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关键词： 嵌入式系统   语音识别   PocketSphinx   隐马尔科夫模型   百度语音识别  

摘要： 随着机器人技术快速发展,以往传统的鼠标、键盘等人机交互方式不能继续满足人类的需求,寻求全新的人机交互方式是每个研究者追求的目标。近年来,随着语音识别技术的不断进步和云计算的发展,为人机交互增加了新的交流方式提供了可能。但是嵌入式机器人在计算速度和存储容量方面遇到了挑战,无法实现大量数据以及快速的运算,并且识别的效果不尽人意。因此,针对嵌入式机器人的语音识别研究,有着现实意义和广泛的应用前景。本文的主要研究工作是基于ARM9嵌入式核心板,设计并且优化了其外围电路,利用PocketSphinx语音识别工具包和百度云语音识别技术,分别设计了一个当没有网络时的嵌入式语音识别系统和有网络时的嵌入式云语音识别系统,这两个系统均可以实现语音识别功能。因此,本论文的主要研究内容包括:(1)系统的介绍了本课题的研究背景和意义,国内外语音识别研究现状以及机器人语音识别所需面对的挑战。(2)根据语音信号的产生,详细的论述了语音识别技术的识别过程,然后叙述了语音信号的预处理过程和语音信号的特征提取方式。(3)介绍了本课题研究所使用的嵌入式平台,说明了该平台所使用的硬件资源,以及嵌入式平台搭建过程,完成了系统的烧写。(4)详细的介绍了 PocketSphinx语音识别工具包,实现了 PC端PocketSphinx语音识别训练平台的搭建,完成声学模型和语言模型的训练,最后完成了嵌入式移植。(5)根据嵌入式设备的缺陷提出了一种嵌入式云语音识别方案,主要包括百度云语音识别API的搭建以及嵌入式移植。(6)总结了本论文中所采用的嵌入式语音识别方案,完成了小词汇量和大词汇量的连续语音识别工作,具有很好地实用性能。

关键词： 霍尔效应   厚度测量   嵌入式系统   ANSYS  

摘要： 本文以一种薄壁管状非磁性材料制成的温度传感器为对象,由于其壁厚和壁厚均匀性对传感器的响应速度、产品质量与成品率会产生重要影响,因此对其厚度测量具有重要意义。前期研制的单探头测厚仪一次只能测量一个点,要测量不同位置的厚度值,需要不断移动探头,测量效率较低、易损坏试件。本文针对这一问题提出一种多探头的测厚方案,以迅速、准确地测量多点厚度值,并对厚度均匀性进行判断;在设计嵌入式多探头测厚系统时,对测量原理和系统软硬件设计进行了研究。首先,分析了利用霍尔效应测量薄壁件厚度的基本原理。根据测量实际需求,合理选择霍尔传感器、磁钢和钢柱等器件。在设计多个探头空间布局和优化探头内部结构时,使用ANSYS有限元仿真软件,分别对单个磁钢、单个磁钢与钢柱、多个磁钢与钢柱、顶部磁钢加水平磁钢等不同情况进行仿真计算,结合实验测量,最终得出水平均匀布局四个探头、顶部放置一个探头的设计方案,磁钢与霍尔传感器间距7mm。嵌入式硬件设计方面,使用STM32F103ZET6作为处理芯片;外接3.5寸电阻触摸屏作为人机交互的平台;同时提供RS232串口和串口转无线网络两种方式,实现与上位机的通信;使用OP07集成运放设计信号处理电路。嵌入式软件设计方面,在STM32F103ZET6上移植了 μC/OS-Ⅲ多任务实时操作系统和STemWin图形显示系统,在此基础上编写各个任务程序,实现信号采集、厚度值计算、结果显示、与上位机通信、警戒报警和相关信息查询等功能。上位机软件在Visual Studio 2010集成开发环境下,使用微软的MFC应用开发框架编写。论文的最后对多探头磁法薄壁件测厚仪进行实验验证。结果表明,本系统可以实现对提及的薄壁管状非磁性材料厚度进行多点快速测量,测量范围0～5mm,测量精度为0.2mm。

关键词： 卫星高清视频   片上系统   卫星信息存储装置   嵌入式系统  

摘要： 随着军事装备信息化进程的推进,各国越来越重视卫星信息技术。在军事侦察领域,视频小卫星能够采用“凝视”的方式实现对地观测,这种观测方式能够灵活的掌握敌方瞬时动态,意义非凡。传统卫星信息应用装置通常分为地面站与掌上电脑(Personal Digital Assistant,PDA):地面站体积大、目标比较明显;PDA小巧但无法获取敌方视频信息。本文通过对以上两种装置优缺点分析,提出了一种车载地面站与存储装置相结合的方案。本文以车载地面站接收的卫星高清视频作为视频源,通过对视频源的码率计算与几种编码方式的对比分析,选取H.264编码方式并使用GE MDS 900型无线数传电台发送解码处理后的卫星高清视频至存储装置。针对存储装置小巧便携的需求,结合软硬件协同设计理念选择Xilinx公司的ZYNQ系列SOC作为存储装置的核心处理器。在分析DDR3控制器时序与HDMI显示时序的基础上,应用Xilinx公司提供的开源IP核构建了卫星高清视频显示逻辑通路。详细阐述了Linux嵌入式操作系统和FFmpeg解码库的移植过程,并使用QT编写了卫星视频存储与回放软件。在Linux系统下,卫星信息存储装置通过TCP协议接收来自车载地面站发送的卫星高清视频,数据经过DDR3缓冲后存储至USB接口的移动硬盘中,当侦察员需要回放卫星高清视频时,则使用卫星回放软件通过HDMI接口实现卫星高清视频回放功能。本文完成了卫星信息存储装置的设计,并搭建实验平台对该装置进行了模拟实验,实验结果表明卫星信息存储装置能够完成卫星高清视频的接收、存储与回放,满足了在侦察过程中对存储装置便携式的需求并能够快速准确获取敌情。

关键词： 脑电信号   近红外信号   信号处理   嵌入式系统   上位机软件  

摘要： 近红外光谱技术(Near Infrared Spectroscopy,NIRS)作为近几十年刚崭露头角的脑功能监测新颖手段,为人类揭开大脑奥秘以及检测大脑疾病提供了可行的、有效的新方法。它采用对人体无害的近红外光,通过测量大脑内部组织中脱氧血红蛋白、氧合血红蛋白和总血红蛋白的浓度变化,经过特定的算法显示在参数变化上,实验者通过分析变化的参数来判断大脑特定的功能状态。发展较成熟的脑电图(Electroencephalography,EEG)无论在科研领域还是医疗辅助监测设备都得到广泛应用。随着医疗手段日新月异,一些新型药物也被研发出来,在不确定治疗效果时无法直接在人体上验证,这时就需要在实验动物上做验证实验。老鼠跟人类在生理学上相似度是极高的,因此在老鼠上验证是比较合适的。但针对老鼠脑监测的设备远不如用于人类的完善,也大多不精确,老鼠头部的有限面积也导致技术相对单一。因此本文研发了一种基于STM32的嵌入式系统和基于MATLAB GUI的上位机软件的整套实验监测设备,用于监测大脑生理活动状态,具体工作内容如下:首先,在数据处理方面,对EEG信号的低通、高通、工频陷波处理分别进行了讨论分析,并做了仿真图谱,确定了最适合EEG实时监测的数字滤波方法;对NIRS信号根据的朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律,经过修改后推导出了计算氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度变化的公式算法。然后,本文对EEG、NIRS信号采集部分的硬件电路设计做了详细介绍。硬件电路是以STM32F103系列芯片为核心元件,整体电路包括电源电路、EEG信号放大滤波电路、发光LED驱动电路、NIRS信号光电转换电路、A/D采集电路、蓝牙通讯电路、电极设计电路、前端探头装置的设计,对各部分电路进行了详细的讲解,并对实现发光LED驱动、A/D采集及读取、数据打包、数据发送程序的设计进行了逐步的讲解。接下来对基于MATLAB GUI平台设计的软件进行了介绍,功能模块主要包括蓝牙通信参数设置、通信协议、接收数据及处理、存储、标记、显示、放大等模块的设计。

关键词： 主机供油单元控制系统   嵌入式系统   ARM   μC/OS   实时性  

关键词： 嵌入式系统   人脸识别   目标检测   特征提取   PCA  

摘要： 随着数字时代的到来,基于生物特征的身份识别鉴定技术越来越显示出了其自身的价值,人脸识别作为计算机视觉和模式识别交叉领域的一项技术,在计算机技术和模式识别技术[1]迅猛发展的背景下,强有力的推动了生物特征技术在安防、检测等方面的应用和发展。在智能门禁、布控监控、身份鉴别、机密安全保护等方面有着极其典型的应用。并且近些年来,嵌入式系统以其功能齐全、安全可靠、价格低廉、体积小、功耗低等的优势,以贴近生活、以实际应用为核心的特点,越来越广泛的应用到了各个领域。本设计针对图像采集易受光照、人脸旋转等因素影响,精确算法计算耗时过长等存在的现有问题,提出了使用通用的形变模型来表示人脸特征轮廓,逐步求精的办法对局部区域进行探测、采集、处理,增加其抗干扰性,利用全局和局部特征相结合的办法进一步提高人脸识别的效率,较好的提升该设计对待识别处理图像的各种变换情况的应对能力。通常情况下,在采集图像时容易受到光照、距离、角度等多方面的干扰,大大增加了人脸识别的难度,此时就需要对图像进行预处理。本设计在图像预处理环节采用了图像的几何处理,使得人脸部分得以精确定位和导入;使用几何归一化处理方式,对图像进行旋转、裁剪以达到统一的标准;灰度化处理,人脸边缘能量函数模型的构建、运用使得更容易区分出图像背景与人脸区域的部分,加快处理的速度;通过运用直方图均衡化技术调节图像的灰度分布,有效的提高图像的质量;并利用中值滤波技术去除图像中的噪声干扰,进一步保证识别图像的质量。进行了首要环节的预处理之后,进入第二阶段:在特征提取环节,通过比较选取合适的提取方法(例如:K-L变换方法、小波变换方法、Harr特征提取方法等);在分类环节,在设定的条件之下,将特征空间划分为类型空间,又因为模式识别系统必然需要一个学习的过程,通过样本特征的变化对分类功能自动调节,也就是分类器的训练。因此,为了保证分类器对正确识别率的要求,设置了相应的判决规则。通过参考识别结果,并经历连续输入一个修正后参数的正反馈过程,直到符合实际识别的要求为止。在识别算法方面,比较各种主流识别算法(例如:主成分分析法等),选定基于全局特征和局部特征的主成分分析法作为本设计的识别方法。针对实际的需求,本设计研究了人脸识别算法在ARM开发板嵌入式设备上的应用,采用S3C2440A芯片和Ubuntu操作系统平台,利用ARM板上的摄像头对人脸进行识别检测,结合本设计所提出的改进算法,在PC机上实现对人脸识别分类器的分类训练,利用网络传输的方式把训练后符合实际要求的分类器传输到ARM的开发板中,进行实地检验,根据测试结果分析得出本设计在一定程度上提高了人脸识别的效率,具有重要的实际意义。

关键词： MEI散射理论   后向散射   嵌入式系统   铝尘浓度检测  

摘要： 在铝制品生产作业过程中,抛光车间会有大量铝尘产生,铝尘不仅影响着生产作业,还会极大的危害工作人员身体健康,可引发铝尘肺病,而且当铝尘浓度超过一定界限并有明火时,铝尘会发生爆炸,严重威胁着生产作业安全。因此,对抛光车间铝尘浓度进行快速准确实时检测具有十分重要的意义。而传统的滤膜称重法测量时间长且不能快速实时检测,具有很多不足。本文研究方向为光散射法检测铝尘浓度及检测系统设计,主要内容包括以下几个部分:1.理论研究。通过介绍并分析国内外粉尘浓度检测的方法,确定采用光散射法来检测铝尘浓度,同时,对单颗粒球形Mie散射理论进行了论述,在此基础上基于等效球形颗粒直径理论对铝尘颗粒群的光通量与其浓度的关系式进行了推导,得出了它们之间存在线性关系,为本文基于光散射法铝尘浓度检测装置的设计奠定了理论基础。2.检测系统的硬件设计。硬件系统包含光学系统、信号调理系统和嵌入式控制系统。对光学系统的光源、探测器、光敏区、光路、采样中心角进行了设计与选型,对信号调理系统的IV转换、放大、滤波等电路进行了设计,通过光学系统与信号调理系统的设计完成了铝尘光电传感器的实体组装,最后对嵌入式系统的处理器进行了选型并对其外围电路进行了设计包括报警电路、LCD电路、驱动电路、温度传感器电路等。3.检测系统的软件开发与实现。基于安卓操作系统编写了铝尘浓度检测系统应用软件,该软件可以实现温度传感器及光电传感器的信号采集,并通过浓度转换程序得到铝尘浓度值,浓度超限后会控制报警。同时,该应用程序还提供了图形界面与使用者进行信息交换,用户不仅可以通过界面查看铝尘浓度的相关信息还可以对检测系统下达各种指令。4.实验研究。主要完成了检测装置的温度补偿和系统标定。确定了质量浓度转换系数K,同时对装置的准确度、重复性进行了验证和分析,实验的结果表明本文的铝尘浓度检测系统装置符合预期设计的要求。最后提出了本检测系统的几个性能指标包括检测浓度范围、响应时间等,并对误差原因进行了分析。

关键词： 远程监控   电源切换   以太网通信   UDP协议   嵌入式系统   ARM  

摘要： 本文研究的铁路信号双路电源远程监控系统是一款专用于铁路信号电源的系统。其创新性地突破了传统双路电源本地切换的局限性,可以远程实现双路电源在Ⅰ路和Ⅱ路之间的切换控制功能,并能在一台监测主机上完成对多个车站的电源监控管理。系统提供实用且便捷的电源远程切换解决方案,能缓解电源切换操作时所面临的花费时间长、成本高等问题,有效提升工作效率,对于铁路车站进行信息化、现代化管理具有重要意义。系统工作原理是将两个铁路用JWXC-1700继电器的后接点串联接入信号电源屏的切换线路中,并使用研发的具有通信功能的控制设备进行控制。在进行远程操作时,控制命令和数据从工区微机监测计算机发出,通过铁路信号微机监测专网到达安装在所辖车站机械室里的下位机控制设备,控制设备接收到控制信息后,输出动态脉冲驱动继电器励磁吸起,代替人工手动按下切换按钮的操作,从而实现电源的远程切换控制。下位机控制设备是本系统的核心设备,由基于ARM7内核的T2387I工控模块开发,能与上位机实时通信并实现逻辑控制。控制设备中设计了电源电路、动-静态交换输出驱动电路、继电器状态监测电路、以太网接口电路、JTAG调试端口电路、EEPROM存储扩展电路、拨码识别电路、状态指示灯电路等功能电路。使用的工控模块和元件都属于工业级别,安全系数高,具有良好的稳定性和可靠性。设备符合故障-安全原则,能够安全可靠地控制继电器励磁动作,无论是元器件损坏还是网络故障都不会产生误动作,不会影响到铁路系统中的其他设备。在硬件设备的基础上,开发能运行在T2387I工控模块上的嵌入式程序,使用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统进行多任务调度管理,并实现网络通信、继电器励磁控制、片外EEPROM数据存取、程序IAP远程更新等功能。在主机平台上使用Microsoft Visual C++ 6.0开发环境完成上位机控制软件的开发,包括界面交互设计、基于UDP协议的网络通信、控制命令处理等核心功能。利用上、下位机程序软件的协调配合,完成整个系统的通信及电源远程切换控制和监测等工作。完成整个系统的开发后,在实验室构建了简易的系统及功能检测平台,对系统各功能和性能进行测试,得出系统使用情况并给出评价,认为系统符合设计要求。从现场应用的反馈来看,系统能满足工程实际需要。

关键词： 嵌入式系统   Cortex-A9   RTEMS   控制平台  

摘要： 21世纪,嵌入式系统得到了快速发展,其相关应用也愈加广泛,嵌入式产品已经深入到人类生活中的各个方面。在嵌入式领域中,车载电子设备是嵌入式系统的一个重要分支。由于与车辆相关的设备众多,且相关处理繁杂,车辆的中控平台中常搭载如Linux等操作系统,但对实时性要求较高的车辆而言,Linux略显不足。此外,嵌入式车载设备中常使用的ARM7或ARM9系列的S3C2410、S3C2416、S3C2440处理器近年来已相继停产。故而,在嵌入式车载设备领域,亟需完成嵌入式实时操作系统对性能更好平台的支持,并丰富平台应用从而增加平台的市场前景。本文针对部分对实时性要求较高的嵌入式车载设备领域,设计并实现了一套基于Cortex-A9处理器、搭载嵌入式实时操作系统RTEMS的控制平台。平台硬件采用了以Cortex-A9为核心的IMX6开发板,通过CAN、COM和LVDS等接口与多种传感器、GPS等外设相连接。在IMX6开发板上,依次完成了 U-boot程序、BSP程序和RTEMS操作系统的移植工作,实现平台对多任务调度和多种外设接口的支持;并根据车载平台的需求,实现对多种车载传感器和GPS设备消息的接收、处理、存储、显示和上传等功能。最后,建立测试环境,完成平台对多种外围设备支持、平台消息处理等功能的测试工作。本次课题完成了基于Cortex-A9的嵌入式实时平台的开发工作,丰富了嵌入式车载设备中操作系统的种类,并设计了应用程序,实现了对车载设备消息的接收、处理、存储、显示等功能,增加了平台的可用性,也扩展了搭载RTEMS操作系统的车载设备的市场前景。

关键词： 多功能分析仪   温度控制   电机控制   嵌入式系统  

摘要： 随着社会发展,人们对健康的关注度越来越高,医生可以通过生化、血凝和特定蛋白分析结果判断病人身体状况。针对城乡医院、救援和野外作战医院存在资金、空间不足的情况,设计多功能分析仪对占有广阔市场,提高生活品质具有现实意义。本系统根据朗伯-比尔检测原理对信号进行采集、处理和分析。主控板控制核心采用STM32F207芯片,通过AD590和帕尔贴对温度进行检测和控制,利用USB与PC机进行数据传输,选用Lv8729对电机控制进行细分,通过CAN总线实现泵阀控制。本系统引入RT-thread实时操作系统提高各模块的协调能力。针对仪器在不同地域使用环境的差别,设计自适应温度控制算法,实现温度的智能控制,实现±0.5℃精度指标。通过实验和仿真对常规控制、模糊算法和BP神经网络进行了比较。另外通过设计细分电路和加减速算法,提高电机运行速度,减少失步和过冲现象,提高检测的精度。通过实验证明该方法能提高每次检测的重复性并节约每次测试的时间。实现了对各模块的调试,包括图形化界面的设计。最后,对血液样本进行检测,测试结果符合仪器的测试指标。