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关键词： 车载终端   3G   嵌入式系统   Vo IP   IM  

摘要： 随着物流行业的高速发展,车载监控管理系统作为物流运输系统中的重要组成部分,是推动整个物流行业信息化的关键。车载终端基于GPS定位技术、温度感知技术和无线通信技术,依靠后台系统实时远程监控行驶车辆的位置信息与状态信息,实现对车辆在物流运输过程中的有效管理,提高物流企业管理效率。针对远程监控行车状态信息难、通信不便等问题,通过对车载监控管理系统的需求分析,设计并实现了可供物流行业使用的物流车载实时监控管理系统。车载终端不仅可以实时采集和监控车辆自身状态信息,还可通过无线网络将信息上传到后台监控系统,最后通过IM和VoIP实现终端与后台之间的实时通信。论文的研究和开发工作集中体现在以下四个方面:1.车载终端系统移植。论文以ARM处理器为核心,搭载GPS模块、温度传感器模块、显示交互模块、3G模块、音频模块和电源模块,根据各功能模块完成终端板卡制作,并在此基础上移植嵌入式系统为程序提供运行环境。2.终端功能模块的设计与实现。论文设计并实现了行车状态、通信服务、系统管理和状态栏等4个模块。行车状态模块采集、解析和显示GPS与传感器信息,通过重写采集信息,实现协议转换,并将数据上传到后台监控管理系统;通信服务模块实现IM通信和VoIP等功能;系统管理模块对终端自身参数进行设置;状态栏模块实现显示GPS定位状态、广播消息等功能。3.通信系统的设计与实现。后台通信系统实现后台与终端之间发送广播消息、文字消息和语音文件消息的功能。4.系统功能测试。结合物流车辆监控管理系统,对终端进行了软件功能测试。测试结果表明,终端行车状态模块可完成对行车状态信息的采集、显示和上传,通信服务模块可实现终端与后台IM通信系统之间的正常通信功能。另外,物流车辆监控管理系统能正确的解析和显示终端上传的数据。目前物流车载实时监控管理系统已处于测试运行阶段,系统运行良好,可完成各项指标要求。

关键词： 智能停车场   管理终端   嵌入式系统   云端管理   车位预定   反向寻车  

摘要： 针对现有停车场管理系统存在的集成度低、出入口效率低、空闲车位获取速度慢、无车辆防盗功能、无互联网接口等问题,本文研究和设计了一种智能停车场系统,该系统由线上云端管理平台和线下本地停车场管理系统组成。线下系统由智能停车场管理控制终端、出入口管理子系统、车位识别子系统、车位状态控制子系统、车位引导子系统组成。管理终端作为智能停车场系统的线下控制中心,结合出入口管理子系统,管理车辆进出,收集车辆与收费等信息上传至云端,实现智能缴费功能,车辆无需等待,快速通过出场。同时,控制终端结合车位引导子系统可实现车位实时引导,结合车位识别子系统分析车位实时信息,实时监控车位,实现车辆防盗与预定车位功能,并结合车位状态控制子系统实时控制车位状态,实现反向寻车、预定车位等功能。线上系统即智能停车场云端管理平台,可与用户终端交互信息,并与线下系统结合,实现停车场的实时监控、远程配置、智能缴费、车位预定、反向寻车和车辆防盗监控等功能。同时,云端管理平台可同时管理几个停车场,实现多个停车场资源共享。智能停车场系统的主要硬件设备包括管理控制终端、岗亭终端、车位识别终端、车位状态控制终端以及车位引导节点控制器。这些设备均基于嵌入式Linux系统开发,性能高效稳定,安全性高。硬件设备之间通过有线网络传输控制命令、车辆信息、缴费金额及车位状态等实时信息。智能停车场系统将“车”与“车位”互联共享,实现停车场的云端管理,为管理者和使用者提供便利。车主可以通过线上系统与线下系统的配合提前预定车位,进场后利用各类诱导设施迅速找到车位,停车后远程获取到车辆实时安全状况。经实测表明,系统可智能实时地获取停车场各类信息,节省了大量的人力物力,确保各种车辆数据的实时、准确、高效。

关键词： 嵌入式系统   车牌识别算法   现场可编程门阵列   数字信号处理器  

摘要： 改革开放三十多年以来,我国居民的收入和消费水平大幅提高。汽车已经从以前的奢侈品,逐渐变为一种日常消费品,很多家庭都拥有一辆甚至更多数量的汽车。汽车保有量的迅速提高加重了我国城市交通的负担,尤其是许多大中城市不堪重负。交通管理部门迫切希望可以通过一种简单、高效、智能的方式来缓解交通压力。车牌识别系统作为一种智能的交通管理辅助工具,开始引起人们的广泛关注并逐渐成为研究的热点。但就目前的情况来看,国内市场上的众多产品大都存在一定程度的缺陷,在天气状况不佳或拍摄环境较为复杂的情况下,难以获得令人满意的识别结果。因此,进一步研究性能更好,更为智能的车牌识别系统具有非常重要的实践意义。本文对车牌识别算法及其硬件系统设计进行了深入研究。在车牌识别算法方面,首先重点研究了图像灰度化、二值化、滤波等预处理算法,然后对车牌定位、分割、识别等算法进行了深入讨论。提出了基于边界扫描法的“粗-细两阶段车牌定位算法”,以及基于连续投影二分法的“车牌字符分割算法”。在此基础上,设计了基于FPGA+DSP的嵌入式车牌识别系统,详细给出了系统主要部分硬件电路和软件程序的设计思想和实现步骤,包括图像采集模块、FPGA应用电路模块、DSP应用电路模块、液晶显示模块、电源模块等。最后,通过一些简单的实验对车牌识别系统的图像采集、识别准确率以及识别速度进行了测试。由实验结果可知,本课题研究的车牌识别系统在识别准确率方面表现较好,基本能够达到90%左右,同时系统处理时间相对于目前现有系统也较少。尽管如此,当一些车牌字符非常相似时,无法获得较为满意的结果,这方面将是下一步研究的重点方向。

关键词： 初晶温度   步冷曲线   温度密度法   嵌入式系统   ZigBee  

摘要： 初晶温度是电解质重要的物理和化学性质之一,同时也是熔盐电解工艺重要的参考数据,掌握初晶温度信息对提高电流效率、降低能耗、电解槽控制有积极意义。因此初晶温度的研究是展开低温电解工艺、新型电解装备开发等节能降耗,绿色环保生产研究的重要前提之一。本课题的主要目的是设计一套测量铝电解质初晶温度的设备,为电解铝的生产过程提供依据。初晶温度的测量方法有目测法、热分析法和差热分析法等,其中热分析法中的步冷曲线法适用于实时检测并作为本次课题的理论基础。针对铝电解车间有强磁场干扰,铝电解槽数量大等特点,设计一套便携式可移动测量装置。前端只负责温度采集,并通过ZigBee无线传输的方式将数据传至数据处理单元,数据处理单元负责实时接收温度数据,显示温度曲线,计算初晶温度等,这样技术人员只需要移动前端温度采集单元就可以完成初晶温度的测量。本文阐述了初晶温度检测装置的功能需求,包括采集到精确地温度数据,实时显示温度和曲线等,针对这些功能需求提出多种技术方案并对比其优缺点,选择最合适的方案。设计了前端温度采集单元的硬件电路,搭建测试平台并对硬件系统进行调试和改进。在学习嵌入式系统,Qt应用开发的基础上,编写了数据处理单元的软件代码。另外对初晶温度算法进行了研究,根据步冷曲线的特征提出差分法和密度法计算初晶温度,利用现场采集的实验数据进行分析最终采用温度密度法。对装置进行标定,并根据测试结果对装置改进。最后用信号发生器模拟热电偶信号进行演示和测试,并在信号中增加噪声,对实验结果进行分析。系统测试结果表明,用户可以通过该装置准确的完成对铝电解质初晶温度的测量。

关键词： 同时定位与建图   激光雷达   粒子滤波   分层重采样   嵌入式系统  

摘要： 随着我国工业自动化程度的提高,越来越多的工厂和仓储车间实现了智能化生产和运输,而不需要人工的参与。在这一过程中,自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)作为一种新型的智能运输装置,起到了重要作用。本课题以此为背景进行了基于激光雷达的室内移动机器人同时定位与室内地图构建算法的研究。首先定义了机器人系统坐标系,完成了基于里程计的运动模型和激光雷达环境感知模型的搭建,并根据激光雷达传输数据类型研究了激光雷达数据的读取方法。通过对比论证了本课题采用栅格地图作为地图模型的可行性,完成了基于概率模型的栅格地图状态更新算法的研究,并用MATLAB验证了该算法的建图效果。针对基于粒子滤波SLAM定位算法中因粒子退化导致位姿估计误差较大的问题,本文以贝叶斯滤波理论为基础,通过粒子滤波定位算法的理论推导,分析了粒子滤波过程中粒子退化的原因,针对该问题,完成了重采样算法的研究,设计了基于不同重采样算法的粒子滤波器,并完成仿真环境中的定位实验,根据实验效果选择了更适用于本课题的分层重采样算法的粒子滤波器。在此基础上,引入Rao-Blackwellized粒子滤波器(RBPF)的概念,并进行了常规RBPF-SLAM算法的研究。在常规RBPF-SLAM算法框架的基础上研究了混合提议分布的理论,并提出了基于分层重采样的改进RBPF-SLAM算法,通过编写仿真程序利用公开数据集进行仿真实验,验证了算法改进的有效性。以Turtlebot机器人为机器人实验平台,PC为上位机,分别运用原始的和改进后的SLAM算法进行真实环境中定位与建图实验,实验表明运用改进后的算法能够得到更好的定位与建图效果。最后完成算法的嵌入式移植,并结合AGV样机进行给定运行轨迹下的定位与建图,验证了算法在实际应用中的有效性。

关键词： 围棋自动记谱   机器视觉   嵌入式系统  

摘要： 围棋运动中采用人工记谱耗费精力且容易出错,针对这一问题,本文设计了一套基于视频图像分析处理和ARM+Linux的嵌入式机器视觉系统,实现了围棋自动实时记谱。首先,本文提出了一种新的解决方案,通过分析与对比研究了各种围棋实时记谱的算法,得到一整套实现围棋实时记谱功能的算法。通过棋盘轮廓的矩特征找到棋盘,通过棋盘轮廓的霍夫直线检测与求解直线极坐标参数方程组找到棋盘角点,通过透视变换校正棋盘图像,以便求出每个落子点位置,再根据每个落子点位置确定检测落子的感兴趣区域。根据直方图阈值分割检测落子,黑色棋子使用RGB图像转换的灰度图像进行分割,白色棋子则根据白色与黄色中蓝色分量不同,在蓝色分量棋盘图像中准确分割出白色棋子,由此得到黑棋与白棋的落子位置,提高了落子检测的鲁棒性。针对棋子检测必然遇到的手干扰问题,即根据棋盘本身轮廓与对弈时手与棋盘形成的轮廓的不同通过分析轮廓的凸包判断是否有手干扰。其次,本文研究了上述围棋实时记谱算法在ARM-Linux嵌入式移动平台上的实现方案。在硬件上,根据实时记谱的需要,研究确定USB数字摄像头为视频采集设备,ARM Cortex A53微处理器为分析处理单元,并介绍了硬件电路的高速PCB设计方法。在软件上,针对嵌入式硬件处理能力不如通用PC的情况,使用OpenCV源代码库与C++编程提高了软件的开发和运行效率。又在应用中对相关算法的复杂度、效果和参数设置方面进行了分析与优化,使围棋实时记谱能够在嵌入式Linux硬件平台上实现。最后,本文分别通过OpenCV for Android以及源代码编译安装的方法实现了在智能手机+Android和嵌入式开发板+Linux平台上的围棋实时自动记谱,实验结果表明,在正常的围棋对弈条件下,系统能够实现正确的实时自动记谱。

关键词： 云服务   嵌入式系统   声源定位   人机语音交互  

摘要： 随着嵌入式技术的日益进步以及信息技术的快速发展,语音交互技术在嵌入式上的应用成为目前的研究热点,包括语音交互设备、语音识别、语音合成以及说话者识别等相关技术。同时深度学习和云计算技术的发展有效推动了语音交互技术的进展。为此,研究基于云服务的嵌入式人机语音交互系统的设计及其相关技术具有重要的理论意义及实用价值。本文在介绍语音信号处理基本技术的基础上,重点研究了基于麦克风阵列的声源定位技术,设计了平面四元十字方阵声源定位模型,推导了平面四元十字方阵基于时延参数的目标定位方程。在对广义互相关法时延估计算法分析基础上,引入了低通滤波和削波预处理以提升时延估计的性能,进而本文提出了基于线性预测残差的广义互相关算法,提升了时延估计性能。本文设计一个基于TMS320DM368数字媒体处理器的嵌入式人机语音交互平台。该平台采用模块化的设计方式,主要包括主处理器模块、电源模块、存储模块、网络模块、语音采集及输出模块等。论文同时在所设计的嵌入式平台上实现了Linux操作系统以及相关驱动移植。在搭建完成的系统平台上进行了上层应用开发,实现了多路麦克风语音信号的采集,完成了所设计的基于时延估计语音定位算法的移植,设计了微软云(Microsoft Azure)接口程序实现了基于云服务的语音识别与语音合成,并实现了合成语音的播放功能。本文在实验室环境下对所设计的嵌入式语音交互系统进行了测试,测试结果表明所设计的语音定位算法能实现方位角和俯仰角的估计精度在10度以内,能正确完成命令字的识别、合成及播放功能,完成了智能人机交互系统的框架搭建,为后续的研究提供了基础。

关键词： 数字水印   嵌入式系统   DCT-SVD   ARM   鲁棒性  

摘要： 随着互联网技术和多媒体处理技术的迅速发展,数字多媒体作品大量涌现,但随之而来的是数字化信息的安全性面临着严峻的挑战。因此,数字水印技术应运而生,成为了密码技术的重要补充。近年来,各种数字水印算法层出不穷。而多数水印算法都是在性能较高的PC机上实现,成本高、便携性差等原因使得它已经不能满足数字化信息保护的需求。同时,随着嵌入式系统技术的快速发展,数字水印技术的硬件实现以及便携式的数字水印终端,成为数字水印技术研究的一个新趋势。本文首先对数字水印产生的背景和研究现状进行了综述,重点介绍了嵌入式平台上数字水印技术的发展状况;然后简要的阐述了数字水印的基本框架、特征、分类标准等;详细的分析了具有代表性的水印算法和性能评估方法,还对嵌入式系统的组成、特点、常见的嵌入式微处理器以及常用的嵌入式操作系统作了简要介绍。针对嵌入式平台CPU的运算速度以及内存容量有限等情况,提出一种面向便携式数字水印终端的DCT-SVD方法。该方法在空域中计算DCT域直流分量,大幅降低算法的时间复杂度,同时又结合SVD方法,提高水印的鲁棒性。此外,本文还以该方法为基础设计并开发了一款基于S3C6410的便携式数字水印终端,在系统的硬件方面,完成了嵌入式微处理器选型和LCD触摸屏、USB供电、串口、存储器等外围电路设计;在系统的软件方面,完成了嵌入式Linux操作系统的移植,包括交叉编译器安装、U-boot移植、Linux内核配置和根文件系统的制作等。在应用程序方面,首先利用Qt Creator开发软件实现了用户图形界面模块;其次将水印生成、水印嵌入和水印提取用C语言编写分别实现了制作水印模块、嵌入水印模块和提取水印模块;最后经过交叉编译移植到S3C6410硬件平台上,实现了数字水印终端。实际测试结果表明,本文设计的数字水印终端系统运行稳定,本文方法对常见的图像攻击具有较好的鲁棒性,与同类算法相比,具有较快的嵌入与提取速度,有一定的实用价值。

关键词： PID控制   遗传算法   神经网络   Kalman滤波   嵌入式系统  

摘要： 两轮自平衡车是轮式移动机器人的一种,它可以感知到外部环境的变动并且根据此变动做出相应的动态决策。它的结构源自于倒立摆模型,因此它也包含倒立摆的不确定性、非线性和强耦合性等特点。可见,两轮自平衡车可以作为一个检验各种控制算法的平台,因而对它的研究具有非常重要的理论意义。两轮自平衡小车内置了陀螺仪和加速度计用于采集小车的倾斜角度和角加速度,小车采用PID控制算法,通过调整比例P、积分I和微分D三个系数来使小车保持平衡性。传统的控制过程通常是依靠人工经验来调整这三个参数的,不仅费时费力,而且较难接近理想参数。所以,本文的研究目的是采用一些智能算法来实现控制过程的自适应调整功能,提出结合遗传算法和神经网络来实现PID参数自整定。此外,通过分析Kalman滤波算法在单神经元PID控制过程中的作用,将其应用在小车的数据滤波中。遗传算法和神经网络相结合的方法不改变PID控制过程,而是优化PID参数的调整过程以替代人工经验调整。遗传算法先在有效的参数范围内生成一代染色体种群,然后依据PID控制效果来计算适应度函数,根据优胜劣汰法则,选取适应度较高的染色体继续进化。但计算适应度的过程需要被控对象的参与,如果采用实体小车作为被控对象不仅不方便而且耗时长,为解决这一问题,该方法充分利用了神经网络的模拟功能,用训练好的神经网络模拟被控对象,协助遗传算法计算适应度函数,继而在遗传算法进化过程中逐代优化PID控制器的参数。单神经元网络改变了传统PID控制过程,把控制参数的调整转变为网络的权值迭代。单神经元结构简单,易于计算,可以在闭环控制过程中不断地调整网络的权值,从而优化控制效果。针对实际的单神经元PID控制器包含输出噪声,从而导致控制性能降低的问题,本文提出采用Kalman滤波理论来改进单神经元自适应PID控制算法。在改进算法中,引入状态空间的概念,采用时域上的递推方法进行数据滤波,控制对象的输出值经过Kalman滤波算法处理后再返回闭环控制系统。本文对两轮自平衡小车进行了实验,以及做了大量的仿真实验。结果表明,遗传算法和神经网络相结合的PID参数整定方法通常能获得较好的控制性能,具有较强的鲁棒性和较快的响应速度,可以替代传统的人工调试。通过Kalman滤波算法在单神经元PID控制过程的方波位置跟踪实验中验证了Kalman算法的滤波性能,将其应用在平衡小车的数据融合中也获得明显的滤波效果。本文借助遗传算法和神经网络等智能算法提出了PID自适应控制解决方案,并通过实验验证了方案的可行性,为智能控制和参数自整定领域提供了一些借鉴和参考。

关键词： 光纤传感   压力温度测量   边孔光纤   扫描激光器   嵌入式系统   寻峰算法  

摘要： 目前大多数光纤传感系统都需要依赖于光谱仪、宽带光源等大型仪器设备,难以广泛应用于实际工业生产当中。为此,本文提出并设计了一种基于扫描激光器的光纤压力、温度测量系统。系统将光源扫描、数据采集、光栅解调、数据传输等功能集于一身,进行嵌入式开发,为压力、温度等参数的快速、实现测量提供一种小型化、低成本的解决方案。最后,针对系统的波长解调精度、压力和温度的分辨力进行了相关实验测试,并结合实验结果给出了系统的性能指标。本文的研究内容主要涉及到以下几个方面:1.简要介绍了目前国内外进行双参数或多参数测量的光纤光栅传感技术以及光纤光栅解调技术的发展概况,并对其中典型的多参数测量方案和光栅解调方案进行了分析。2.介绍了光纤光栅和边孔光纤光栅的物理结构、传感机理及温度压力特性,理论分析了利用边孔光纤光栅双反射峰的中心波长和双峰间距实现对压力、温度双参数同时测量的可行性,为后续的研究提供了理论支撑。3.介绍了系统总体设计方案,详细分析了系统硬件部分的设计制作,主要包括系统光路和硬件电路两个部分,其中光路主要由环形器、边孔光纤光栅、单模光纤组成;硬件电路部分主要由嵌入式系统、可调谐激光器、光电转换、模数转换和采集、串口、USB、以太网等模块组成。4.介绍了系统软件部分的设计和调试工作,主要包括系统整体软件的流程设计、uC/OS-III实时嵌入式系统的移植、用户任务、用于波长拟合的牛顿最小二乘法拟合算法以及相关上位机软件等几个方面。5.针对系统的拟合精度和压力、温度测量性能进行了相关实验测试,主要包括可调谐激光器性能测试、光电转换及AD采集模块的噪声分析、波长拟合精度、压力测量和温度测量等方面。实验结果表明,在温度为10～50℃、压力为0～1.2MPa时,系统的波长解调精度可达1pm,压力及温度的分辨率分别达到了0.1 MPa和0.1℃。