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关键词： 智能家居   Linux系统   ZigBee通信   传感器   ARM   嵌入式系统  

摘要： 随着人们生活质量的不断提高,人们对家庭安全和家庭智能的需求越来越高,将家庭安全、家庭智能和家庭通讯与网络设施相结合已成为当前时代发展的趋势。智能家居是当前备受关注的热点领域,它和人们的生活息息相关。嵌入式技术、无线通信技术是目前比较新颖的信息处理和信息获取技术,它们是智能家居控制系统的重要组成部分。如何利用它们完成智能家居控制系统的软硬件平台设计,实现对家庭环境信息的快速查询、对家庭电器的智能控制、对家庭安防的自动监控,对人民生活质量的提高有着重大的现实意义。本文研究与实现的智能家居控制系统主要包括终端设备、协调器、ARM控制器、手机客户端人机交互界面四个部分。终端设备将采集的家庭环境信息的通过无线网络经协调器、ARM控制器传送给手机客户端进行显示,同时通过点击手机客户端人机交互界面按钮来方便的控制家庭电器工作。此外,由于目前家用空调大多是采用红外遥控器进行控制,它的缺点是必须将遥控器与空调对准,使用起来很不方便,针对这种情况,本文重新设计了空调控制模块,实现了通过家庭无线络对空调进行控制,克服了传统的遥控器通信距离短、必须对准的缺点,空调控制模块还具有学习控制命令的能力,能够对不同品牌空调进行控制。本文主要工作如下:第一,对系统终端设备各器件模块型号进了调研和筛选,最终选用高精度和高稳定性的DHT11温度湿度传感器、灵敏度高的MQ-2烟雾传感器来采集家庭环境信息,选用高灵敏度、超低功耗的HC-SR501人体红外感应传感器来进行家庭安全监控,使用继电器来控制家庭电闸总开关,终端设备通过控制这些器件模块实现智能家居系统的家庭环境信息采集、电器控制、家庭安防等基础功能。第二,对终端设备、协调器、空调控制模块的软硬件进行了设计。一方面设计与实现了功耗较低、响应性能优良的终端设备,终端设备的硬件电路主要是CC2530核心板接口电路和其他器件模块的接口电路,终端设备使用CC2530核心板上的CC2530芯片作为微处理器。终端设备软件设计主要是CC2530核心板的软件设计,CC2530核心板采用低功耗、近距离的ZigBee协议进行无线通信。为了使系统拥有很好的响应能力,软件设计时在ZigBee通信部分增加数据出错请求重发和应答处理。终端设备实现了对个传感器模块数据的读取、灯光的控制、电机的控制、继电器的控制、空调控制模块的控制,以及加入协调器网络等功能。协调器的硬件电路设计复用了终端设备的硬件电路设计,为了使系统拥有很好的响应能力,软件在ZigBee通信部分增加数据出错重发和超时重发功能,协调器实现了无线网络的建立,以及与ARM控制器通信的功能。另一方面,设计与实现了功耗很低、实用性强的空调控制模块,克服了传统空调红外遥控器点对点通信的缺点。空调控制模块可以通过红外接收发送电路学习红外遥控码和发送遥控码控制空调工作,实现对不同类型的空调进行控制。第三,对ARM控制器软硬件进行了设计。本文选用低功耗、速度快的S3C2440处理器和易裁剪、内核小的LINUX系统实现了ARM控制器的设计,在ARM控制器端设计了TCP服务器,实现了ARM控制器与手机端的通信以及与协调器的通信。在手机端设计了人机交互界面,实现了温度湿度、瓦斯浓度状态、灯光状态等家庭环境信息的显示以及通过点击界面按钮对灯光、窗帘的控制。第四,对智能家居控制系统进行功耗测试和功能测试,包括终端设备功耗测试、空调控制模块功耗测试、温度湿度传感器数据采集测试、温湿度监测和灯光控制测试、ARM控制器端服务器通信测试、系统响应能力测试、空调控制测试、手机客户端测试。经对温湿度监测和灯光控制功能、ARM控制器功能、手机客户端等测试得出,系统能通过无线网络正常完成家庭环境信息的采集、上传到手机端显示以及通过手机端控制对灯光等家庭电器工作。经对终端设备电路板功耗、空调控制模块电路板功耗、温湿度传感器数据采集、系统响应能力、空调控制等测试得出,终端电路板电流功耗较低,平均电流为26.14mA,空调控制模块功耗很低,平均电流为2.7mA,满足系统需求。DHT11温湿度数据准确度高达98%,系统无线通信在60m内响应率高达98.7%,70m距离高达76.7%,响应能力很好,满足系统需求。系统通过重新设计的空调控制模块实现了对空调的控制,在室内50m内不同方向对空调控制的成功率达到95%,有效的改善了传统红外遥控器通信距离短、必须对准的缺点,很大程度的方便了使用,满足系统需求。以上测试验证了系统整体功能设计的正确性和系统响应能力的优良性。

关键词： 双目立体视觉   嵌入式系统   v-视差图   可通行区域检测  

摘要： 双目立体视觉技术使用双目相机模拟人眼的视觉功能,通过间接获得同一场景的两幅图像,完成对客观世界三维场景的构建、识别和理解,其本质上是利用三角测量原理计算出左右像点对应在空间物点的真实坐标信息。本文的主要工作是在v-视差图识别特点的基础上,进行了基于双目视觉的室外半结构化路面检测算法研究和系统实现。提出的探测系统的算法体系得到的信息更为丰富,且可塑性强。算法可以将整个图像范围内的区域分为可通行区域和不可通行区域,利用双目视觉自身的测量优势,理论上还能够检测出障碍物与相机的距离。整体系统包括算法框架设计实现和硬件平台搭建两部分,围绕可通行区域检测技术做了以下研究:(1)基于双目立体视觉技术的可通行区域检测系统的算法框架设计和实现。深入研究了基于稀疏匹配的局部特征算法,实现了匹配优化,并与基于稠密匹配的全局算法进行对比;重点研究了v-视差图构建原理,并在此基础上使用随机抽样一致直线拟合算法以及路况阈值分类算法,完成对前方路况信息的分析和反馈;(2)基于嵌入式系统的硬件平台和软件开发环境搭建。主要包括了硬件平台,包括双目立体视觉系统、嵌入式处理平台、反馈系统以及供电系统四部分的选择和连接原理,以及基于Linux操作系统的软件编译环境的搭建方式。所使用的嵌入式平台采用韩国Hardkernel公司的Odroid-xu4处理器,还将程序移植到树莓派3代B型嵌入式处理器,用于测试比较两种处理器的运行性能;(3)对整个系统的户外测试实验。本文所研究的应用环境是室外环境,包括在强光和弱光情况下的走廊、人行道、拐道等可通行区域。本文详细讨论了所使用双目视觉系统的标定误差分析和测距误差分析,以及所提出的算法框架在各种场景下的检测效果,并测试了其分别在电脑和嵌入式平台的运行速度,最后给出了所有的数据分析和图像效果。本文致力于自主搭建一套可以用于室外道路检测的嵌入式系统,并给出了完整的设计方案,包括整体系统设计构架、硬件搭建方式、算法流程框架等,不仅建立了完整的理论体系,还将所设计的系统用于真实环境检测。实验证明,所提出的可通行区域检测技术一定程度上解决了环境适应性不好的问题,在无需样本训练学习的情况下,无论在电脑还是嵌入式平台上都能保证高效的识别准确率,达到实时检测的目的。

关键词： 嵌入式系统   工业监控   数据可视化   PLC技术   物联网  

摘要： 制造业信息化、智能化的浪潮和日新月异的技术发展给我国传统制造业的转型带来了挑战与机遇。《中国制造2025》制造战略计划将推进国家制造业的全面信息化与智能化措施提升到了国家级战略。而监控系统作为现代工业制造流程管理与质量保障环节重要的组成部分,推动其向信息化与智能化的演变就更为重要。监控系统的智能化与信息化能极大提高企业的运维效率和自动化程度,降低生产安全隐患,优化企业的生产流程与资产结构。本文研究设计的是面向高端机床的智能监控系统,内容包括设备端数据采集与客户端数据智能处理与展示两大部分。现场数据采集模块以嵌入式平台为中控核心,以摄像头组与传感器组为连接组件,能够实时获取现场设备的元生产数据、传感器数据与音视频信息等;这些被中控系统采集到的信息能够经过预设逻辑存入本地或远程的数据库;而客户端模块能读取这些数据并进行用户定义的多维度数据可视化流程。本文按章节介绍了系统的整体架构与其各模块的设计与实现,结合生产环境场景分别调研了不同的技术方案,介绍了各个模块的相关技术以及应用与实现过程。对系统的可用性,稳定性与扩展性等指标做了综合的测试与结果分析,并提出了改进方案。本文实现了对实际生产环境机床设备的远程监控闭环,并进行了现场测试与调试实验。结果表明:本文设计的面向高端机床的智能监控设备具有较高的稳定性与可扩展性,具有初步的实用价值,为工程现场监控领域提供了一个可参考的解决方案。

关键词： 北斗   GPS   SINS   组合导航   嵌入式系统  

摘要： 随着导航技术的不断发展,对导航系统精度、稳定性等方面的要求越来越高。由于单一导航系统的性能存在一定的局限性,而组合导航系统可以充分发挥各个系统的优势,使各导航系统优势互补,从而在保证整个系统的精度的同时提高系统的稳定性,所以组合导航系统得到了快速发展。北斗卫星导航系统的研发使我国摆脱GPS(Global Positioning System,全球定位系统)的束缚。北斗/GPS/SINS(Strapdown Inertial Navigation System,捷联惯性导航)组合导航系统能够将北斗、GPS和SINS三者的优点结合,且精度更高,稳定性更好。本文基于嵌入式系统设计实现了北斗/GPS/SINS组合导航系统。系统设计方面涵盖了硬件和软件两部分,硬件方面主要是对导航模块与开发板的搭建与调试;软件方面主要工作是完成Visual Studio 2005开发环境的构建,使用C#语言对北斗/GPS/SINS组合导航系统的编程,并将系统移植到开发板上。通过软件和硬件结合,在硬件平台上实现了北斗/GPS/SINS组合导航系统的信息采集处理。对于北斗/GPS/SINS组合导航系统的精度和可靠性的测试,本文通过静态实验和动态实验两组实验进行验证。在两组实验中,对北斗/SINS组合导航、GPS/SINS组合导航和北斗/GPS/SINS组合导航的经度、纬度、高度和速度进行比较。实验结果表明:北斗/GPS/SINS组合导航性能最优,北斗/SINS组合导航次之,GPS/SINS组合导航与前两者相对较差。

关键词： 物联网   嵌入式系统   项目驱动  

摘要： 针对物联网地飞速发展,结合嵌入式系统在其中的重要地位,探索嵌入式系统地教学模式,确定项目驱动地教学方法,从而提高学生综合实践能力。

关键词： 家庭环境监测   嵌入式系统   Wi-Fi   云服务器   Android  

摘要： 家是人们生活的港湾,无论身在何处,每个人都保持着对家的挂念。拥有一个舒适的家庭环境也是每个人生活中时刻关注的话题,在这个科技迅速发展的时代,智能家居的概念从被提出就一直是一个研究和讨论的热点。作为智能家居的基础部分,家庭环境监测系统在对家庭安全状况的实时监测和提升人们的生活质感方面发挥着巨大的作用。目前市面上的家庭环境监测系统多存在着部署复杂度较高、实时监测能力较弱、危险状况提醒能力较差等缺陷。针对这些缺点,本文设计了一种基于STM32的家庭环境监测系统。设计中采用了嵌入式开发平台搭载传感器来监测数据,结合嵌入式平台的易操作和可裁减性使系统的部署复杂度降低;使用Wi-Fi无线发送技术搭配云服务器使得数据传输速率提高,最后在Android终端实现数据的实时展现,增强了系统的实时监测能力;利用Wi-Fi模块和云服务器端的Apache Web服务器完成短信报警功能,提升了系统对环境危险状况的处理能力。在系统的实现中,首先是以STM32F103ZET6开发平台为核心的数据采集部分,本部分搭载AM2301温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、MQ-4天然气传感器和VC0706访客图像采集摄像头完成对家庭环境数据的采集,采集的数据利用Wi-Fi模块发送到云服务器端,并搭载OV7725摄像头代替猫眼,获取门外实时监控视频在液晶屏上显示;其次购买了腾讯云服务器,在云服务器端部署了上位机软件和Apache Web服务器,上位机用来完成对Wi-Fi发送数据的获取和保存,Apache服务器用来监听和处理Android终端APP请求,并且当室内环境出现险情(烟雾浓度超标、天然气泄露)时,接收Wi-Fi模块发送报警短信请求,然后通过短信网关技术向用户手机发送报警短信;最后在Android平台上开发设计了一款APP,此APP通过HTTP协议与服务器建立连接,并发送请求获取服务器端存储的家庭环境监测数据,再显示出来以供用户查看家庭环境的实时状况。在本文的最后对整个系统进行测试,数据监测部分能对数据进行实时地监测,并在出现险情时能够准确地报警;Wi-Fi模块能与服务器建立稳定的连接,服务器端能够正确接收数据并处理;Android终端APP可以获取到服务器端的家庭环境实时监测数据。测试中系统运行稳定,数据监测准确,达到了预期的设计目标。

关键词： 倾转旋翼   控制律设计   无人机建模仿真   嵌入式系统  

摘要： 随着无人机技术的发展,应用于复杂环境下的无人机越来越受到重视。倾转旋翼无人机作为一种可垂直起降、并且航程长、模式灵活、效率高的无人飞行器,其在民用领域和军用领域必将发挥十分重要的作用。本文以实际搭建的倾转四旋翼无人机为研究对象,设计其飞行姿态控制律并进行实验验证。首先,以所搭建的倾转四旋翼无人机为研究对象,进行了机体的受力分析,建立了倾转旋翼无人机在机体坐标系下的动力学及运动学方程。针对倾转旋翼无人机操纵量冗余问题,进行了倾转旋翼无人机操纵方案选择。其次,对于所采用的电机及螺旋桨进行传递函数推导,并进一步得到各个姿态通道的传递函数,采用经典控制理论进行了各个回路的控制律设计。针对过渡模式进行了飞行包线设计,采取取工作点的方式进行控制律设计。然后,基于PIXhawk搭建飞控硬件及软件,在软件模块中进行控制律二次开发,针对无刷电机的驱动器电子调速器进行了理论分析,选取合适器件进行了硬件设计,并基于硬件进行了软件调试。最后,在matlab中搭建系统的动力学模型,并进行控制系统搭建及仿真实验,得到位置与姿态的响应曲线。以QGC地面站为检测软件,进行倾转旋翼无人机飞行试验,获得相应参数并进行分析。

关键词： 滚动轴承   故障诊断   局部均值分解   快速谱峭图算法   共振解调   嵌入式系统   特征提取  

摘要： 滚动轴承是旋转机械设备中最常见的部分,对于机车走行部来说滚动轴承的正常运转对机车整体的安全起着举足轻重的作用。为了减少事故的发生,降低由此带来的重大经济损失,滚动轴承的故障诊断和监测技术的研究一向是机械设备故障诊断领域的重要课题。鉴于此,本文以滚动轴承为研究对象展开了一系列的研究。主要研究内容如下:首先,在理论分析和工程应用的基础上阐述了此课题研究的背景、意义以及该技术的历史发展状况,对滚动轴承的研究现状以及发展趋势进行了较为全面的阐述,也对滚动轴承的各种故障类型、振动机理、以及各种诊断方法在轴承故障特征提取中的应用作出简单介绍。同时也列举了轴承的典型故障类型,以及特征频率的计算方法。其次,针对滚动轴承原始振动信号信噪比低以及传统共振解调中带通滤波器参数选择难以确定且依赖于人的主观经验的问题,提出一种基于局部均值分解和快速谱峭图算法相结合的方法来改进传统共振解调。该方法首先利用局部均值分解算法将振动信号分解成多个分量,再通过希尔伯特(Hilbert)变换获得各个分量的时频图,然后利用快速谱峭图算法自动确定带通滤波器的中心频率和带宽,最后对信号进行带通滤波和包络解调进行故障诊断。数字仿真信号和滚动轴承实测数据实验证明了该方法的有效性。再次,经过翻阅相关资料,对实时系统有了更深层次的认识,懂得其研究意义非凡,本课题设计了在Windows基础上的利用LabVIEW RT进行组建的轴承故障实时诊断平台,开发程序并对各类故障的轴承进行实验,验证了实时故障诊断系统的可靠性。此实验系统不仅拥有清晰美观、操作便捷的界面,而且性能良好、运行通畅、扩展方便,能够高效地完成对滚动轴承故障的实时监测和诊断。最后,针对传统振动信号分析大都是离线处理,存在系统体积大、实时性差的问题,设计了以内嵌ARM Cortex-M0内核的W7500P芯片为核心的嵌入式故障诊断系统。该系统借助于嵌入式硬件平台,将信号采集、处理、传输集成于一体在嵌入式硬件平台上进行执行,能够实现故障的实时在线诊断。最终,根据本文所提改进共振解调算法的实现过程,将改进后的MATLAB算法程序移植到嵌入式系统中用于实现轴承故障特征的提取。实验结果表明,将此方法应用到此嵌入式系统中可以快速有效的完成故障特征的提取,实现滚动轴承故障的精确判断。

关键词： 嵌入式系统   单片机   低能耗技术  

摘要： 在许多行业及领域,嵌入式单片机都有着广泛应用,也发挥着不容忽视的作用。可持续发展理念持续深化,使嵌入式单片机系统节能备受关注,低能耗技术成为嵌入式单片机系统研究的一个热点问题。结合相关概念,对嵌入式单片机系统低能耗技术进行了分析,并就如何降低嵌入式单片机系统能耗提出了几点有效措施,结合具体应用实例,希望能够为相关研究提供参考依据。

关键词： 安防   Web服务器   CGI技术   远程监控   嵌入式系统  

摘要： 目前对家用机器人方面的研究大都集中于娱乐、教育、清洁方面,而安防机器人又主要面向工业或者户外巡逻,导致对家用安防领域的机器人研究甚少。尤其在当今社会,迫于工作压力,人们的绝大部分时间或在办公地点或出差于外地。然而,独自在家的小孩、老人的生活情况需要及时关注;煤气是否泄漏,自来水是否漏水等安全隐患需要及时排查;是否有火情出现,是否有外人入室需要及时监测等问题已经成为人们心中的牵挂,导致既无法全身心投入到工作中又不能抽身回家探望。本文基于嵌入式开发技术和Web技术,研究了一款家用安防机器人。此款机器人安装了远程监控摄像头、温度传感器、烟雾检测传感器、人体感应传感器以及超声波测距传感器,分别用来采集视频,测量室内温度,检测烟雾浓度,在视觉盲区检测是否有外人闯入,测量机器人距前方目标的距离。围绕安防机器人控制系统的硬件设计和软件开发展开研究,论文的主要研究内容包括:(1)硬件设计。基于嵌入式技术设计机器人的控制系统,主控制器选择S3C2451,以Tiny2451开发板为硬件平台,外接各种传感器以及向次级控制器发送串口指令。次级控制器选择Arduino,控制直流减速电机和舵机。(2)软件开发平台的搭建。在Windows 10操作系统中借助VMware Workstation安装Ubuntu16.04,以此作为嵌入软件开发的平台。安装交叉编译器,搭建Samba服务器。(3)嵌入式服务器的设计。嵌入式Web服务器选择BOA,视频服务器选择Mjpg-Streamer。通过移植,将这两种服务器安装进开发板中。(4)软件设计。设计了传感器的驱动程序、CGI源程序、Arduino程序以及HTML页面。(5)实验验证。测试安防机器人样机的传感器测量数据的准确性,测试视频的传输功能,测试直流减速电机对机器人整车运动的控制,测试舵机对机器人摄像头角度变化的控制。