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关键词： 变电站   远程巡检   嵌入式系统   FreeModbus   STM32F407  

摘要： 电力是关系国民生计、国家安全的必要能源,变电站是很多工业生产生活所依靠的重要基础设施,巡检工人需要对变电站的设备进行准时准点的检查。但是巡检工人各自技术水平参差不齐,不同的机器情况有所区别,人与人之间的分析的能力也不尽相同,难免会出现差错、漏查等现象,有可能掩盖设备的真实工作状态,这就会出现严重的安全隐患。工作人员只凭肉眼是无法准确无误地判断设备的运行情况的。为了解决这些问题,减轻巡检工人的负担,保证设备的良好运行,需要提出更为有效的巡检方案。随着当今嵌入式及无线通讯技术的发展,采用远程的方式对变电站的设备进行巡检已成为可行方案,针对该系统本文做了以下研究内容:首先,针对变电站的几类常规设备,对以下数据如变压器上层油温、电流互感器绝缘电阻、现场环境湿度以及现场图像制定了相应的巡检方案,并针对其产生及检测原理进行了详细的介绍。其次,远程巡检的硬件部分基于核心控制器STM32F4ZGT6,并搭载巡检所需的各类传感器模块如MAX134高值电阻采集模块,红外温度采集模块MLS90615,温湿度采集模块DHT11,CMOS图像采集模块OV2640,无线网络传输模块HLK-RM04等,完成基于STM32的ARM芯片的硬件电路设计。然后,远程巡检系统的软件设计是基于嵌入式uC/OS III系统完成的,其中主要工作包含整体设计环境的搭建,uC/OS III系统的移植,组件系统网络体系架构的实现,基于uC/OS III系统的LwIP协议栈移植实现,应用层通讯协议FreeModbus的移植及完成Modbus TCP的服务,变电站常规巡检参数采集子系统的设计,CMOS图像采集子系统的设计,Web服务器的实现以及CGI程序设计且设计了远程网页界面,实现了巡检工人的远程巡检。最后,对系统的功能进行测试。采集数据表明:整个系统的软硬件部分工作稳定,系统能够从客户端进行远程变电站各类设备的巡检,满足系统的设计要求。

关键词： 光刻胶   饱和压降   物联网   基带芯片   无线蓝牙   国内新闻   国密算法   密码技术   中芯国际   微电子   移动电源   金融安全  

摘要： 金融安全IC卡芯片迁移产业促进联盟获省部级科技进步一等奖中国半导体行业协会金融安全IC卡芯片迁移产业促进联盟(产业联盟)近日获党政机要密码科学技术进步奖励评审委员会颁发的"金融领域国产密码技术研究与应用示范"项目科技进步一等奖(省部级)。产业联盟在有关单位指导下,协调产业链各环

关键词： 计算机视觉   目标跟踪   相关滤波   嵌入式系统  

摘要： 目标跟踪是计算机视觉研究和应用的一个重要部分,随着图像处理和人工智能等技术的快速发展,目标跟踪研究和应用也得到了极大的提升,在交通、医疗、军事等各个领域获得广泛关注和应用。早期的目标跟踪算法,主要是通过建立目标模型来实现运动目标的识别与跟踪。近年来,基于相关滤波算法引起了人们的普遍关注,并取得较为显著成果,得到广泛的研究和应用。在此基础之上,本文对核相关滤波算法做了进一步的改进,其跟踪精度和运算速度得到较大的改善,鲁棒性好,实用性强。本文首先对运动目标跟踪算法的主要方法进行了分析,特别是相关滤波方法作了较为深入的研究,针对核相关滤波算法（KCF）的基本特性和跟踪效果,作了初步的分析讨论。在此基础上,围绕核相关滤波算法的跟踪性能,对基础参数,如正则化参数（lambda）、特征提取参数（cellsize）、模型更新参数（interp_factor）,进行了一些性能分析和实验对比,初步了解算法的主要特性和适用对象范围。针对该算法存在的问题,提出了一种改进方法,动态更新跟踪模型的基础参数,精度得到提高,速度得到加快,取得较好的效果。针对遮挡问题,本算法有较好效果,解决了原算法中存在的跟踪失败现象;对目标与背景相近场景,本算法也有较好表现,能够克服背景相近引起的误判。本文在改进核相关滤波算法基础上,将其移植到嵌入式平台中。在Linux环境下,搭建OpenCV、Qt工作环境,建立了改进算法的模型库函数,实现了对运动目标跟踪的任务。实验结果表明,在嵌入式环境下,改进算法具有对运动目标较好的跟踪能力,运算速度较快,鲁棒性较好,取得良好效果。

关键词： 过敏反应   组胺   荧光检测   嵌入式系统  

摘要： 过敏是一种长期困扰人类的疾病,发病率高且医学上并没有根治的方法,及时对疑似过敏的患者做过敏原筛查尤为重要。在体外试验检测过敏原的方法中,常需要用到辅助仪器,国内在此类产品的研究与开发投入不足而国外产品价格昂贵等,使得加强过敏原检测的医疗仪器的开发具有非常重要的意义。立足于体外检测方法中的组胺检测,针对现有组胺检测仪存在的诸多缺点,如自动化程度低,人工操作环节多、缺少清洗模块、人机界面不友好等,本文介绍了一种新的基于组胺浓度的过敏反应检测系统。本系统分为管理与监督级、实时控制级和现场设备级三层结构,每层结构进行模块化的设计与实现,更高质量、高自动化地完成组胺浓度的检测。本文主要工作包括以下几点:(1)分析过敏反应检测系统的需求,给出上述三层结构的总体设计方案。(2)根据需求完成对系统的硬件设计,包括荧光检测模块、清洗模块、进样针运动模块、注射泵吸液模块以及PLC硬件接口设计。其中,采用幅值测量法和光子计数法相结合的荧光检测方式提高测量范围;采用蠕动泵的涌泉式清洗装置改善了传统水泵清洗的诸多缺点;加入高精度接近开关的进样针运动模块实现故障检测和位置调零。(3)根据检测流程和人机界面的需求,完成PC上位机软件、PLC软件和荧光检测模块MCU软件的设计。其中,采用LabVIEW环境开发了具有友好人机界面的上位机软件;采用OPC技术使LabVIEW可以读写PLC的工作参数,实现多台设备联网,并提高了兼容性;设计了兼容注射泵内部协议的RS485应用层协议,节省需拓展的通信模块数量。(4)对系统各功能模块进行测试与分析,验证系统的可行性与测量精确性。经过实测,本文检测系统性能稳定,人机界面友好,检测与数据处理功能良好,具有较高的检测精度及可信度,满足基本应用需求。本文设计系统还具有自动化程度高、兼容性高等特点,在未来医疗检测领域也具备推广价值。

关键词： 农业机器人   图像识别   角点检测   嵌入式系统   OpenCV   Qt系统  

摘要： 近年来,推进现代农业机械化和推广农业机器人是我国一个重大举措。现代农业机械化是结合机械技术和自动化技术取代人和牲畜的生产力的一项技术。农业机器人是基于机器人学和现代农业机械化替代人的复杂操作完成农业工作。大蒜一直是我们烹饪的时候不可缺少的佐料。在农业生产中,大蒜种植的方式是复杂且低效的。随着科技革命的到来,大蒜种植的方式也从人工种植改变为半人工种植、半自动化种植,甚至有全自动化种植的机器。但是由于大蒜种植的方法复杂,自动化机器由于技术水平不够高,导致以产量的较少的代价来实现自动化作业,并且机器成本很高昂不容易被蒜农所接受。随着科技的进步,针对大蒜自动化种植的研究也变得更加深入。论文通过对大蒜种植方式方法的特性进行分析,展开了针对大蒜种植中影响大蒜产量的方法研究,设计了基于图像识别的角点检测方法对大蒜鳞芽进行检测,并利用现代机械化装置对大蒜进行了传输,开发了以嵌入式操作系统为主控制器的大蒜种植系统,搭建了基于Qt系统的UI界面,显示了源图像、处理后的的图像和关键的参数,便于操作者的观察。图像处理平均时间为246ms,准确率达到95%以上。通过大蒜传输过来的鳞芽朝向的最终方位,对结果进行比较分析,验证了改进后的角点检测算法的有效性和实时性以及种植机器人的可行性,实现了大蒜种植机器人的鳞芽朝向矫正的关键构成部分。对实现大蒜自动无人种植提供了一个可行的方向。

关键词： 嵌入式系统   全自动显微镜   步进电机   实时操作系统μC/OS  

摘要： 随着经济的发展和生活水平的不断提高,人们对身体健康的要求也随之提高。在医院妇科检查中,妇女白带常规检查已成为基础检查项目之一。传统检查方式由医师手工制作白带样本涂片,并在显微镜下观察,效率较低。因此能够自动涂片、自动阅片的一体化系统逐渐被医院接受。且基于神经网络的图像分割技术提高了识别准确率,减轻了医生负担。论文来源于实际工程项目,主要完成了全自动涂片镜检系统核心控制板硬件电路设计,以及相应的嵌入式软件开发。控制板与计算机端通信,实现白带样本自动制片、自动送片等操作;并控制显微镜电动载物台,配合计算机中的相关核心算法实现快速自动聚焦、自动图像扫描,为识别算法提供图像数据。核心控制板主控芯片选择STM32系列芯片。利用步进电机驱动芯片设计步进电机细分控制电路,使得硬件电路和软件的设计被简化,并提高硬件的抗干扰能力;利用光电传感器保证步进电机正常工作;使用主控芯片内数字-模拟转换模块和恒流驱动器,设计了用于显微镜下的可调光源电路。硬件电路经过多次改动与测试,性能可靠。将嵌入式软件划分为多个任务,使用μC/OS-Ⅲ实时操作系统对任务进行管理,简化了软件结构。编写了控制电机和开关的一系列底层函数,提高了代码的开发效率也有利于软件的维护和移植。步进电机驱动使用“S”型加减速曲线,电机的起动与制动过程更为平稳,减小了运动误差。另外,利用机器视觉模块对系统进行监控,保障了系统的安全性与稳定性。

关键词： 剑杆织机   电磁离合器   嵌入式系统   模糊PID   织机刹车  

摘要： 纺织工业是我国满足人民需求和出口创汇的一个支柱产业,在国民经济中占有举足轻重的地位。目前织机刹车控制系统无法实现主轴停车的精度,再次开车时织物容易产生开车痕等瑕疵,直接影响经济效益,且直接进行高低压转换无法实现平稳刹车。针对以上不足,研发了剑杆织机刹车与离合控制系统,使系统输出平稳电压,并使用先进的控制算法,实现平稳刹车,保证刹车精度,同时降低系统成本。主要从以下几方面进行研究:首先,系统总体方案研究。对电磁离合器进行分析并仿真,获得输出扭矩和励磁电流的关系,为电流调节提供理论依据;并对其磁路和动态特性进行分析,建立有限元仿真模型。对系统功能需求进行分析,提出硬件和软件系统的设计方案。对电磁离合器控制方法进行研究,将模糊PID控制算法应用到其励磁电流调节上,有效控制励磁电流使其更加平稳,保证织机刹车平稳性和精度。其次,硬件平台搭建。系统采用脉冲调制,开关管需有超高响应速度,基于此采用IGBT驱动的硬件设计方案。控制系统以STM32F103为核心进行模块化设计,包括最小系统模块,输入电路模块、输出驱动电路模块、电流采集电路模块、开关电源电路模块、通讯接口电路模块,并完成硬件电路板的设计与制作。再次,在硬件平台搭建完成的基础上,设计软件系统。主要有基于模糊PID控制算法的电流调节系统软件设计:将模糊PID控制用于电流调节,通过Matlab仿真分析表明其控制优势,继而设计占空比软件调节电压实现电流控制。设计主程序、故障诊断程序、电流采集等程序。对基于Modbus协议的通讯程序进行研究。最后,对硬件平台进行性能调试,验证各模块的可靠性与功能性。在剑杆织机上进行刹车实验,采集织机定位刹车主轴角度滑移量和转速,实验表明在硬件平台上及模糊PID控制算法调节下,系统可快速响应,实现平稳刹车,保证刹车精度,满足系统性能指标要求。为未来在剑杆织机刹车与离合控制领域的研究奠定了基础。

关键词： 交通信号灯   嵌入式系统   物联网   电力线载波   MQTT协议   Web监控  

摘要： 交通信号灯在维持交通秩序方面发挥着不可或缺的作用。但是由于工作环境恶劣和人为破坏等原因,导致信号灯经常出现故障。若交通信号灯出现故障,很容易导致交通混乱甚至引发交通事故。而且当前全市的交通灯故障排查采用的是人工巡检的方式,这种方式存在故障发现不及时,效率低的缺点。针对这些缺点设计了一套基于嵌入式的交通信号灯物联网系统,该系统能够提高信号灯供电传输环节的可靠性,减少交通灯故障的发生,而且能够实现将信号灯状态信息和故障信息实时上传服务器并且能展示在Web监控平台上。系统主要包括硬件部分和软件部分。硬件部分的功能主要是提高信号灯供电传输环节的可靠性和信号灯状态故障检测并上传服务器,该部分采用电力线载波技术,在供电电缆上传输控制信号,保证了部分线路出现断路或者短路的情况下信号灯依然能正常工作,以减少信号灯故障的发生。信号灯故障检测是通过光纤接收器检测信号灯的亮灭状态,并和信号机发出的信号灯控制时序对比,从而判断出信号灯的故障信息。网关将信号灯状态和故障信息封装成自定义的MQTT控制报文,并将这些控制报文以固定频率发送到本地服务器。软件部分主要是搭建了本地服务器和开发了Web监控平台,本地服务器上部署了代理、客户端、数据库、Web监控平台,与网关通信采用MQTT传输协议,Web监控平台采用了B/S架构(浏览器/服务器模式),实现了信号灯运行状态实时展示、信号灯历史故障查询、地图监测、操作日志查询等功能。实验表明,该系统能够显著降低信号灯故障发生率,提升信号灯运行的监控能力和故障诊断的效率。

关键词： 嵌入式系统   MIMU阵列   数据融合   虚拟陀螺   误差标定  

摘要： 随着科技的快速发展,人们对室内定位需求日盛。惯性定位因其良好的自主性和安全性成为室内定位的一种热门解决方案。但是惯性定位需对IMU(Inertial Measurement Unit)进行积分运算,使得惯导系统的定位数据发散,长期精度很差,难以得到广泛应用。惯性定位长期精度差主要由IMU中陀螺的漂移引起。高精度IMU价格高昂难以应用到个人定位。本文以大规模MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)阵列和虚拟陀螺数据融合算法为核心,探索一种针对MIMU阵列的优质数据处理方法,从而为个人室内定位提供了一种低成本高精度解决方案。本文主要开展了以下几方面工作:(1)设计和搭建了大规模MIMU阵列并开发了相应嵌入式软件。大规模MIMU阵列包括控制系统和MIMU阵列两部分,其中控制系统由STM32嵌入式作为核心控制器件,MIMU阵列采用32个MEMS惯性传感器方案,以冗余采集的方式约束其陀螺噪声。在设计的大规模MIMU阵列硬件系统上,开发了大规模MIMU阵列的嵌入式软件,完成了系统控制和MIMU阵列的数据采集的功能,具有控制简便、采样率稳定的优势。(2)为提高低成本MIMU的陀螺精度,提出了一种基于卡尔曼滤波的大规模MIMU阵列数据融合算法,并加入了陀螺故障检测算法。建立了陀螺误差模型,采用卡尔曼滤波融合的方法得到一个虚拟陀螺,并对其进行实验分析。将此算法应用到大规模MIMU阵列时,虚拟陀螺在静态试验中零偏不稳定性降低为单个陀螺均值的1/6.08;在动态实验中1σ标准差降低为单个陀螺均值的1/4.33。(3)为验证大规模MIMU阵列的数据融合算法的有效性,进行了误差标定、融合效果、故障检测等实验并对实验结果进行了分析。首先对MIMU阵列的陀螺的零偏、零偏稳定性、Allan方差曲线进行了实验测试。其次实验标定了大规模MIMU阵列的对准误差和标度因数误差,并简化了其计算过程。然后在标定并补偿陀螺阵列误差的基础上,对虚拟陀螺的数据融合算法的效果进行了静态和动态实验评估,分别比较了1σ标准差、零偏稳定性和零偏不稳定性,其融合结果均有不同程度的提高。本文搭建了一个大规模MIMU阵列,为个人室内定位提供了一种低成本的方案。提出了一种大规模MIMU阵列的数据处理方案,通过实验验证了其有效性和可行性,为低成本MIMU的陀螺精度提高提供了一个完整的解决方案。

关键词： 全景图像   图像配准   嵌入式系统  

摘要： 随着汽车保有量的增加,全景视频成像辅助驾驶系统有着越来越多的需求。近年来,随着微电子的快速发展,低功耗的嵌入式视频处理芯片越发成熟,使得车辆具备了实现全景视频成像的前提条件。全景视频成像系统能够提供给驾驶员车辆四周的鸟瞰全景图像,从而可以消除视觉盲区,提高驾驶员驾驶的安全性,降低驾驶员的驾驶难度。相比于家用小型车辆,大型特种车辆车体更大,由此产生的盲区范围也更大,在经过一些狭小路况及出入洞库等情况时驾驶难度更高,因此大型特种车辆对全景视频成像辅助驾驶系统有着更迫切的需求。本文对大型特种车辆全景视频成像系统的关键算法进行了研究,对比了SIFT、SURF、ORB等图像配准算法,并在SIFT中引入距离权值,采用加权最小二乘方法提高了算法对于模糊区域的稳定性。使用OcamCalib实现了大广角鱼眼摄像头畸变校正,使用直接线性变换实现了图像的鸟瞰变换,使用线性融合方法实现了图像的快速融合,最终得到车辆周围全景俯视图。本文还进行了大型特种车辆全景视频成像系统的总体及软件设计,包括:进行了大型特种车辆全景视频成像系统总体设计,确定了使用双DSP和双FPGA作为的主控制芯片的嵌入式系统架构;完成了FPGA软件设计,实现了10路1080P摄像头SDI视频输入和图像颜色空间转换;完成了DSP软件设计,实现了图像的鸟瞰变换、改进的SIFT图像配准、图像融合等处理。最终实现了车辆本体周围360°,5米距离范围内鸟瞰全景视频图像显示功能,消除了大型特种车辆驾驶员视野盲区,降低了驾驶员驾驶难度,提高了行车的安全性。