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关键词： 密码技术   商用密码   网络安全  

摘要： 自1999年国务院颁布《商用密码管理条例》至今,近20年来我国商用密码取得了长足发展,基本形成了从密码芯片到密码服务的完全自主可控的产业链条,其种类丰富、链条完整、安全适用的商用密码产品体系和产业体系,在保障通信保密、信息和网络安全方面发挥了特殊的重要作用。人们常说,密码是网络安全基础性和核心的技术,构成网络空间安全的第一道防线,发挥着"保底"作用。这是因为不论是身份认证、信息来源认证,还是

关键词： 智能衣柜   嵌入式系统   神经元PID算法   Web服务器  

摘要： 在日常生活中,人们的着装会根据场合的差异进行不同的选择。人们在选择衣物时,面对很多的衣服,经常令我们无从下手,不知道该怎么选择,花费了很多时间选择衣服而且效果也不理想。当人们在商场购买衣服时,经常由于不熟悉家中现有衣物及其衣物搭配情况购买了大量重复、搭配效果不佳的衣服,买回来就一直闲置,造成不必要的浪费。本设计针对这些问题设计了一种智能衣柜监控系统,该系统可以让人们通过手机或者PC实时查看衣柜内环境信息和衣物信息,而且可以进行远程控制,智能的帮助人们进行衣物选择。本设计主要由主控制模块、服务器模块和网页客户端三部分组成,实现了智能旋转衣架、智能环境优化、智能照明和安全报警等功能。主控制模块采用STM32单片机实现,通过直流电机控制旋转衣架,并且在电机控制中引入了改进型神经元PID算法。该算法是由神经元PID算法和模糊控制器结合,提高了神经元比例系数的自适应性,改进了电机的自适应输出,控制衣架平稳旋转。本设计还利用温湿度传感器采集环境信息,通过加热器和杀菌灯进行环境优化,触控感应开关实现衣柜智能照明,烟雾传感器进行火灾报警。服务器模块通过S3C2440开发板实现,采用Linux作为平台系统,进行了U-Boot、Linux内核和根文件系统的配置和移植,并且移植了Boa服务器和SQLite数据库,为网页客户端提供了开发环境。主控制模块和服务器模块通过Zig Bee无线网络进行数据传输。网页客户端主要是采用B/S结构的嵌入式Boa服务器,通过编写HTML静态网页和CGI程序,实现网页和服务器之间的数据交互。网页可以实时显示环境和衣物信息,也可以通过网页远程控制旋转衣架、加热器和杀菌灯。本设计具有智能化、低成本、方便快捷等优点,有效地解决了人们日常生活选衣难和衣物浪费等问题。通过智能衣柜监控系统,人们只需要在网页客户端选择衣物,旋转衣架会自动把衣物转到衣柜门口,实现了衣柜的智能化、自动化的管理。

关键词： 嵌入式系统   分布式监控   监控视频预处理   背景差法   无线4G通信  

摘要： 目前远程智能视频监控系统对监控视频的处理主要以监控中心后端集中处理方式为主,该方式需要监控中心处理大量的包含正常环境的监控视频。当监控所需摄像头数量较多时,集中式处理会给监控中心图像处理服务器带来较大的运算量。因此,论文设计并实现了一种基于嵌入式视觉技术的分布式监控视频预处理终端系统,该终端系统对监控区域的视频进行异常初识别,把正常的视频过滤不上传,而不确定和疑似有异常的视频上传,这样可有效地减少监控中心图像处理服务器的工作量,同时也可减少监控视频数据的传输量。论文运用Linux嵌入式操作系统技术、V4L2(Video For Linux 2)视频图像采集技术、数字图像处理技术、无线4G通信技术、步进电机控制技术,设计了基于嵌入式视觉的远程监控视频分布式预处理终端系统。系统包括视频图像采集单元、主控及数字图像处理单元、以太网转4G数据传输单元以及云台控制单元。视频图像采集单元使用ZC301 USB摄像头配合V4L2视频图像采集技术完成了对无人值守监控区域图像的采集。主控及数字图像处理单元采用了以ARM920T为构架的S3C2440处理器,对采集到的视频图像进行背景建模、前景提取、图像初识别等操作,对通信数据进行处理,同时产生控制云台步进电机所需要的信号。以太网转4G数据传输单元结合终端电路板上的以太网模块和4G路由器,将主控及数字图像处理单元分析得到的异常消息数据、异常视频图像数据以4G方式通过互联网传输到监控中心,同时负责接收监控中心传输而来的应答、命令等数据,并将其传输给主控及数字图像处理单元。云台控制单元按照主控及数字图像处理单元发送的控制信号,控制步进电机进行相应的转动实现对摄像头的云台控制。经过模块测试和实验室模拟调试,论文所设计的终端能够准确判断出异常情况并自动上传异常视频,并且也能以一定的概率检测出疑似火焰、烟雾、行人等异常情况,分担了监控中心的预处理工作,为监控中心进一步的异常识别打下基础,降低了监控中心的处理压力。系统具有灵活、可靠、结构简单、容易维护、低成本等特点,达到了减轻监控中心处理监控视频压力和减少视频数据传输量的设计目标,为嵌入式分布式预处理技术的进一步研究提供了一定的参考。

关键词： 机载网络   嵌入式系统   可信计算   运行时验证   可信融合  

摘要： 机载嵌入式网络具有灵活性、开放性、移动性等特点,在协同作战、应急救援、目标跟踪等民用和军用航空领域具有广阔的应用前景,受到社会各界的高度关注。与此同时,机载嵌入式系统及其网络面临的安全威胁层出不穷,通过为机载系统集成可信平台模块,可以建立有效的安全体系架构,从根本上解决各类安全问题,满足机载环境下的信息安全需求。由于可信平台模块的主要功能由可信软件栈调用并反映于软件栈状态,且可信软件栈在运行过程中依然存在潜在的安全问题,而现有研究工作多集中于对平台的静态分析,无法为软件栈提供运行过程中的实时验证。同时,现有机载网络缺乏有效的容错机制,可信异常节点将直接影响协同飞行任务的执行。本文的研究工作旨在弥补现有研究的不足,以进一步提高机载系统及其网络的安全性。首先,通过对可信平台模块、可信软件栈和可信网络连接等相关技术的深入研究和详细描述,设计实现了嵌入式可信软件栈,并完成了基本的功能测试和性能测试,为运行时验证和可信组网方案的研究提供了平台基础。其次,对嵌入式可信平台的运行时验证方案进行研究,在定义方案整体框架的基础上,结合嵌入式可信软件栈的具体设计和实现,定义监控属性规约及对应的异常处理机制。该方案能够在系统运行过程中实时监测系统行为,验证监控属性是否满足系统要求,并对相应的异常情况进行实时处理。实验结果表明,随着监控节点数的增长,监控的准确性和实时性提高,监控开销和异常处理开销处于合理范围。最后,本文提出了机载网络通信场景下基于可信融合的组网方案,具体包括安全保护模块的设计、网络节点的认证注册、可信融合和节点之间的通信四个部分,可用于在运行时验证中发现属性异常且无法进行自动处理时,及时为可信异常节点选取适合的可信正常节点并建立二者的绑定关系,实现异常节点对正常节点可信服务的安全调用。该组网方案提高了机载网络的安全性和容错性,所提出的融合节点选取算法维持了各网络节点的负载平衡,保证了协同任务的正常执行。通过对方案开销的计算和分析,为方案的性能优化提供了必要的依据和建议。

关键词： 嵌入式系统   目标跟踪   深度学习  

摘要： 深度学习技术的应用使得包括计算机视觉在内的人工智能领域得到了极大的发展。目标跟踪是计算机视觉的一个重要的研究方向,在智能视频监控、自动驾驶和无人机侦察等民用、军用领域有着重要的应用。不同于图片分类、目标检测,目标跟踪应用深度学习技术较晚。近期,一些达到顶尖精度的研究成果证明了深度学习在目标跟踪领域同样具有优势,但是这些方法的速度远远达不到实时,暂时仅能停留在理论阶段。而工程上,人们大多还在使用非深度学习的传统方法。本文将深度学习引入到目标跟踪工程中,在带有GPU的低功耗英伟达Jetson TX1嵌入式平台上完成了基于深度学习的目标跟踪系统的设计与实现。我们的系统提供三种工作模式,本地视频的目标跟踪、实时视频的目标跟踪和实时视频的目标检测与跟踪。目标跟踪方法是整个系统的核心。顶尖精度的跟踪方法计算量较大,而Jetson TX1平台的计算资源有限,不能一味追求高精度,必须对精度与速度做出权衡取舍。我们借鉴了图片对比与回归网络的思想,设计了网络的结构并使用大量的视频序列与图片对网络进行了训练,得到了系统核心的目标跟踪模型。该模型在OTB2013数据集上AUC指标为0.508,优于一些工程上经常使用的传统方法。在完成了核心方法的实现之后,我们进一步设计并实现了系统的全部模块,包括输入输出模块、在Pascal VOC2007数据集表现达54.9mAP的实时目标检测检测模块、以训练好的目标跟踪方法为基础的实时目标跟踪模块,并将各个模块整合成了完整的系统。最终我们的嵌入式目标跟踪系统在测试中实现了预期效果,在跟踪时速度达到了每秒钟47帧,满足了实时性,并且功率仅为10.6w,具有较好的能源效率。

关键词： 超声提取机理模型   软测量建模   AO-BBO算法   温度补偿   嵌入式系统  

摘要： 超声波自1830年被发现至今,在各方面上都有着很广的应用和发展潜力,尤其是与中药提取相关的领域。与其他传统的中药提取方法相比,超声波提取方法具有操作简便、耗时短、效率高、污染少等特点,是一种省时高效的提取方法。首先本文以超声波提取葛根中葛根素的提取过程作为研究对象,分析了基于超声波萃取机理的热力学特性和提取过程动力学特性,并通过分析超声提取中溶液升温对提取速率的影响,对建立的动力学模型进行温度补偿,使得模型准确性更高。其次,为解决智能优化算法(如粒子群算法、遗传算法等)在软测量模型参数寻优过程中,存在陷入局部最优解、搜索后期搜索动力不足的问题,提出一种基于自适应反向学习的BBO优化算法。同时,将初始温度作为影响模型精度的因素,对以提取时间、提取温度为辅助变量的软测量模型进行修正。最后,针对目前提取率的检测主要采用人工化验的问题,本文建立了提取率的软测量模型,并设计了基于树莓派的嵌入式检测系统,完成了提取率在线检测系统的搭建,实现对超声波葛根提取过程进行在线检测。主要研究内容如下:(1)超声波中药萃取主要依靠空化作用,本文基于能量守恒定律,对空化作用下提取过程的热力学特性进行分析,并根据Fick第一定律建立了提取率与超声作用时间、提取温度之间的超声提取动力学模型。通过将提取时溶液的初始温度对动力模型进行修正,使模型精度进一步提高。(2)分别使用不同的智能方法对葛根素提取过程进行软测量建模。针对BBO算法存在寻优后期搜索动力不足的问题,提出一种基于自适应反向学习的BBO算法,并将改进后的算法与其他方法进行比较,表明了改进算法的优越性。(3)与以往的超声波萃取工艺相比,本文将初始温度作为辅助变量,对原先的软测量模型进行修正,建立了以超声作用时间、提取初始温度、提取温度为辅助变量的葛根素提取软测量模型。与只考虑超声作用时间、提取温度作为辅助变量的软测量模型相比,进行修正后的模型,可得到更准确的结果,且适用于初始温度不同的提取情况。(4)在建立葛根素软测量模型后,搭建了基于嵌入式架构的葛根素提取率在线检测系统。本文用Python进行下位机软件的开发与调试,实现了在线实时温度数据采集、提取率计算、数据发送和结果三维显示等功能。使用Qt开发环境进行上位机软件的开发与调试,实现了软测量模型更新、数据包解析、数据存储、历史数据显示、三维坐标系显示提取效果等功能。

关键词： 语音情感识别   语音特征提取   卷积神经网络   梅尔频率倒谱系数   深度学习   嵌入式系统   机器人  

摘要： 近年来,随着人工智能技术迅速的发展,人与机器的语音交互越来越智能化。人机交互中的语音情感识别已是目前人工智能领域研究热点,使机器人拥有人一样的情感状态,这也是未来发展的一个必然趋势。本文主要研究基于卷积神经网络的语音情感识别算法。在卷积神经网络算法方面,本文先介绍了卷积神经网络的基本理论,随后针对卷积神经网络训练过程中的卷积核权值的更新算法进行改进,使卷积核权值的更新算法与迭代次数有关联,提高卷积神经网络的表达能力。在语音情感特征提取方面,本文介绍了常用的语音特征提取方法,选择提取语音特征应用最广泛的梅尔频率倒谱系数(Mel-Frequency Cepstral Coefficients,MFCC)方法进行实验,同时为了增加情感语音之间的特征差异性,将语音信号经过预处理后得到的梅尔频率倒谱系数特征数据矩阵做变换,提高语音情感识别率。对上述改进卷积神经网络的语音情感识别模型进行实验分析,实验表明,改进后的语音情感识别算法的错误识别率比传统算法减少约7%。除此之外,本文还在基于ARM(Advanced RISC Machines)的服务型机器人实现语音情感识别,设计了语音情感识别系统。根据嵌入式系统独有的特性,完成语音情感识别模块的移植。

关键词： 包装瓶智能回收   结构设计   嵌入式系统   图像识别  

摘要： 近年来,随着我国经济的高速发展和城市化水平的推进,中国的塑料制品生产和消费量逐年提高,而塑料包装瓶是其中重要的一部分。废旧塑料包装瓶中含有大量可再生资源,对废旧塑料瓶的回收和再利用不仅能节约能源、变废为宝,带来良好的经济效益,同时还能减少二氧化碳的排放,保护生态环境。为了实现对废旧塑料瓶的有效回收,本文针对现有的塑料包装瓶回收机构的缺点和不足,通过对条形码识别、称重、材质识别以及图像识别等子系统的研究和集成,研发了一种基于嵌入式系统的智能塑料包装瓶回收装置。本文在设计的回收装置机构的基础上开发了一套特殊的光学系统,在有限的空间尺寸条件下,实现了对待测塑料包装瓶横截面轮廓图像的有效获取,避免了待测对象轮廓的失真。同时对目标塑料包装瓶所在区域的图像进行分割,快速确定轮廓曲线特征并与模板库进行有效匹配,实现对瓶体形状特征的识别。论文的主要研究工作有:(1)针对现有的废塑料瓶回收装置存在操作不便、识别速度缓慢等问题,对回收装置的机械结构进行创新设计,使其能够针对不同直径和高度的塑料瓶,实现传输、检测、识别所需的平移和旋转两个自由度的运动。具体来说,本文首先对回收装置机械结构进行机构设计和三维建模,继而采用3D打印等快速成型方法,制作样机进行功能验证。最终通过结构分析与优化方法提高了该装置对塑料包装瓶识别的传输速度和稳定性。(2)为实现塑料包装瓶传输与识别系统的智能控制,基于嵌入式系统设计了硬件控制电路并编制了相关智能控制程序,使得传输过程中的塑料包装瓶能够快速、准确定位与识别。(3)为了对塑料包装瓶进行精确的图像识别与智能匹配,开发了一套基于光学系统的图像识别系统。设计了一套由高清摄像头、光源、光学镜片等组成的光路系统,获取到对比度高,图像变形小的瓶身图像,继而通过微处理器对采集的图像进行灰度化、二值化、边界增强及提取、轮廓采集等处理手段,实现了塑料包装瓶与已知瓶身轮廓数据的智能匹配。

关键词： 嵌入式系统   抗干扰   稳定性  

摘要： 在近几十年以来,随着电子技术的飞速发展、计算机技术和网络技术的逐渐普及,自动控制技术已经得到了人们越来越广泛的重视和应用。嵌入式系统的稳定性由多种因素共同影响,其中,系统的抗干扰性能是系统稳定性的重要指标之一。本文将从软件和硬件这两方面简要研究嵌入式系统的抗干扰技术。

关键词： 减摇鳍   嵌入式系统   自抗扰控制   Altium Designer   S3C2440  

摘要： 船舶在航行时受到海浪、海风等外界扰动,不可避免会产生多自由度摇荡运动。由于船舶横摇阻尼小,使得船舶发生横摇的几率更大,因此,船舶减摇装置成为船舶在海上安全航行必不可少的设备之一,且减摇装置操纵性能的好坏直接影响船舶在复杂海洋环境下的稳定性。减摇鳍作为一种主动式减摇装置,由于其减摇效果良好,被广泛应用于船舶减摇。减摇鳍工作主要依据海浪信息作有规律的变化,但由于海浪具有不可预测性,减摇鳍始终处于被动状态。为提高船舶减摇的效率,研究关于减摇鳍控制系统的实时性具有重要意义。因此,本文以减摇鳍控制系统为研究背景,提出将自抗扰控制应用于减摇鳍控制系统中。另外,控制器作为控制系统的核心,其性能直接影响控制系统的控制效果。因此,设计具有稳定性好、实时性强的控制器对减摇鳍控制系统的性能具有重要意义。同时为验证自抗扰控制在减摇鳍系统中的可行性,进行了减摇鳍控制器实物开发。本文主要从以下几方面做了研究:首先,在分析国内外减摇鳍的发展状况,对船舶在海浪中的受力进行分析,引出基于“力矩对抗”的控制原理,讨论了控制系统各部分组成情况,并参照实船模型对减摇鳍控制系统各部分参数就进行设置,同时对海浪、海浪谱以及横摇运动进行建模及仿真分析。其次,对自抗扰控制进行了研究,简介了ADRC的基本框架。介绍了ADRC主要由跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈控制律组成,建立了相应的数学模型。根据相应的数学模型搭建合适的Simulink仿真框图,对整个ADRC系统进行仿真,反复验证得到合适的ADRC控制参数。然后,根据设计要求选择了S3C2440处理器。根据实际控制器需求设计了硬件整体结构设计。然后依次设计了系统电源电路、复位电路、时钟电路、系统存储器设计电路、数模转换接口电路、JTAG调试接口设计和SD卡接口电路等主要外围电路。最后,在硬件电路设计完成的基础上,依据实际需求,对控制器系统进行软件开发。设计高质量的启动代码,配置合适的驱动程序,为应用程序的运行创造了良好的运行环境。并通过台架试验验证设计的可靠性。研究结果表明:针对自抗扰控制在减摇鳍中的应用进行了仿真分析,仿真结果表明自抗扰在减摇鳍应用中取得了理想的结果,具有较好的减摇效果。以自抗扰控制为控制算法,设计研发的ARM减摇鳍控制器,更能突出减摇鳍控制的智能化,所以具有很好的研究价值。