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关键词： ZigBee   物联网   新型路灯   图像处理   嵌入式系统  

摘要： 由于传统小区路灯监控系统相对落后,路灯只有单一的照明功能,使得路灯的使用、维护成本高,路灯的各项资源没有得到充分利用。本论文结合ZigBee无线通讯技术、GPRS技术、电子技术、软件技术、嵌入式技术以及图像处理技术等专业知识,对小区无线智能路灯监控系统进行分析研究和设计制作,实现小区路灯亮化照明的智能化控制及功能的多样化。具体的研究内容有:1、深入分析现有路灯监控系统的优缺点,结合电子信息领域的新技术,设计出本项目新型多功能路灯监控系统;2、根据系统总体设计要求详细设计了 ZigBee节点硬件电路并制作了 PCB板,再对元器件进行焊接,包括节点核心电路、串口模块、JTAG下载模块和电源模块。其中,核心电路采用TI公司的CC2530 ZigBee芯片;3、利用嵌入式linux平台设计了无线视频监控系统,并结合图像处理技术以及硬件的计算能力选取相应的算法,实现占用车位的车辆识别等监控功能;4、设计了服务器端监听程序,主要功能为接收下位机ZigBee节点上传的数据存入数据库,并转发一些客户端对路灯的操作指令,同时接收监控平台的图像数据,为网页客户端提供后台支撑;5、设计了网页客户端,主要包括传感器数据以及图像显示模块,远程路灯开关控制模块和气象数据显示模块;6、完成远程路灯开关控制测试、传感器数据精准测试、数据上传和显示测试等相关实验。目前,系统已经进行联合调试,以上提到的功能基本实现,达到设计的总体要求,并获得了一项实用新型专利的授权。

关键词： 滴丸   几何参数检测   嵌入式系统   图像处理   图像测量  

摘要： 随着滴丸在食品、烟草、中医药等行业的大批量生产,对滴丸几何参数的检测提出了更进一步的要求。目前采用的人工检测方式,不仅费时费力,而且检测数据的可靠性和准确性都难以保证,因此研究用于检测滴丸软胶囊几何参数的系统具有重要的工程实际意义。根据对滴丸检测的实际需求进行分析,设计了滴丸几何参数检测系统方案。即基于ARM-Linux嵌入式系统来采集滴丸图像,从数字图像中提取滴丸轮廓,对滴丸边缘轮廓进行曲线拟合来检测滴丸几何参数。通过分析滴丸图像及其灰度直方图的特性,研究了在嵌入式系统运行环境下滴丸图像的增强、去噪、分割和目标提取等图像处理的算法,并运用C++语言编程以实现这些算法。通过对试验结果进行分析和比较,得出最适合滴丸图像的处理算法。根据MVC架构模式设计了滴丸几何参数检测程序的软件架构,并分别就图像采集、系统校准及标定和滴丸几何参数检测的具体方法进行了设计和实现。对滴丸几何参数的实验测量数据进行分析,结果表明设计的图像测量算法达到了设计要求,稳定性好。

关键词： 康复训练器   嵌入式系统   人机交互系统   监护管理系统  

摘要： 康复训练器是肢体功能障碍患者进行肢体康复训练的重要辅助工具。目前我国市面上大部分康复训练器还是纯机械式的装置,智能化程度不足。如何对康复训练器进行电控化改造,使康复训练器向信息化、智能化发展,成为健康产业的研究热点。论文通过对康复训练进行需求分析,针对山西澳瑞特健康产业股份有限公司的某系列气动式康复训练器,设计一套信息化主从控制系统。系统包括嵌入式硬件控制系统、训练器的人机交互系统以及医生端远程监护管理系统三部分。(1)嵌入式控制系统。系统以stm32f103作为主控,通过对高频开关电磁阀的控制和气压传感器的检测,实现气缸气压力的闭环控制;通过位移传感器对肢体活动度进行实时检测;通过穿戴心率带对训练者进行实时运动心率检测。设计串口数据通信模块,方便与人机交互系统通信,设计Bootloader模块,方便用户进行在线升级程序。(2)人机交互系统。系统以搭载Android操作系统的平板作为平台,编制人机交互系统。通过与嵌入式控制系统进行康复运动状态数据交互,在界面上实时显示运动状态参数,显示康复训练运动幅度曲线。设计无线通信模块,通过与远程监护管理系统进行通信。(3)监护管理系统。系统基于MFC框架进行开发,基于HBase数据库编制的患者信息管理模块,对患者康复信息管理;基于网络通信技术、双缓冲绘图技术与OSG技术编制实时运动监测模块,通过与人机交互系统的数据交互,一方面进行处方下达,另一方面对康复动作状态进行二维曲线监测和三维视景监测。经过实机测试,康复训练器控制系统实现了自主训练、处方训练及在线测试训练的控制需求,系统提高了康复训练器的智能化与信息化,已经得到市场的初步认可,具有一定的社会和经济效益。

关键词： 增强拉曼   光谱辨识   嵌入式系统   半定量  

摘要： 用于食品安全检测、环境污染检测、毒品检测、化学战剂检测等的现场快速检测要求检测设备便携、快速和准确。目前的常规实验室检测方法虽然能够实现准确检测,但是其实时性较差,无法满足现场快速检测的要求。本文设计开发了基于等离激元增强拉曼光谱的便携式快速检测仪,能够实现对滥用添加剂、违禁食品添加剂、农药残余、毒品和环境水污染等大量有害物质的现场快速检测。本文在分析了拉曼光谱快速检测系统的功能需求和性能指标基础上,设计了一套由快速检测仪终端、云服务器端组成的拉曼光谱快速检测系统,开发了快速检测仪的UI界面,提出了改进的反向匹配算法,设计了可用于增强拉曼光谱半定量检测的拉曼光谱标准数据库,实现了拉曼光谱的快速辨识,主要工作内容包含以下几点:(1)基于ARM嵌入式系统开发,以微型拉曼光谱仪为数据采集单元,设计并搭建了快速检测仪终端的硬件结构,基于QT开发环境编写人机交互界面程序,光谱仪等设备驱动程序,服务器通信程序等,建立了拉曼标谱数据库,实现了快速检测仪的拉曼光谱数据采集、自动标定、快速辨识和数据自动上传等功能;(2)针对峰强权重影响匹配相似度的问题,较强特征峰易掩盖较弱特征峰,设计了拉曼光谱特征峰的峰强权重曲线,通过该曲线来平衡强弱特征峰的权重;(3)针对半定量问题,增强拉曼光谱无法做到定量检测,依据不同浓度物质的增强拉曼光谱间存在特征峰数量上的差异,设计了专门的多浓度标谱数据库来实现一定程度上的半定量检测;(4)针对嵌入式设备的运算性能较弱的情况,设计了 GPU硬件加速,提高了辨识算法中大量浮点运算的运算速度,与纯CPU算法相比,在辨识速度上提高了 20倍以上。设计并完成了样机的制作,进行了标准样品的检测实验,能准确检测出所含有的添加剂,最后对市场上常规的几种饮料和食品进行了抽样检测实验,检测出的主要添加剂与配料表一致,并具有良好的灵敏度和重复性,达到预期要求。

关键词： RFID   防伪标签   嵌入式系统   SM4   信道传输密钥  

摘要： 无线射频识别(Radio Frequency Identification)技术是一种通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的通信技术。RFID系统在不需要与目标存在机械或光学接触的情况下识别物体,正是因为这一种技术优势,使得RFID技术在工程实践过程中不受恶劣天气以及复杂的现场环境的影响。此外,标签阅读速度快,体积小、可重复使用等特点使得RFID技术在人民生活、社会发展以及军事安全方面起到越来越重要的作用。然而,随着RFID技术越来越广泛地得以应用,RFID技术安全性问题也越来越凸显,在很大程度上制约了RFID技术的发展。因此,研究和开发更加安全、可靠的RFID智能传感终端和系统,对该项技术的发展和推广有着十分重要的实际意义。本文的主要工作是设计并研发RFID防伪标签系统,并对用于数据加密的SM4加密算法加以研究。RFID防伪标签系统由防伪标签、接口设备(读卡器、发行器)以及上位机组成。防伪标签采用安全级别更高的CPU卡(智能卡)取代传统的逻辑加密卡,CPU卡带有卡片操作系统(COS),具有文件管理,命令鉴别与核实,保障卡片安全的功能。接口设备是以STM32F103VET6作为微处理器,以ARM-Cotex-M3作为内核的嵌入式系统,在移植uC/OS-II操作系统的基础上,编写读写卡器程序,实现对标签文件的创建和读取操作。发行器、读卡器均支持脱机使用,数据通过ZigBee无线传输模块发送至上位机显示标签信息。当需要对标签信息进行修改,上位机发送相关命令和数据给发行器,进而对卡片上存储的信息做出修改。RFID防伪系统在搭建防伪标签、接口设备硬件和软件平台的基础上,融合了国产SM4分组加密算法,对算法做出细致的分析,并利用信道传输密钥提升算法的安全级别的改进方案,进一步提升本系统的安全性。

关键词： 磁栅尺   位移传感器   STM32F415   嵌入式系统  

摘要： 位移传感技术是一项对现代科学研究和工业生产有着重要影响的传感技术,在高精度数控机床、航空航天、石油化工等国民经济各重要领域有着广泛应用。为符合各行各业尤其是现代化工业生产日益增长的需求,位移测量正朝着高精度、数字化、抗干扰和智能化等方向发展。正是基于这些要求,磁栅位移传感器因其精度高、抗干扰能力强、安装维护简便等特点,在高精度位移测量领域得以广泛应用。本论文基于电磁感应原理,设计了一套基于ARM Corte-M4处理器STM32F415的磁栅位移传感测量系统,整个系统包括信号处理主板、激励线圈、感应线圈和钢栅尺及附件构成。信号处理主板负责激励信号产生、感应信号接收、数据处理与位移计算以及UART通信,论文完成了信号处理主板的软硬件设计、主板焊装和调试。同时论文给出了钢栅尺、激励线圈和感应线圈的结构设计,结合磁栅感应信号的高精度电子细分技术,本论文实现了高精度位移测量。磁栅位移传感器将位移量转换为感应信号的相位变化,位移方向由相位变化方向给出。系统由微处理器STM32F415利用定时器模块产生频率为56kHz的激励信号,使用内置的AD转换来接收感应信号,设计基于高精度电子细分技术的位移计算方法实现位移计算,最后将测量结果通过UART通信模块发送至上位机。本论文对所设计的位移测量系统进行了性能测试,与激光干涉仪测量结果的比较表明,所设计系统的分辨率达到了1um,在35cm的量程内位移误差在10um左右。系统运行稳定,结构简单易维护,并且可以支持非直线测量,具有较高的实用性。

关键词： 防盗系统   GSM   GPS   嵌入式系统   远程监控  

摘要： 随着社会经济和科技的不断发展,人们的生活水平也在逐渐提高,家庭汽车拥有量越来越多,主要的代步的工具慢慢由自行车、电动车变成私家小轿车,小轿车的出现方便了人们的出行。然而私家小轿车数量猛增的同时被盗的案件也变得越来越普遍,一旦汽车被盗,带来的经济损失是很大的。因此,在汽车上安装先进的防盗设备是必不可少的。汽车防盗技术经历了以下几个发展技术阶段,分别是机械式防盗技术、电子式防盗技术、芯片式防盗技术和网络式防盗技术。据调查统计,电子式防盗在我国应用很多。现在即使大多数汽车都有安装防盗设备,但是它们普遍存在以下缺点:防盗而不能发出报警、防盗报错率高、不能远程报警、没有车辆定位功能等。针对以上缺点,本文提出一种在多传感器信息融合的基础上实现汽车的防盗报警定位系统,详细说明了与汽车防盗设计有关的理论知识,例如GSM无线通信协议、GPS以及基站定位原理、AT指令、红外感应原理、人像识别原理等。该系统在传统防盗技术的基础上增加了嵌入式芯片、红外传感器、定位模块、通信模块、摄像头模块等,实现了车主与汽车的实时交互。当出现汽车被盗的情况时,车主不仅可以收到汽车的位置信息也可以收到盗车人的照片,此外还能够向汽车发送熄火命令,从而达到实时全方位防盗功能。通过试验证明,所研发的基于多传感器信息融合的汽车防盗报警系统,能够实现多信息互补的汽车防盗报警,系统可以较好的应用于车联网系统,为智能网联汽车的防盗报警应用和发展提供了参考。

关键词： 航向姿态参考系统   微机电系统   自适应卡尔曼滤波   Allan方差   Simulink自动代码生成   嵌入式系统   硬件电路设计  

摘要： 本文针对微小型无人机的姿态估计问题,提出了一套航向姿态参考系统设计方法。以处理器集成陀螺仪、加速度计、磁强计9自由度微机电系统传感器,通过软件及硬件两方面的设计,最终完成了航向姿态参考系统的研发工作。论文的主要工作如下:首先,对航向姿态参考系统进行需求分析,从需求出发确定了系统输出姿态角的精度、范围。提出了系统的软件开发方案,根据系统的体积、功耗、成本等方面因素对系统的微处理器及传感器进行选型,并围绕选型给出了系统的硬件设计方案。其次,对系统的姿态测量方法进行了理论分析,对系统所涉及的坐标系与姿态角进行了定义,通过Allan方差分析法对陀螺仪的性能指标进行分析。对基本卡尔曼滤波算法与广义卡尔曼滤波算法进行了公式推导,对比研究了直接法滤波与间接法滤波之间的差异,提出了量测方程矩阵的自适应处理方法及载体在加速运动状态下的姿态测量办法,并对姿态解算算法进行了仿真验证,通过对仿真结果的分析确定以直接法滤波作为本文的姿态解算方法。然后,对系统的软件进行了详细设计,提出了传感器输出模型标定与误差补偿方法,有效地提高了传感器输出精度。利用Simulink对系统的姿态解算算法进行模块化设计,并利用模型规范化工具对模型进行优化与验证。最后,对航向姿态参考系统进行了工程实现,设计系统微处理器与传感器外围电路,编写微处理器底层驱动,优化代码执行效率,通过Simulink代码生成工具箱将Simulink模型转化为C代码,并将自动生成代码与嵌入式底层进行集成与联调,最终完成了航向姿态参考系统实验样机的研制工作。仿真及转台实验结果表明本文所设计的航向姿态参考系统静态精度优于0.5,动态精度优于2,系统可以应用于有短时间加速运动的载体,具有一定的工程应用价值。

关键词： 单片机   嵌入式系统   TCP/IP协议栈   实现   应用  

摘要： 伴随着科学技术的不断发展和进步,在研究嵌入式以太网的同时,要对系统专业网络协议处理芯片以及单片机嵌入TCP/IP协议栈极性整合,从而分析不同措施之间的难易程度和生产成本,确保设计方案的最优化,真正建构更加有价值的精简TCP/IP协议栈。本文从TCP/IP协议栈结构和嵌入式系统的概念出发,集中阐释了单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现过程,最后对系统实现和应用展开了讨论,旨在为研究人员提供有价值的参考建议。

关键词： 嵌入式系统   指纹识别   WiFi  

摘要： 近年来,随着嵌入式处理技术的飞速发展以及智能终端的广泛普及,并针对当下传统课堂教学管理模式低效率、学生难管理、不能很好地适应新形势下的教学管理要求的情况,有必要设计一款校园专用智能手持终端,使教学管理更规范、更系统、更科学。本研究应用指纹识别模块、无线通信模块、液晶触摸屏模块,并结合嵌入式系统有针对性的设计了功能较全的智能终端系统,实现了学生课堂考勤和在线随堂测试的功能。本论文对研究的过程进行了详细阐述。首先,从实际出发,针对系统方案的要求对硬件进行功能方案设计,在此基础上对具体的各个功能进行了详细的介绍,设计出硬件原理图以及PCB。其次,着重对无线手持终端的程序设计思路进行描述,并详细分析各个子业务的流程。根据各模块的工作模式设计驱动程序,移植FreeRTOS操作系统,设计出无线手持终端与上位机的通信协议。最后,经过对系统进行联调并不断的完善,完成从指纹考勤和课堂测试数据的采集,到无线传输数据至上位机的功能,最终取得满意的效果。本课题的研究对改进校园服务体系、提高教学质量等方面有重要的意义和参考价值。