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关键词： 过敏检测   PLC   RS485   嵌入式系统  

摘要： 随着社会的快速发展,人们对自身的健康越来越重视。过敏作为一种困扰人类的疾病,很难根治,及时对疑似患病人群做过敏原检查和预防过敏原接触十分重要。目前国内尚无自动过敏原监测仪,国外产品不仅价格昂贵,而且存在自动化程度低,人工操作环节多、缺少清洗模块、人机界面不友好等缺点,急需改进。论文设计和实现一种全自动过敏原监测仪,该全自动过敏原监测仪由现场设备级、实时控制级及管理与监控级三层组成;实时控制级采用PLC实现;现场设备级由完成过敏原测量的各个设备组成,包括注射泵、吸针运动子系统、清洗控制子系统、光电测量子系统及其向每个子系统供电的电源模块;PLC通过其的I/O和RS485总线连接现场设备,并封装在一个机箱内;PLC通过以太网与管理与监控级连接,管理与监控级采用PC,实现对过敏原测量的数据管理和监督控制。论文对系统主要模块进行了设计和实现,主要工作如下:(1)提出了由现场设备级、实时控制级及管理与监控级三层结构的全自动过敏原监测仪方案,完成电源模块、清洗控制电路、吸针运动子系统硬件、机箱及电机支架机械结构等设计。(2)设计一种兼容现有注射泵的RS485通信的应用层协议,该协议用于光电测量子系统的RS485通信,通过兼容协议通信,采用不同的站地址,减少通信端口的使用,使系统更具有灵活性。(3)根据过敏原检测过程,完成了PLC和PC的软件设计。PLC采用时间中断与事件中断结合,使程序更高效且更具安全性。上位机软件具有数据监控、指令下达、检测结果处理等功能。论文对设计和实现的软硬件进行了测试,表明所设计的模块性能稳定,较好地完成全自动过敏原测量过程的运动控制、清洗控制、人机界面和数据管理等功能。论文应用工业自动化技术实现医疗检测仪器的自动化对其它先进医疗设备的开发具备推广价值。

关键词： ARM   嵌入式系统   教学实验板  

摘要： 在当前电子信息技术和网络科技飞速发展的时代,嵌入式系统已经在生活生产等各个领域得到人们广泛应用。本文从实验板的优点、硬件设计、相关理论知识为出发点,注重培养学生实践操作能力,在实验过程中设计并研究了一种基于ARM7嵌入式的教学实验板,实验板研究内容包含对教学实验板的电路板和硬件进行设计及制作、对实验操作过程进行调试、仿真和测试。

关键词： 嵌入式系统   教学改革   教学体系  

摘要： 嵌入式系统是一种隐藏在各类产品中的专用计算机,应用广泛。它是软件,硬件和网络等多门学科的综合体,涉及的知识面广。本文从嵌入式系统的课程体系结构,应用型本科嵌入式人才的培养目标入手,对嵌入式系统开发的课程体系,包括教学内容,教学方法做了探索和研究。

关键词： 物理农业   NB-IoT   植物种植控制   嵌入式系统  

摘要： 针对我国农业生产方式落后、化学农药滥用导致土地资源紧张和现有植物种植控制系统耦合性过强、传感器采样电路不统一、节点设计不灵活、实际应用效果差等问题,本文设计了一种面向物理农业的植物种植控制系统。该系统可以采集包括空气温湿度、光照度、大气压、二氧化碳浓度、土壤温湿度和电导率在内的多种环境要素,采用ZigBee和NB-IoT组合的通讯方式,预留多个可拓展传感器接口和复合式供电结构,依据传感器采集的数据作出决策,实现环境控制。本论文依托于苏州大学-纽克斯设施农业研究所项目,其主要工作内容如下:(1)针对现有植物种植控制系统耦合性过强、节点设计不灵活的问题,提出分离采集和集中控制的方案,分别设计两种底层节点、多种供电方式,灵活组合以应对复杂的现场环境;(2)采用传感器与环境采集模块分离的方式,解决不同传感器对外接口混乱的问题,预留多个接口使得传感器更易于维护、更换和功能拓展。依据植物生长需求,驱动植物补光模块、光电诱虫模块及其它辅助模块进行物理环境因素调节;(3)利用ZigBee自组织、短距离、高可靠的特点进行数据汇聚并利用NB-IoT通信广覆盖、低资费的优势进行数据集中上传,既降低了成本,又增加了系统的可扩展性。本系统对农业基础数据的采集、推广物理农业种植、保证耕地可持续化有较高的实际应用价值。

关键词： 局部放电   检测系统   嵌入式系统   固体绝缘开关柜   绝缘缺陷  

摘要： 局部放电检测是电力系统中用来测试电气设备绝缘性能的常用手段,固体绝缘开关柜(以下简称“固体开关柜”),因其优异的绝缘性能被广泛推广到配电设备中,固体开关柜运行状态的好坏直接影响到整个配电环节甚至电力系统的供电可靠性。固体开关柜内部电磁环境复杂,空间狭小,极易发生因绝缘老化导致的绝缘缺陷,如果处置不及时,会使得固体开关柜运行状态恶化甚至烧毁。因此有必要对固体开关柜在带电运行状态下绝缘状况展开研究,而局部放电研究便是能直接掌握设备绝缘状况的最佳方法。所以需要设计一种能够实时在线检测的装置,满足现场对固体开关柜内部局部放电的实时检测需求,本文提出了一种基于嵌入式技术的局部放电检测系统方案。该系统的设计方案以发生局部放电时产生的高频超声信号作为检测对象,设计了带通滤波器和放大器电路,实现了一种频率可调的LC无源谐振超声传感器,以适应不同的局部放电检测场合,避免了电磁干扰的同时又做到了电气有效隔离,实现了高灵敏度、使用寿命长的局部放电检测。还介绍了局部放电相关基础理论,以及在抑制噪声信号和局部放电严重程度上做了相应的研究,更好地辅助检测系统的硬件开发和设计。以STM32作为系统核心处理器实现对局部放电信号的采样和数据处理,同时具备高速、低功耗、高可靠性以及可重复编程的优势,实现数据的存储、分析与显示。通过在KEIL软件平台开发相关软件驱动程序,实现硬件和软件功能的完美结合,将采集到的局部放电数据实时传输到液晶显示屏和内存上,方便后台进一步对采集到的数据做二次分析,供现场维护人员参考,根据历史数据制定相应的检修计划,实现了良好的人机交互功能。与大多数局部放电检测系统不同,本系统有多项创新点:利用嵌入式系统作为检测平台,实现了良好的便携式设计。采用非电量作为采集对象避免了电磁信号的干扰,装置能够满足在电磁环境复杂的情况下使用。通过模块化设计,采用可重复编程器件、C++程序语言、通用软件架构以及图形界面框架,提高了系统的可重用性与可扩展性。本文设计检测系统综合考虑了系统性能与实际可靠性需求,经现场实际校正和调试,系统各项性能指标均达到了设计要求。

关键词： 机场跑道检测多机器人   运动学模型   模糊PID控制   多机通信   嵌入式系统   协同编队  

摘要： 随着经济的发展以及科技水平的提高,人们越来越多地选择飞机作为自己的出行方式,不仅如此,航空货运需求也在逐年增长。飞机在生活中扮演着越来越重要的角色,飞机的安全也成为人们十分关注的问题。飞机能够在机场跑道安全地起飞和降落是机身安全的重要环节,对机场跑道进行安全检测非常重要。过去的机场跑道检测采用人工巡检的方式,需要花费很多的人力。国外对于机场跑道检测系统的研究尽管取得了一定的成果,但仍有改进的余地,特别是在利用多机器人合作的方式完成机场跑道检测这一方面,还有很多技术问题需要解决。本次课题设计并搭建一种能够全向移动的机场跑道检测多机器人系统,重点在于对机场跑道检测多机器人的控制。所设计的多机器人巡检效率高,为机场跑道的全自动巡检提供了实现的可能。首先,本文给出了机场跑道检测多机器人系统的控制方案,包括多机器人控制系统的方案设计和机场跑道检测多机器人系统的工作流程。建立了机场跑道检测机器人的数学模型,包括模型参数、运动学模型以及全向运动图。对系统中用到的速度环PID算法、姿态环PI算法以及协同编队的模糊PID算法进行了详细的分析,并在MATLAB环境下对所设计的控制器进行了仿真实验。其次,根据上述设计的总体方案,按照分层次、模块化的原则进行了硬件实现和软件实现,完成了机场跑道检测多机器人控制系统实物的搭建和远程PC监控系统的编写测试工作。对位置姿态采集模块、无线串口通信模块、超声波测距模块、室内定位模块、DSP运动控制平台、USB摄像头采集模块等各个子单元进行了硬件的搭建调试和软件程序的编写测试工作。完成了多机器人通信、多机器人控制等的调试工作。最后,利用设计并实现的机场跑道检测多机器人系统进行运动控制、室内定位和协同编队三个实验,并对三个实验的结果和数据进行了分析,验证出所设计的机场跑道检测多机器人控制系统具有良好的控制效果。

关键词： 航空机载武器   嵌入式系统   自动检测   1553B   CPCIE  

摘要： 复杂嵌入式系统在汽车舰艇、航空航天、武器装备等领域被广泛应用,对可靠性有极高的要求,在研制生产阶段对其进行相应的测试必不可少。本课题以航空机载武器系统应用为背景,研究适用于新型航空机载武器系统的高速检测技术及检测系统设计技术。以航空总线1553B检测为具体应用案例,基于CPCIE总线和DSP+FPGA架构技术,设计了针对1553B总线设备的检测系统。首先,本文介绍了航空机载武器系统中具有代表性的精确制导炸弹的特点,分析了它的检测技术需求。主要包括各类接口如RS232、RS422、1553B等的通信检测,以及各类模拟量、数字量的检测等。其次,以1553B总线的检测为具体应用案例,基于GJB5186-97对1553B总线研制生产的测试要求,并根据测试要求分析了1553B总线测试技术要求。提出针对1553B总线设备的检测系统设计,主要包括协议解析单元、阻抗测试单元、信号采集单元、信号发生单元和数据处理单元。然后,概述了最小系统中供电、时钟、存储等的电路设计和实现总线测试必需的1553B协议解析单元的电路设计,重点研究了高速数据处理并行模型设计与实现、检测系统高速通信设计和信号采集及信号发生模块的设计。最后,针对GJB5186-97对1553B总线的测试要求,进行了相应的检测系统测试验证。研究高速数据处理并行模型设计与实现,建立了适用于检测系统的多核DSP并行任务模型,实现数据的高速并行化处理。研究检测系统高速通信设计,包括CPCIE总线架构与实现,SRIO和Ethernet的通信原理、通信速率等。研究信号采集及信号发生模块设计,通过高速AD实现信号采集,分析1553B波形信号,通过高速DA进行信号发生,实现1553B总线测试的激励信号注入。本文针对高速嵌入式检测技术的研究,对于实现复杂嵌入式系统的高速检测具有一定参考价值。

关键词： 超声相控阵   嵌入式系统   FPGA   ARM   检测成像  

摘要： 超声相控阵技术自推广以来,便成为了无损检测领域的研究热点之一。其阵列式排布的超声换能器一改传统超声检测的单探头模式,将探头分割为许多独立阵元,能够实现分立的控制。该特点使得探头所发射的超声波束有了更加灵活的扫查范围,其操作方便、灵敏度高、且能够可视化成像。近年来,在一些工业无损检测中,超声相控阵的应用解决了很多由于传统超声检测的局限而无法解决的问题。超声相控阵在工业检测中应用良好,本文针对其检测成像系统进行研究开发。考虑系统的经济性与便携性,通过FPGA与ARM结合的方式,采用基于Linux和Qt平台的嵌入式系统设计方案。基于超声相控阵技术原理,构建其检测成像系统的框架,主要进行软硬件通信接口、嵌入式驱动程序、交互界面的研发以及系统其他模块的整合工作。利用FPGA中的可配置存储器,配合ARM与FPGA逻辑与物理连接,实现一个作为数据交互中介的双向端口,来完成二者之间的数据通信;选用Linux作为嵌入式操作系统,搭建交叉开发环境,向目标板中移植必要的启动引导程序、内核及根文件系统,并设计FPGA作为字符设备的驱动程序;采用Qt Designer进行图形界面设计,通过事件与信号/槽机制建立消息与响应函数的联系,并添加相应代码实现各部分功能。采用标准试块按照系统工作流程对本文所研发系统进行实验,控制模块计算发射延时激励探头,产生的超声波束经过试块带回缺陷信息,处理后在显示界面绘制波形。各模块运行正常,能够实现超声相控阵检测与成像的基本功能。

关键词： 温室智能控制   嵌入式系统   PID控制   线性自抗扰控制   LabVIEW  

摘要： 全球能源紧缺状况的加剧,使得资源配置需要不断的进行调整与优化,目的是使可用资源得到更高的利用率,同时得到更高的产出。另外,随着智能网络控制技术以及微电子技术的快速发展,改变了传统工业控制系统的结构。低投入高产出的要求,使得农业温室控制系统逐渐转变思路,采用了更多的智能控制方法,旨在达到节能高效的目的。本课题总结分析国内外温室智能控制系统的优缺点,结合目前应用的控制系统中存在的问题,设计了一套适用于我国农业温室的智能控制系统,该系统具有智能化程度高、体积小、可扩展、成本低等特点。首先,对温室智能控制系统研究意义及现状进行介绍,对温室智能控制系统国内外研究现状、采用的智能控制算法进行综述,在分析环境因素特征的基础上提出了系统的控制要求,最后从硬件和软件两个方面给出温室智能控制系统总体方案。其次,针对设计的温室智能控制系统方案进行系统硬件设计,主要包括从机硬件系统设计和主机硬件系统设计,其中从机硬件系统由包括控制器选型与最小系统电路设计、传感器接口电路设计、液晶显示器接口电路设计、无线数据收发电路设计等几个部分,主机电路主要是串口通信电路设计与无线数据收发电路设计。再次,考虑系统控制要求及温室智能控制系统的硬件组成,设计了系统的软件部分,着重对温湿度控制算法和光照强度控制算法的构成和运行原理进行了介绍,并根据被控对象特点分别采用PID控制算法对光照强度进行控制,采用线性自抗扰控制算法对温度进行控制,并给出了两种控制算法的数字形式。最后,综合硬件结构和软件开发两个部分,进一步的设计了PC端上位机,采用基于LabView的编程技术实现了下位机系统和上位机系统的数据交互,并通过图形、数字以及曲线的方式将现场温度、湿度、光照强度等数据显示在上位机界面上,并且可以通过上位机界面设定期望的数值范围,实现了远程监控的目的,本系统成本低、实用性强、智能化程度高,具有较强的工程实践价值。

关键词： 盐雾含量   气体采样   自动测量   嵌入式系统   不确定度分析  

摘要： 盐雾对电工电子产品有着比较大的危害。大气环境中盐雾的测量是研究分析电工电子产品在环境中的性能的基础。目前主要通过盐雾试验来验证电工电子产品的抗腐蚀性能。但盐雾的腐蚀效应是一个长期缓慢的过程,盐雾试验在一些问题的研究中不是很适用。尤其是在对电能计量设备性能的影响的研究中,需要长期、自动地监控设备所处环境。现有的盐雾测量方法和装置需要人工操作,准备时间长,操作步骤复杂。针对这些问题,本文提出了一种盐雾含量自动测量方法,设计实现了在海岛环境上的盐雾含量自动测量系统,为国家建立在海岛上的针对电能计量设备性能的研究试验基地提供了盐雾含量的自动测量装置。本课题针对海岛盐雾含量自动测量系统进行了如下研究:1、盐雾含量自动测量方法的研究。本文在现有的盐雾测量方法基础上,针对海岛上的测量需求,结合实验设计了盐雾自动采样吸收和分析的方法。并详细介绍了该方法的设计原理和依据。2、海岛盐雾含量自动测量系统的设计与实现。依据盐雾自动测量方法,设计实现了盐雾自动采样吸收装置和分析装置,并基于嵌入式系统设计实现了相应的数据采集控制和控制系统以及供电系统。完成了系统中软件的设计开发与实现,并制作完成试验样机。3、盐雾含量自动测量系统测量不确定度与误差分析。建立测量模型,分析各标准不确定度分量,计算系统的合成不确定度和扩展不确定度。结合实验分析了误差的来源。4、最后,在海岛试验基地搭建了系统装置并进行试验,实现了盐雾含量的自动测量,验证了系统的有效性。