课程文献中心 更多>>

关键词： CAE技术   ANSYS   嵌入式系统   参数化   超声电机  

摘要： CAE技术已经在工业产品的设计、研发过程中得到了广泛应用,然而,大部分CAE软件的使用都较为复杂,为了解决ANSYS软件针对性不强、操作步骤繁琐的问题,开发了一种嵌入ANSYS软件界面的参数化分析系统。该分析系统利用ANSYS软件的二次开发工具APDL语言和C#编程语言编写完成,分析系统通过将ANSYS软件界面嵌入在分析系统主界面中,使用户能够直接查看整个有限元分析过程,并且结合ANSYS软件的APDL语言和参数化设计技术,减少了大量ANSYS软件的重复操作。提出了一种新型的弹簧定子超声电机,设计了弹簧定子超声电机的基本结构和驱动方式。为了简化超声电机有限元分析流程,将所开发的参数化分析系统用于弹簧定子超声电机的研究,在分析系统中能够完成超声电机的模态分析、谐响应分析和瞬态分析等动力学分析,实现了超声电机动力学分析全过程的参数化,固化了超声电机的有限元分析流程,提高了超声电机有限元分析效率,为弹簧定子超声电机性能研究提供了一个高效的平台。

关键词： 户用光伏   能源管理   嵌入式系统   SQlite   Qt  

摘要： 户用光伏储能系统中,如何实现对户用光伏电池、储能电池、户用负载和交流电网的运行状态及主要参数的监测、控制和保护,如何协调好户用光伏电池、储能电池、户用负载和交流电网之间能量的合理调配,研究户用光伏储能系统的能源管理装置具有重要意义。本文阐述课题研究背景、研究目的与研究意义,对国内外能源管理装置的发展及研究现状做了具体分析。阐述能源管理装置的功能,控制方案及工作原理,确定能源管理装置的总体架构。在硬件平台设计上,选用ARM11系列的S3C6410作为核心控制器,硬件平台电路设计主要包括电源接口电路、USB接口电路、通信接口电路、SD Card接口电路、LCD电容触摸屏接口电路。对于能源管理装置软件平台,本文采用嵌入式linux操作系统和Qt作为软件开发平台,进行宿主机平台搭建及嵌入式linux操作系统移植,选用SQlite作为能源管理装置的后台数据库,使能源管理装置具有数据存储的功能。能源管理装置采用的通信传输方式有RS232、RS485、SX1278及以太网。其中RS232主要实现能源管理装置与户用负载参数的数据通信;RS485主要实现能源管理装置与外界环境参数、户用光伏电池参数及交流电网参数的数据通信;SX1278主要实现能源管理装置与储能电池参数的数据通信;以太网主要实现能源管理装置与上位机的数据通信。选用Qt软件设计能源管理装置应用程序及人机界面,能源管理装置应用程序交叉编译移植到硬件平台,在实验室搭建能源管理装置硬件测试平台,进行功能测试。测试表明,满足系统设计要求。该能源管理装置具有体积小、功耗低、操作方便等特点,具有很好的市场应用前景。

关键词： 嵌入式系统   逆反射系数   检测仪   S3C2416  

摘要： 逆反射是反射光线从靠近入射光线反方向返回的一种反射。逆反射材料是根据逆反射原理研制的新型材料,能够提高远距离可视性,特别是夜间可视性。正是由于具有这种独特的视觉特性,逆反射材料被广泛应用于道路交通安全产品。逆反射系数是评定逆反射材料性能的关键指标,精确测量逆反射系数是保障道路交通安全的基础。本文研究分析逆反射系数测量方法和嵌入式系统技术,以S3C2416为核心处理器,采用逆反射系数相对测量法,设计一台体积小、精度高的便携式逆反射系数检测仪,实现逆反射系数实时准确测量。本文对逆反射系数测量方法进行研究,在相对测量法测量原理的基础上,提出检测仪的总体设计方案。使用光学平面镜和半反射半透射镜完成测试光路设计,满足逆反射系数检测仪测量距离短、精度高的要求。设计柯拉照明系统,改进LED光源照度均匀性。研究S3C2416处理器特点,完成以S3C2416处理器为核心的硬件电路设计,主要包括电源、存储器、LCD触摸屏、网络通信接口等硬件功能模块和由光照传感器BPW21、调理电路和AD转换等部分组成的光照度测量模块。应用程序采用嵌入式Linux操作系统,Qt图形应用程序开发框架,通过交叉编译方式,建立宿主机应用程序开发环境和目标机软件运行环境,完成人机交互界面开发和系统测试以及数据分析。应用数据拟合算法,采用最小二乘法对各颜色标准样本测试数据进行数据拟合,得到特定颜色的标定函数。利用标定函数完成测试样本测试。为了保证仪器的准确性,对测试数据进行了重复性试验和与标准样本逆反射系数对比试验。结果表明,本文设计的逆反射系数检测仪满足应用需求。

关键词： 免疫层析   嵌入式系统   图像处理  

摘要： 纳米金免疫层析法是一种将纳米金标记技术、免疫测定技术和层析分析技术等多种技术结合在一起的固相膜免疫测定技术,其对检测条件的要求较低,适合于户外及偏远地区的使用。但由于免疫层析生化反应的复杂性和试条制作工艺的限制,导致其通常用于定性和半定量的检测,并依靠肉眼识别。基于这种现状,市面上出现了多种定量检测系统,这些检测系统在一定程度上解决了定量检测的问题,但也各自存在着成本高、体积大、精度低等缺陷。因此,本文旨在克服现有技术的不足,研制一种低成本、快速检测、高精度、便携式的智能定量检测系统实现纳米金免疫层析的定量检测。本文设计的智能定量检测系统结合了免疫层析检测技术、纳米金标记技术、嵌入式技术、光电传感技术和图像处理技术,在前人研究的基础上,实现了纳米金免疫层析智能定量检测系统硬件平台和软件系统的搭建。选用绿色环形LED光源作为激发光源,由图像传感器OV2640采集试条图像,通过烧录于微控制器STM32F407的图像处理算法和工作曲线获得定量检测结果,并以人机交互的形式呈现在液晶显示屏上。其中,硬件平台选用体积更小,性价比更高的模块完成图像的采集和处理。在保证图像质量和检测精度的前提下,有效地减少了系统的体积,提高了便携性,并且极大降低了成本,适合产品的普及以及偏远地区远程医疗的需求。软件系统针对试条图像特点采取相应的图像处理算法,其中,本文提出的自适应阈值模糊神经网络算法,能很好地处理试条检测线与质控线灰度范围差异以及检测窗口背景像素灰度值不均的情况,完整地提取出检测线和质控线。并以相对积分光密度值作为特征值,剔除实验中不确定因素的干扰,由此得到的工作曲线线性相关度高达0.99679。最后,通过移植实时操作μC/OS-Ⅲ和STemmWin图形库并创建和调用字库,实现人机交互功能。

关键词： 软件抗衰   检查点容错   嵌入式系统   VxWorks  

摘要： 近年来,随着计算机技术的高速发展,嵌入式系统越来越多的影响着人们的生活。嵌入式软件多数情况下运转在长时间无人干预的条件下,这对嵌入式系统的可靠性提出了很高要求。而伴随着系统复杂程度的提高,嵌入式软件出现失效的概率也在不断增加,因此需要采取一定的措施来减小失效发生的概率,并且使软件具有失效后快速恢复的能力。论文针对软件可靠性问题,分析了软件自恢复在嵌入式平台上的实现方法,基于VxWorks操作系统,设计了一种将软件容错中的检查点技术和系统抗衰技术相结合的自恢复系统。论文首先分析了常用的保证软件可靠性的技术特点与适用范围,针对不同特性任务采取不同恢复策略;其次,给出了对VxWorks进行监测的方法,通过评估系统的运行状态,为系统恢复策略的选择提供依据。设计了基于VxWorks的自恢复系统需要的基础功能模块,如任务泄露内存的检测与回收、主动内存管理等,并给出了动态替换系统函数的方法。最后,根据软件抗衰技术与检查点技术的原理,设计并实现了软件自恢复原型系统。原型系统基于用户指导,用户可对自恢复策略进行定制。模拟实验证明,自恢复系统可以有效对系统的异常状态进行恢复,从而提高了嵌入式操作系统的可靠性。

关键词： 多媒体传感器网络   全向视觉感知   图像配准   图像融合   嵌入式系统  

摘要： 近年来,无线多媒体传感器网络(WMSN)在监控领域引起了广泛的关注。有向感知的WMSN节点很难满足快速部署的要求,因而有必要增强其感知范围,研究具有360度全向感知特性的WMSN节点。本文针对WMSN在全向视觉感知方面的需求,研究了基于多路广角摄像机的全景拼接算法,并实现了基于多核ARM嵌入式平台的全向视觉感知系统,具有积极的科学意义和应用价值。由于采用多路广角摄像机构成全向视觉,图像畸变校正是本文的首要问题。本文采用张正友标定法,对广角摄像机进行了标定并获取摄像机的内参。研究并分析了多种不同的校正算法,通过对比其实际效果,选择逆向除法校正模型实现图像的畸变校正处理。实验结果表明,逆向除法模型具有很高的鲁棒性与校正效果。在图像配准前,本文提取了图像的SIFT特征与SURF特征,通过分析与比较两种特征的检测效果与配准效果,采用了稳定性更好的SIFT算法。在特征点的匹配中,本文采用实时性较高的特征向量匹配算法与随机一致性算法,通过归一化的引入,进一步提高了随机一致性算法的效果,进而得到了良好的匹配结果。在图像配准方面,本文研究了全局单应性方法和形状保持半投影算法(SPHP)。相对于单应性变换方法,SPHP算法表现优异,但视差较大时仍然会出现配准误差。针对这种情况,本文以SPHP算法为基础,提出了一种基于运动检测的图像配准方法,有效地提高了视差较大情况下的图像配准精度。对于相邻图像拼接后存在拼缝的问题,本文讨论并分析了多种图像融合的算法。通过比较不同方法的效果和实时性,采用加权平均的方法实现图像的融合处理。在实际应用中,相邻图像的亮度差异较大时,融合后的图像亮度差异仍然较为明显。针对这一问题,本文分析并比较了直方图均衡化方法以及基于重叠区域的亮度均衡方法,并提出一种基于特征点对的亮度均衡方法,有效地解决了图像亮度不均的问题。最后,本文阐述了 ***6Q多核处理器的硬件配置及PCIE采集卡的性能,在PC机环境下裁剪了 Linux内核,去除不必要的驱动。为提高系统的运行效率,本文使用了多个硬件协处理器。在算法方面,采用坐标映射的方法简化处理流程,减少不必要的计算。在此基础上,采用Linux多线程方式采集和处理图像,构建了基于多核ARM嵌入式平台的全向视觉感知实验系统。

关键词： 目标跟踪   Cam Shift   局部差分   最优特征   嵌入式系统  

摘要： 伴随着视频监控智能化的步伐,目标跟踪等图像处理技术逐步与普通应用场景对接,对跟踪算法的综合性能提出了新的需求。本文以相关项目为背景,在现有网络监控系统的模式上,结合智能图像分析算法和云台控制技术,以实现对监控画面内移动物体的检测和锁定跟踪功能。文中首先对基于图像的动目标检测和跟踪技术及相关原理进行了分析,结合实际需求,选取简单、高效的Cam Shift跟踪算法进行深入研究。针对Cam Shift算法环境依赖性强和容易出现跟踪漂移等问题,提出了改进思路。通过引入Kalman滤波、局部差分方法和最优特征的思想,实现了跟踪效果的明显优化。实验证明改进后算法在增加较少计算量的情况下减少跟踪过程中出现的不稳定现象,提高算法的准确性和鲁棒性。在此基础上根据项目需求,系统采用嵌入式平台和云台摄像头的结构,在保障视频采集、压缩和传输功能稳定的前提下,采用多线程编程方式,完成了目标检测和跟踪程序的设计。最后通过实际验证和分析证明了系统的可用性和跟踪算法的可移植性,完成了设计目的。同市场上现有跟踪摄像头相比,该系统具有明显的技术优势,因此也具有更稳定的跟踪效果和应用价值。

关键词： 嵌入式系统   软件能耗建模   片级   系统级  

摘要： 随着计算机技术的高速发展,嵌入式系统的性能也不断提高,嵌入式设备渗透到了人们生活生产的方方面面。其不仅应用于通信、金融、交通、医疗、仪器仪表、制造业控制等民用领域,还应用于航天航空和军事装备领域。由于嵌入式系统的广泛应用,它在应用中所产生的能耗会给信息与通信技术行业以及社会环境带来不良影响。针对此问题,本文就嵌入式系统能耗角度考虑,对其中相关的三个层级进行能耗估算模型的建立与分析。嵌入式系统是针对特定功能而开发的计算机系统,是一个软硬件结合的综合系统,它的硬件组成与软件组成是不能分割的。对于嵌入式系统的能耗分析研究,需要分别从硬件能耗、软件能耗以及硬件与软件的相关性等多方面对系统进行研究。本文对硬件层结构以及与硬件层相关的软件层的主要功能进行逐层分析,研究底层的片级能耗以及与硬件相关的BSP级和驱动级能耗,完成了以下工作:1.研究分析了嵌入式系统的硬件组成结构和软件体系结构,并对硬件层和软件层的能耗相关研究工作进行了分类综述。2.建立了基于传统的Petri网的片级能耗模型。在满足系统性能度量指标条件下的片级硬件结构模型中,将硬件功能模块划分为处理器、存储器、输入输出和外设四个功能模块,分析各功能模块之间在工作模式下所产生的能耗量。3.建立了BSP级和驱动级的能耗模型,并以LCD为例分别进行了能耗估算。首先分析了板级支持包BSP对硬件设备的初始化工作,并将各初始化状态抽象成状态连通图,分析出各初始化阶段产生的能耗与初始化程序、初始化时间有关,建立了BSP级的能耗模型;其次以字符设备为例分析了驱动程序中的I/O服务程序、设备驱动子程序、中断服务程序,建立驱动级的能耗模型;最后分别对两者进行能耗估算实验。4.建立了底层片级到系统级总能耗模型。联系层级之间的关系,建立了总的结构模型,并以LCD的驱动流程为例,对其过程产生的能耗进行估算;然后将能耗模型估算结果与能耗模拟器结果进行对比实验,实验结果证明了模型估算的有效性。总结以上的研究工作内容,分析了嵌入式系统与硬件相关层级对硬件设备产生能耗的过程,建立了三层级的总能耗模型,通过实验结果分析,达到了将抽象的系统能耗具体化的基本目的。在此基础上,对源程序进行了能耗优化与分析。

关键词： 嵌入式系统   Linux   图像采集   电子内窥镜  

摘要： 微创外科(minimally invasive surgery,MIS)是现代外科发展的重要标志,而内镜技术的应用使微创外科面临的在小切口条件下所显露的手术视野不佳、手术量化程度不高、止血困难等问题迎刃而解,微创外科得以深化和拓展。但传统内镜如胸腔镜、关节镜等功能单一,设备庞大,构件数量多且连接复杂,消毒处理不方便。因此,本文设计了一种构成轻便、适应症宽、消毒灭菌方便的无线医用内镜装置。装置总体结构上包括便携式操作手柄、无线充电底座和摄像探头三部分组成。操作手柄是一套结构紧凑的嵌入式图像采集和处理装置,它由可充电电池供电,充电方式采用无线充电;操作手柄一端是USB摄像头,手柄内部无线通信电路通过WiFi将摄像探头采集的图像传输到独立的显示装置上。无线充电和无线图像信号传输的设计架构保证操作手柄不会有连接电缆或电源线,也没有裸露的金属端子,易到达手术级别的消毒要求。该设计以Linux为操作系统,基于无线SoC方案,外接一个包含CMOS传感器、视频处理电路和LED补光的USB摄像探头,利用MJPG-streamer搭建视频采集系统,通过WiFi将探头采集的图像传输到上位机,医生可实时获取图像信息并按需录制视频,同时具有触摸调光、按键抓拍并将图片上传到上位机等功能。实验证明,该系统可以获取较高质量的图像。用作微创外科的辅助工具,可提高手术精准性,对促进微创外科技术的发展,提高内镜技术的应用范围和质量,都具有非常积极的推动作用。

关键词： 步行机器人   分布式控制   控制系统   嵌入式系统   模糊控制  

摘要： 本文基于已研制出的液压驱动双足步行机器人样机,设计了嵌入式控制系统以实现样机的步行功能。首先根据机器人样机特性,结合当前发展趋势,提出了五点控制系统设计要求,根据需求确定了系统通信方案和嵌入式实时操作系统,采用分布式结构,将控制系统分为规划模块、传感模块和驱动模块三个部分。其次根据控制系统三个模块的功能需求,完成了相关硬件电路设计,软件方面设计了实现规划模块功能的各项任务,可通过uC/OS-Ⅲ操作系统进行调度,利用实时以太网EtherCAT实现了不同模块的数据传输,使用姿态传感器内部的DMP完成了机器人姿态数据采集,移植文件系统FATFS,采用双缓冲区模式存储系统运行过程中的关键数据。接着对机器人关节驱动控制方法进行了研究,考虑到传统PID控制方法的不足,使用自整定模糊PID控制驱动机器人关节,对机器人关节建模,详细分析了比例、积分、微分环节对系统的影响,再制定模糊规则,通过仿真说明模糊PID控制比传统PID控制在机器人关节控制上更具优势。最后搭建实验平台,对嵌入式控制系统的相关性能进行了实验与分析。数据收发实验说明数据传输稳定、准确,数据采集实验验证了关键数据写入无丢失,机器人运动控制实验中,单关节控制实验证明模糊PID控制更适用于液压步行机器人,控制周期实验证明4ms以内的控制周期可以满足机器人控制需求,多关节联动实验表明机器人步态周期越长,控制效果越好,步态周期过短时机器人关节驱动能力不足,步行实验证明嵌入式控制系统可以满足机器人慢速平稳步行的需求。