口电平转换模块,实现数据采集系统主控与加速度传感器WT901C485模块之间的通讯连接,进而实现对加速度信号的数据采集。（5）基于嵌入式Linux的实时数据处理系统软硬件搭建。本文基于S5P4418+Linux嵌入式平台进行数据处理系统硬件与系统实现。数据处理软件设计中,基于多进程方式进行数据处理过程多任务并发实现。（6）下肢行为识别系统实验。基于所设计的行为识别系统方案算法的嵌入式软硬件实现,本文设计行为识别实验实现对系统的功能测试,基于本系统实现对行走、跳跃、上楼梯以及下楼梯行为动作进行实时识别,并取得了比较好的效果。

关键词： 单片机   嵌入式系统   设计   系统设计要点  

摘要： 近年来,随着我国科学技术的快速发展,当前在编程设计系统之中出现了一种新形式的嵌入式系统。这种嵌入式系统的出现主要是以现代的计算机为主要的应用枝术,并且这种嵌入式技术可以很好的实现编程控制系统之中的远程传输这一功能。然而,由于我国当前并未对这种单片机的嵌入式系统进行综合性的研究,所以文章主要对单片机的嵌入式系统设计进行了简要的分析,从嵌入式系统的特点以及发展状况等为入手点,来更好地对单片机的嵌入式系统运行的性能进行提升。

关键词： 嵌入式系统   WiFi   物联网   家居监控系统  

摘要： 随着社会的进步和国民经济的发展,人们在日常生产和生活活动中对智能化的要求越来越高,智能家居已经成为现代家居设计的一种重要趋势。目前,各国已相继投入对无线家居监控系统的研发当中,在不久的将来,必将实现对各种家居随时随地的有效监测与控制,为人们的生活提供更大的便利。本文主要分析了以嵌入式WiFi物联网为基础的无线家居监控系统设计思路。