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关键词： 量程变换技术   数字存储示波器   嵌入式系统   数字滤波  

摘要： 示波器是信号测试与处理的主要手段之一,能够完成信号的时域波形显示和强度分析,让使用者获得客观准确的测量数据,在信息技术领域有着极为重要的应用。随着液晶技术、CPU技术、存储技术的发展,示波器也不断向微型化、便携化、智能化方向发展。为了提高信号波形测量精度和数据处理效率,需要探索便携式示波器的时域测量及数据处理方法。本文拟在ARM器件和嵌入式操作系统基础上研制一款便携式的数字示波器。便携式智能化数字示波器是多领域前沿科技的集成,它涉及模拟信号预处理、采样理论、显示技术、嵌入式操作系统、数字滤波技术、量程变换技术、信号强度分析等等。笔者以ARM处理器和嵌入式操作系统为基础,以液晶显示屏为显示部件,通过研究信号采样、转换、滤波、波形重构、输出等算法,初步完成具有波形显示、数字存储、信号强度分析的便携式示波器研制。本论文完成的工作主要有:(1)便携式数字存储示波器功能和实现方案的规划与设计。确定了嵌入式的实现方法,以ARM为数据处理器件,结合嵌入式操作系统,通过编程实现信号采集、转换、处理和输出显示等功能;(2)硬件结构组建。以主频较高的ARM处理器及其主板作为硬件基础,设计了模拟信号预处理电路(比例调节、滤波),完成了主板扩展接口与TFT LCD的匹配接口电路,选配了A/D采样电路等工作;安装了嵌入式操作系统。(3)程序设计。使用C语言编写了示波器软件,采用自顶向下法,逐步完成单路信号采集、数组存储实时采样数据、数字滤波、液晶屏界面设计、波形绘制、数字字符转化及显示等模块的程序设计,初步完成了系统软件的编写和调试工作。(4)另外还比对了一阶惯性滤波器、正弦插值滤波器、峰值测量以及频率测量的几种算法及其程序实现。通过论文研究,基本上完成了基于ARM和嵌入式操作系统的便携式示波器研制工作。数字化、智能化的便携式存储示波器在科学研究和工业生产领域具有重要作用,希望本文的探索过程能起到借鉴和参考作用。

关键词： 农机   北斗导航   嵌入式系统   ARM处理器   自动驾驶  

摘要： 近年来,结合现代科技发展农业、建立信息化和机械化农业技术体系是国家中央一号文件中明确提出的目标之一。其中将“农业精准作业与信息化”作为农业现代化发展的重点领域,针对属于我国高科技农业主要应用之一的基于北斗导航的农机自动驾驶技术进行研究,对农业科技现代化发展具有重要意义。本文对基于北斗导航的农机自动驾驶系统进行了深入的研究,结合了卫星定位算法、嵌入式软件及硬件开发、自动驾驶控制技术等智能化技术,进行了包括以下几个部分的研究工作。首先,对全球各大卫星导航系统和农机自动驾驶系统的国内外研究现状、以及相关的实际应用技术进行了阐述。并在此基础上提出了北斗导航农机自动驾驶系统硬件设置及软件设计的总体框架。其次,对北斗导航系统进行了相关概述,为了提高北斗接收机的定位精度,针对北斗接收机定位解算算法进行了研究:最小二乘法、卡尔曼滤波法及扩展卡尔曼滤波法,并针对粗差的影响提出了抗差自适应扩展卡尔曼滤波法。通过仿真结果,可以发现不同的定位解算算法的定位误差是不同的,利用抗差自适应扩展卡尔曼滤波法的定位精度优于其他算法。然后,基于ARM微处理器对农机自动驾驶控制系统的硬件进行完整配置,利用Altium Designer软件对各个模块的外围电路进行设计,并通过CAN、RS232等进行串口通信。再根据软件开发的准则和要求,利用嵌入式Linux对农机自动驾驶系统的软件进行开发,从而实现各个模块的功能。最后,进行田间作业实验测试,通过对实验数据的综合分析,以证明系统的软硬件设计是合理有效的,能实现所要求的农机自动驾驶功能。

关键词： 轻型监测系统   干线公路桥梁   顶层设计   嵌入式系统   非电网供电  

摘要： 本文研究内容以轻型监测系统的建立为出发点,通过研究轻型健康监测系统顶层设计、开发低功耗嵌入式现场控制系统、有线无线混合组网等技术,并形成面向工程需求的干线公路桥梁轻型监测系统解决方案,研究成果在无锡市二干河桥健康监测系统的建设与实施中予以应用,具有重要的理论意义和工程实用价值。

关键词： 车联网   嵌入式系统   CAN总线   4G通信   网络安全  

摘要： 近年来,随着互联网行业的兴起及移动通信技术的快速发展,人们不再局限于传统的交通管控手段,智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)的概念逐渐走近了人们的视线。本文根据未来ITS的发展趋势,结合北斗导航技术、无线通信技术、传感器采集技术和嵌入式系统开发技术等,研发一套将车辆定位信息、车辆行驶数据、传感器信息显示、驾驶行为分析集于一体的车联网智能车辆终端系统。论文所做的工作和主要研究成果如下:1.在车载终端系统的开发与设计中引入第四代无线通信技术,北斗定位技术,嵌入式系统开发技术,Linux编程技术及多传感器融合技术等,基于ITS的研究现状及发展趋势设计了系统的整体框架及结构,并对系统中各部分功能进行了详细的分析与论述。2.对智能车载终端系统的关键技术进行了介绍,包括第四代移动通信技术、北斗卫星定位技术、车辆信息采集技术,并对各种技术在智能车载终端中的应用进行详细的研究及分析。3.基于对车载智能终端系统的需求分析,本文着重对智能车载终端的硬件电路进行设计。车载智能终端通过CAN总线获取车辆的各种传感器参数,并对这些数据进行分析、处理及存储;该终端系统利用北斗定位模块进行车辆定位及导航;利用4G模块将定位信息及车辆行驶状态信息等参数上传至监控中心。4.系统采用嵌入式Linux操作系统对智能车载终端的功能进行开发,包括定位功能的实现流程、车辆信息采集功能的实现、车辆信息远程传输的实现。在此基础上,对车载智能终端系统的功能进行了测试,对事件上报记录、车辆行驶数据信息定时上报记录进行了展示。最后,对全文进行了总结。

关键词： 粮情检测   嵌入式系统   定向天线   Qt   RBF神经网络  

摘要： 粮食是人类生存与发展的基础,粮食安全不仅关乎国家安全,而且关乎世:界和平与稳定。因此,粮食的安全存储显得尤为重要。利用粮食安全检测系统能够获取粮食所处环境的料位、温度以及湿度等数据,为粮食的安全储藏提供了保障。随着信息化和工业化的深度融合,传统粮情检测系统的局限性日益凸显,如料位检测设备成本高、无线通信距离较短、数据处理终端便携性受限等。针对这些问题,利用ARM嵌入式技术、无线传输技术以及光电感应技术,对粮情检测系统中的数据获取与分析预测方法进行研究,并结合相关技术进行实现。该系统包括数据采集子系统、基于定向天线的无线传输子系统和数据处理终端。论文完成的主要工作概括如下:(1)针对粮情数据采集过程中料位检测设备存在的抗干扰能力弱、成本高等问题,采用光敏电阻作为非接触开关使用,并在硬件和软件上采取可靠数据检测措施,设计了一种改进的数据采集子系统,其中重点对料位检测设备进行了设计,制定了设备的安装、布线、检测规则。同时该子系统能够在同一硬件基础上实现多点温度、湿度的快速、可靠检测,具有抗干扰能力强,兼容性好、长期工作稳定的优势。(2)针对无线传输子系统中无线网络通信距离较短问题,采用定向Wi-Fi天线完成了一种基于定向天线的无线传输子系统设计。定向天线的引入使得系统无线通信距离增大,避免了中继模块的使用,并使用数据打包技术,从而大大减小了数据传输时延。根据粮仓的位置部署和规模大小,可动态调整定向天线的个数以满足粮仓现场的通信范围需求。(3)针对传统数据处理终端的设计广泛采用桌面计算机系统而带来的便携性差、成本高、功耗大等问题,基于嵌入式开发平台,利用Qt图形界面开发软件设计了人机交互界面,并采用SQLite数据库完成数据的管理,实现了数据处理终端的设计,该数据处理终端能够实现粮情数据的汇聚、存储、显示、查询以及检测指令的下达,通过触摸屏显示界面可实时查看粮仓现场的环境参数。根据测得的大量历史数据,结合RBF神经网络实现对粮食温度变化趋势的预测,并将预测结果及时反馈给用户,以便用户提前采取应对措施,进一步保障了粮食的储藏安全。本文设计的移动数据处理终端为用户提供数据检测、分析等功能,使粮仓管理员更好的了解粮食的变化情况,进一步提升了粮食的科学化管理水平。该终端具有体积小、操作简便、使用灵活、成本低以及节能的优势。综上所述,论文设计的粮情检测系统功能完善、运行稳定,解决了目前粮情检测系统中存在的问题,能够为粮食的安全储藏保驾护航,具有较强的推广和应用价值。

关键词： 网络安全   嵌入式系统   STM32   加密处理器   AES  

摘要： 近年来,随着互联网和网络信息技术的蓬勃发展,网络已经成为人们交换信息的重要工具之一,它让全世界的人民最大限度的节省成本,共享资源、提高效率的同时,也极大地促进了科学、文化、教育等各行各业的跃进式发展。同时,近几年来随着云计算、物联网、大数据等新技术、新应用、新产业,如雨后春笋一般,不断的出现和发展,给信息安全领域带来了更大的机遇和更为严峻的挑战。本文致力于设计和实现一种基于STM32的嵌入式加密链路机。该款加密系统是一种新型的、安全性能较高的网络监控视频加密设备,它可以有效的保护监控视频数据的安全。本课题在芯片的选择上,使用了STM32F437VGT6芯片作为整个加密链路机的核心控制器,利用STM32芯片的加密处理器可以极大提升对数据的加密速度,可以保证监控视频的实时特性。在加密算法的选择上,使用的是目前非常安全的AES加密算法。本课题创新的双网口设计,无需安装设备驱动,可以使设备的使用更加简单,并且把AES加密算法嵌入到硬件设备中,可以大幅度提高加密链路机的加密速度和抗攻击能力,极大的保证监控视频在网络中传输的安全性。在硬件部分本论文首先进行了整体性的分析,制定了加密链路机的硬件总体设计方案。然后介绍了本系统的主控芯片STM32F437VGT6,最后详细的阐述了加密链路机的硬件设计包括供电电路设计、DM9000电路模块设计、外围接口电路设计以及整体的硬件原理图与PCB。在软件部分,本文首先介绍了uIP协议栈的原理和移植方法,然后研究了加密处理器的工作过程和与DMA协同使用的方法,最后详细说明了监控视频数据的接收和发送的工作原理。

关键词： 密码技术   网络安全   实验室  

摘要： 密码是保障网络安全的核心技术和基础支撑,在维护国家安全、促进经济社会发展、保护人民群众利益中发挥着不可替代的重要作用。云物移大智的蓬勃发展,5G、智慧城市、互联网+政务服务的全力推进,离不开用密码技术来保障网络安全、保护数据安全、保证网上诚信,需要密码学与其它学科深入合作,需要密码产业与其它产业的深度融合,需要产学研管用的真诚协作,需要全社会共同传播密码知识与政策、研究密码应用技术、推进密码应用方案。

关键词： 永磁同步电机   嵌入式系统   电动助力转向系统   面向模型的开发   鲁棒性  

摘要： 电动助力转向系统中的电机控制系统是一个典型的随动系统,其目标控制量不是电机转速而是电机扭矩。电动助力转向系统的软件部分所涉及的内容比较多,但其核心内容是电机控制系统。电动助力转向系统属于典型的实时嵌入式系统,随着嵌入式系统的不断发展,软件行业中的一些先进思想也在逐步的运用于该方向上。面向模型的开发模式便是当下软件开发比较新潮的一种开发思想,其继承了面向对象的开发模式的很多优势,并进行了扩展和延伸。分而治之便是其中十分核心的一种思想,在面向模型的开发模式中叫做应用分区。本文致力于把这种思想运用在需要被包装和隔离的电机控制系统中去。从实际的工程角度出发,首先分析整体电动助力转向系统的软件需求,抽象出来电机控制的通用需求。而后进行应用分区,对整个电机控制系统进行建模和分层。在此基础上选择一款功能强大但又符合实际应用的芯片平台,并根据这个平台选择相应的开发工具。之后根据面向模型开发的方式,对整个工程中的底层服务层和专用服务层进行需求分析和类模型的建立。形成一个可以容纳上层电机控制应用程序的软件结构。最后通过建立永磁同步电机的数学模型,尝试着使用先进的控制算法来提高控制的鲁棒性。控制算法的核心部分是最小拍控制,基本的最小拍控制只有增加了电流预测才能运用在工程上。为了提高鲁棒性,在基本最小拍控制的基础上改进为鲁棒预测的最小拍控制算法,并通过理论分析证明其稳定性。而后进一步的把理想的反馈解耦算法替换为有很强鲁棒性的滑模解耦算法,并理论证明其可行性。理论的验证分为仿真和实验验证两部分。通过先分别建立各部分仿真模型而后整合的方式,获得有效的电机控制系统的仿真模型,并通过仿真验证来证明模型的有效性和控制算法的鲁棒性。建立控制算法的类模型,并结合服务层完成上层电机控制的应用部分,而后搭建实验装置进行实验验证,验证这种控制算法的鲁棒性。

关键词： 可信计算   嵌入式系统   可信平台模块TPM   安全性  

摘要： 在这个信息爆炸的时代,一方面随着信息化,智能化,网络化的发展,嵌入式系统得到了迅速的发展并普及应用,已经成为人们学习、工作和生活不可或缺的一部分,广泛应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理、POS网络和环境工程等领域;另一方面,由于国家层面的竞争和对抗,比如棱镜门事件,嵌入式系统的安全性变得越来越重要,因此如何保护嵌入式系统中的机密数据不被入侵已成为引起广大科研人员的密切关注的问题之一。同时,随着嵌入式系统逐渐被应用到航天、军事、工业等高可信性领域,人们对嵌入式系统的可信性要求越来越高,可信嵌入式系统设计与实现技术已成为人们重要的研究课题。安全性做为可信嵌入式系统的重要属性之一,对可信嵌入式系统中安全性技术的研究也变得越来越重要。可信嵌入式系统应用在特殊领域,对安全性有很高的要求,针对这样的需求,本文首先对目前安全领域应用比较广泛的TPM技术进行研究,并针对可信嵌入式系统在安全性方面的特殊需求,对可信嵌入式系统的安全机制做出了详细分析和设计,通过软硬件相结合的方式,实现嵌入式可信嵌入式系统的安全机制,最后将这些设计在自主可控的自主可控交换机上得到实现,成功实现了交换机在硬件和软件的全方位安全可控。硬件方面,使用中科院龙芯2H作为主控处理器,交换芯片采用盛科网络自主交换芯片,可信计算模块采用自主化TCM,设计了可信计算嵌入式平台系统硬件驱动框架;软件方面,完成了基于可信计算嵌入式平台系统的TCM驱动程序设计并实现了嵌入式环境下的可信计算协议栈。该协议栈支持包括密钥处理、绑定封装数据、授权会话、非易失存储等TPM的重要功能的使用,通过软件硬件相结合的方式,实现可信嵌入式系统的安全机制。

关键词： 低功耗   人脸识别   电源管理   门禁系统   嵌入式系统   ARM  

摘要： 近年来,人脸识别技术已从学术研究逐步迈向了实用化,在楼道监视、办公出入口以及门禁系统等区域都有着广泛的应用。人脸识别有着快速直观、非接触体验、采集设备成本低等优点,比虹膜、指纹、语音等生物识别技术更为方便友好。如今市面上人脸识别系统大部分都基于PC平台,不仅不便携、功耗高,而且价格贵,应用场合有着很大的局限。因此,设计高性能、功耗低、成本低、安全可靠的人脸识别门禁系统有着很强的现实意义和宽阔的市场空间。本文在查阅大量相关文献后,分析了人脸识别技术以及门禁系统的研究现状和存在的一些问题,为了达到实用型低功耗实时人脸识别系统的目标,设计了一款基于人脸识别的双核低功耗门禁系统。本文主要从系统架构、芯片选型、电源管理、软硬件低功耗设计以及产品低功耗等多方面进行阐述,主要工作如下:(1)通过系统需求和设计指标给出了低功耗人脸识别门禁系统的总体方案,搭建了“双核”低功耗人脸识别软件、硬件系统架构。选用具有硬件加速功能的主控芯片AM437x,完成具有登记、识别、删除等完整功能的人脸识别模块,外接ATmega8实现对模块的控制操作,实现“双核”低功耗解决方案,使得智能门禁即使在恶劣环境下,也可长时间高效率工作。(2)硬件和软件方面的低功耗设计。硬件低功耗主要通过围绕处理器的特点和提供的外围接口选用低功耗的器件和芯片、采用分区分时供电方式来实现。根据系统的具体需求选取了够用的晶振频率,设计了合理的供电电路和外围设备电路;软件低功耗主要通过充分利用单片机和外围芯片的低功耗运行方式、设计合理的程序设计来实现,主要从电源管理、休眠模式方面对主芯片进行了低功耗的软件设计,然后介绍利用心跳电源管理技术实现的嵌入式系统的总体低功耗设计,最后针对其他外围设备进行了低功耗的软件流程设计。(3)研究了人脸识别算法,详细介绍了系统所用Real AdaBoost人脸检测算法与Uniform LBP识别算法,在ARM中集成算法,完成了门禁系统的底层与应用界面层的开发,设计出功能明确,结构清楚,扩展好,易维护的界面,可以实现在应用界面调用算法的功能。(4)最后,对系统进行了功能测试和低功耗测试,该系统具备实现自动人脸识别系统所需要的完整软硬件功能,可以完成人脸的注册、删除和认证识别等功能,认证通过可驱动电机工作,并能根据不同的状态做出相应的声光提示等。实验测试表明,系统的待机电流可以达到1.51μA,8节干电池使用寿命为638天,极大地减少了系统功耗,达到了预期目的,为人脸识别技术在嵌入式系统上的应用提供了一套较好的软硬件设计方案,进而提高了整个产品的使用寿命,大大节约了使用成本。