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关键词： 单片机   嵌入式系统   设计要点  

摘要： 计算机技术的发展日新月异,给人们的生产生活带来了极大变化,其中,单片机的发展使用已经逐渐扩大到社会生活的各个领域,大大提升了人们日常生活的智能化程度,尤其是嵌入式系统的开发利用,不仅可以实现单片机的远程调控,还能更好的实现信息处理以及数据存储,但目前发展还未成熟,本文将分析探讨嵌入式系统的相关设计要点,以期促进单片机的应用发展。

关键词： 远程监控与服务   粉末成型机   调模算法   回弹装置   嵌入式系统  

摘要： 粉末成型机是粉末冶金中重要的设备之一,随着我国粉末冶金行业的高速发展,粉末成型机的智能化程度低已经成为制约其发展的重要原因。为了提高粉末成型设备的智能化程度,急需一套能实现该设备远程监控与服务的系统,在线监控设备的运行状态,及时发现故障并提供远程服务。本文以HPP8500型粉末成型机为研究对象,研发了大型粉末成型设备的远程监控与服务单元。文中分析了远程监控、粉末成型机调模和下冲回弹装置的研究现状,对大型粉末成型设备的远程监控与服务单元进行了总体设计。研发了基于STM32微控制器的下位机现场监控前端,该监控前端可以获取粉末成型机的机器参数、压制参数、运行参数并通过3G通讯方式,传输到远程服务平台,而上位机远程服务平台利用C#进行开发,整个系统实现了远程辅助调模、电控下冲回弹、远程状态监测、远程控制等功能。在远程监控和服务单元的基础上,针对粉末成型设备在使用中遇到的调模困难问题,提出了基于优选法和模糊控制相结合的调模算法;对粉末成型设备在脱模过程中,出现的产品开裂问题,设计了电控下冲回弹装置。并最终在HPP8500型粉末成型机上对上述调模方法和电控回弹装置进行了验证。结果表明,上述方法有效地提高了调模效率,降低了调模难度,提高了产品的合格率。研究设计的远程监控与服务单元已经在粉末成型机上得到了初步应用,实现了对HPP8500型粉末成型机远程监控与服务的预期目标,提高了传统机械式粉末成型压力机的智能化水平,对大型粉末成型压机及其他制造装备的监控与服务都具有一定的实际参考价值。

关键词： 嵌入式系统   编辑部   ARM   物联网应用   操作系统   动态手势识别   控制系统设计   单片机  

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关键词： 斜拉链机   自动化故障检测   嵌入式系统   图像处理   UPC-E  

摘要： 斜拉链机作为一种物料运输装置在工业生产领域得到普遍的使用,斜拉链机的滚轮是斜拉链机的重要组成部分,且在长期的负重工作中容易出现滚轮拖动滑行以及滚轮脱轨故障。目前对于斜拉链机滚轮的故障检测主要以人工为主,且现有的自动化检测方式存在诸多弊端,因此本论文提出一种利用图像处理来实现斜拉链机滚轮故障自动化检测的方法,并且设计实现了嵌入式检测终端、服务器软件以及客户端软件,最终构建了一套斜拉链机滚轮故障检测系统。论文简要描述了斜拉链机的工作原理,并对已有斜拉链机滚轮的自动化检测方法进行了分析,提出了采用图像处理方式来实现斜拉链机滚轮故障自动化检测系统的设计。并重点从硬件设计、图像处理算法设计和软件设计三个方面来对整个系统的设计与实现进行阐述。硬件方面描述了检测端核心板、摄像机、镜头、光源等硬件的选型,并描述了嵌入式检测端核心板外围电路的设计与实现。图像处理方面描述了滚轮故障的检测原理,并详细的描述了图像采集、图像预处理、图像分割、图像特征提取以及UPC-E条形码识别等图像处理算法实现以及优化。软件方面分别对检测端嵌入式Linux平台、服务器端Linux平台以及客户端Windows平台的应用软件设计与实现进行了描述。最后描述了实验平台的搭建以及试验数据的获取,并通过试验分析验证了检测方法的可行性以及整个系统方案的可行性。

关键词： 嵌入式系统   目标跟踪   电线检测   大律法   概率霍夫变换   聚类  

摘要： 无轨电车是一种节能环保、舒适卫生、廉价灵活的公共交通工具。其在运行过程中,需严格按照高空中架设的电线路径前进。无轨电车在实现超车或者变道时经常会造成集电杆与高空电线网络的脱离,目前解决该问题的方法是停车后手动连接,因此容易造成交通阻塞。针对上述问题,本文将嵌入式系统与目标跟踪算法相结合,设计了基于嵌入式系统的实时自动连接平台,并提出电线的实时快速检测跟踪算法,论文主要内容如下。1.设计并实现了基于嵌入式系统的实时自动连接平台,包括硬件处理模块、传感器和镜头的选型工作,以及嵌入式系统Linux运行环境的搭建、启动文件的生成和定制、驱动模块的加载等。2.提出应用于自动连接平台的电线检测跟踪算法。算法包括图像预处理、电线提取、电线筛选三部分。利用快速滤波模板,结合大律法(Otsu)得到滤波模板的分割阈值,从而提取电线二值图像。再应用概率霍夫变换(PHT)获取直线信息集合。最后在霍夫空间下,使用系统聚类算法对直线集合进行聚类分组,结合电线特征获取电线位置信息。3.针对滤波模板检测的精准性、电线目标跟踪算法的可靠性和实时性及自动连接平台的可行性和安全性设计验证实验。实验表明,滤波模板在保持实时性的同时,提升了检测精准度;电线目标跟踪算法检测正确率可达95%,平均运行时间18.6ms/帧,满足实时性要求。同时,自动连接平台实验表明,算法移植至硬件平台后,运行时间为100ms/帧,检测正确率为95%,从而证实了平台的安全性和可行性。

关键词： Zynq-7000   FPGA   嵌入式系统   HDMI   压缩传输  

摘要： 随着现代工业化与信息化快速融合,加上国民需求日益提高,工业和民用对远距离的视频实时传输的要求越来越高。HDMI接口作为主流的数字化视频传输接口,其传输速率极高但是无法实现长距离的传输信号,常用的远距离网络视频传输技术可以实现信号的远程传输,但延迟时间大约在500ms以上,而一些特殊行业和应用场景(舰船和空管系统等),要求视频信号传输延迟时间小于100ms,而普通的传输技术并不满足要求,进而限制了其的应用。针对远距离实时传输高清视频流的远距离传输和低时延性两个技术问题,且结合HDMI接口信号特点,调研了很多主流的视频压缩算法,综合考虑选择借助FPGA的高速并行处理能力且采用二维整数离散余弦变换作为帧内压缩的算法,其次通过优化量化方法降低边界误差,再次算术编码且打包处理后,通过有线网络或无线信道发包到接收端,接收端通过解包、解码和加入零均值噪声处理来还原原始数据内容。最后并在本文中进行实物验证与测试。考虑到高清视频流是大数据的传输,加上有着低时延的要求,因此在硬件选择上,本设计选择Xilinx公司的一款将FPGA与ARM硬核紧密结合的芯片Zynq-7000作为发送端平台和Samsung公司的Exynos-4412处理器作为接收端平台。选用FPGA芯片优点在于数字信号高速处理方面,而选用ARM优点在于任务调度、操作系统移植性强方面,通过硬件和软件协同设计进而极大地发挥了FPGA的实时性和ARM的灵活性特点。再次,在本设计中提出的一种低复杂度、码流稳定及低时延性的视频压缩算法以及优化量化方法来降低边界误差,实现了对此算法的实现以及对此方案实物硬件开发和软件平台部分的搭建,并对系统的各个功能模块进行了测试,验证了本设计的正确性。

关键词： 盾构机   推进系统   土压平衡   可编程控制   嵌入式系统  

摘要： 盾构机作为城市地铁修建中的重要工程设备,主要完成城市地下隧洞的施工修建任务。由于在盾构机施工过程当中,不仅要实现直线前进,还需要实现转弯、曲线前进、纠偏、姿态调整等功能,因此,进行推进系统的精确控制在盾构机技术研究中具有重要意义。本课题以盾构机控制系统再改造项目为背景,针对推进系统的控制主要完成以下工作:首先,简要介绍盾构机推进系统的控制原理,重点分析了以密封土仓的排土量和进土量的控制为原则的两种方法,进而实现对螺旋旋输送机转速和推进速度的协调控制,选用模糊PID控制策略完成密封土仓压力的调节。并建立密封土仓压平衡模型,验证了上述两种控制方法的可行性。其次,详细分析了推进系统的液压控制原理,以推进液压缸为对象进行研究,在AMESimm中,创建推进液压缸的开环和闭环控制仿真模型,进行推进压力和推进速度的开环和闭环仿真实验,为编写推进系统PLC控制程序奠定基础。仿真结果表明,推进压力和推进速度的双闭环控制,可以有效的减小两者之间的相互影响作用,从而提高对推进系统的控制。再次,完成基于可编程控制器(PLC)推进控制系统的设计。设计了推进系统电气控制系统,完成PLC硬件组态和程序的编写,实现推进系统PLC程序所需要的功能,在盾构掘进和管片拼装两种工作方式下,实现了对推进系统的控制,并在此基础之上完成PLC程序的现场调试工作,达到预期的效果。。最后,对盾构机推进系统中的泡沫单元进行控制,以嵌入式LPC1788为控制单元,完成泡沫系统硬件电路的设计,在硬件平台的基础之上完成μC/OSⅡ实时操作系统的移植、底层驱动程序的编写以及人机交互界面的设计工作,最终,实现对泡沫系统中参数的监测、采集以及控制等功能。

关键词： 嵌入式系统   故障模型   动态故障树   时序故障   SBDD方法  

摘要： 在嵌入式系统设计阶段,对系统的体系结构进行可靠性评估可以显示系统失效的模式,标识系统中的薄弱环节,为设计优质的体系结构提供理论依据,以达到避免错误产生和降低维护成本的目的。嵌入式系统故障模型可以采用AADL(Architecture Analysis and Design Language)的结构组件和错误附件进行描述。本文提出的嵌入式系统故障模型研究内容主要包括以下三个方面:首先,对基于时序故障的嵌入式系统故障模型进行研究。针对基于AADL的嵌入式系统故障模型中缺少时序故障描述这一问题,本文对AADL的故障附件进行扩展,增加其对时序故障的描述,并提出一种从扩展的AADL故障模型到动态故障树的转化方法。该方法通过对AADL故障模型的组件及故障传播路径进行建模分析,得到了嵌入式系统的动态故障树。该方法能够解决原AADL故障模型不能充分反映系统时序故障的问题,并实现动态故障树的自动生成。进而对带时序故障门的动态故障树的验证方法进行研究。针对SBDD(Sequential binary decision diagram)方法在分析动态故障树时结果中存在无效割集这一问题,本文提出一种基于SBDD的动态故障树验证方法,可以在计算过程中动态删除无效割集。该方法主要包括两个方面:基于结构式排序方法的关系式排序方法和基于SBDD生成算法的动态优化生成算法。实验表明,该方法消除了无效的分析结果,提高了结果的精度。最后,依据上述研究内容,设计并实现了嵌入式系统故障模型验证软件。该软件可以在嵌入式系统设计阶段,对嵌入式系统的模型进行故障验证,并得到动态故障树的不交化割集,为完善嵌入式系统提供了强有力的支持。通过实验证明了从扩展的AADL故障模型到动态故障树的转化方法以及基于SBDD的动态故障树验证方法的有效性与实用性。

关键词： 医疗器械   阴道炎自动检测   嵌入式系统  

摘要： 实验室医学是为临床提供医疗决策的重要依据之一,临床实验仪器是实验室医学诊断的重要工具。随着临床医学和生物医学工程技术的进步,各种临床实验仪器逐步取代了传统的手工医学检测技术,成为现代医学实验室的重要组成部分。同时,各种临床实验仪器构成的临床实验室自动化系统发展迅速,我国部分大中型医院陆续开始引实验室全自动化系统检验流水线进,并应用于临床检验,临床实验室检验迈进了现代化的发展阶段。这有利于减少操作环节、降低差错率,避免或减少人为出错的机会,提高检验结果的准确性,检测速度的提高也大大地减轻了操作人员的劳动强度,同时配合快速样品前处理系统,工作效率与样本的检测速度也得到提高,系统各种检测结果等信息还可以通过网络传输,达到资源共享。目前临床细菌性阴道炎检测还主要是手工方法,使样本进行酶化学反应,通过人工对显色结果的判断得出诊断结果。本论文探讨设计一款阴道炎自动检测仪,以取代手工检测,可实现自动检测、自动、快速判读结果,准确确度高,避免人工判读误差,结果可保存或上传至医院管理信息系统进行数据共享,促进临床实验室自动化的进展。检测原理采用采用朗伯-比尔定律的原理,阴道炎自动检测仪产品由硬件和软件部分组成。产品的硬件部分包括机壳、电源模块、液晶显示/触摸屏模块、电机驱动模块、存储器模块、接口模块(RS232、USB接口)、打印机模块、温度控制摸块、光电检测器模块、MCU主控模块。设计采用主控芯片STM32F103VCT处理器,液晶触摸显示屏完成仪器的输入控制、参数设置等,同时将仪器的测试结果、测试状态、参数设置菜单等信息显示。配置热敏打印机,SD卡、Flash存储器,RS232、USB接口、以太网接口。温育平台数量为左右2组,每组2×12个样本槽,温育温度可以设置范围为34℃～40℃,误差正负0.5℃。产品的软件由嵌入式软件控制系统和计算机控制端软件两部分组成。

关键词： 硫检测   紫外荧光法   嵌入式系统   WinCE6.0  

摘要： 由于对能源需求的逐年增加,二氧化硫所造成的污染日益严重。目前,我国大气质量检测仪器基本来源于进口,价格昂贵,后续维护费用高。所以,研制出可靠的大气质量检测仪器可以摆脱对进口仪器的依赖。基于目前二氧化硫检测技术的研究现状,结合嵌入式技术,本文提出了一种大气硫含量检测仪的设计方案。首先将空气中的硫转化成二氧化硫,再利用紫外荧光法定量测量二氧化硫的技术,进而检测出空气中的硫含量。系统在紫外荧光法检测二氧化硫抗干扰能力强、分辨率高、检测速度快的基础上,利用ARM11微处理器,选择WindowsCE6.0作为操作系统,完成了与大气痕量硫检测仪之间的数据通信,实现了数据的采集、处理,实现了实时查看检测进程,回看以往检测数据等功能。系统的硬件部分主要由氧化裂解炉、硫反应室、温度和气体流量控制器以及主控板组成,在此基础上,设计了系统的光学检测模块、气路模块、电源模块、光电倍增管高压控制模块、温度和气体流量检测控制模块、串口通信模块等。应用软件主要实现检测波形的绘制,样品含量的计算以及数据的存储等功能,目前,已完成了系统的硬件设计和应用软件的开发,经实验验证,系统具有较好的实时性,实现了硫含量检测仪的自动化、一体化和小型化,基本满足大气硫含量的检测要求。