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关键词： 嵌入式系统   测试用例   场景模式  

摘要： 在嵌入式系统软件测试过程中引入场景模式,完成软件系统的需求模型构建,将场景模型分类,并构建测试用例场景的状态图,完成测试过程的路径遍历,获取对应的测试信息。本文的结果可以证明,场景模式方法在测试用例中能够快速完成设计与生成,对于测试用例的可重复以及有效性有提高效果。

关键词： 选矿过程   物联网   无线数据采集   嵌入式系统   无线控制系统   现场总线  

摘要： 选矿是国民经济的重要基础行业。对生产信息的全面采集是实现选矿生产运行优化和管理优化的基础。面向智能制造的工业互联网技术有助于提升选矿行业实现智能监控、智能控制、智能决策、智能维护的技术水平,因此将工业物联网技术应用于选矿工业的研究具有重要意义和创新价值。选矿物联网系统的结构复杂性体现在多类型网络、多种通讯协议、多种传感器、多种控制系统等并存的特点。本文依托国家高技术研究发展计划(国家863计划)“基于物联网的选矿生产执行系统技术研究与示范应用”课题(2015AA043802),开展了选矿过程物联网实验平台的设计与开发,针对选矿生产的特定需求,探讨了选矿过程物联网实验平台的总体架构,初步完成了实验平台的系统设计和开发,为工业物联网技术在选矿工业的应用和研究提供了实用有效的研究、实验和验证平台。本文主要研究工作如下:1、对工业物联网技术和选矿过程生产监控技术的国内外相关研究和发展状况进行了全面综述,讨论了选矿生产实现优化运行和优化管理中对工业物联网技术的需求问题,在此基础上,针对选矿过程物联网实验平台的实验需求进行了详细分析。2、进行了选矿过程物联网实验平台的系统设计,提出了由无线数据采集子平台、嵌入式智能数据采集子平台、无线控制系统子平台、现场总线子平台和选矿虚拟对象组成的实验平台的整体架构,完成了各子平台的结构设计和功能设计,可以开展选矿过程智能数据采集、数据处理、信号传输、协议转换等方面的实验研究,并且可以为选矿MES系统的实验提供数据服务。3、集成了多家公司的无线传输设备、嵌入式设备、控制系统设备和现场总线设备,完成了选矿过程物联网实验平台的系统开发,其中集成了重庆邮电大学、中科博微、中科奥维的无线节点和无线网关搭建了无线数据传输子平台,采用基于X86架构的嵌入式CPU主板搭建了嵌入式智能数据采集子平台,采用西门子公司S7-200PLC搭建了无线控制系统子平台,集成了 Profibus-DP、Profibus-PA、FF、Modbus等多种现场总线仪表和设备搭建了现场总线子平台,除了搭建各子平台的硬件系统之外,还完成了各子平台的平台软件的开发。4、在选矿物联网实验平台上开展了验证实验,不论是面向选矿虚拟生产线还是面向物理对象,该实验平台均可以进行多方面的物联网实验研究,验证了本实验平台的有效性。

关键词： 监护仪   麻醉深度   脑电双频指数   嵌入式系统  

摘要： 随着麻醉学的不断发展,各种不同的麻醉深度监测技术方案运用到临床监护环境中,作为其中之一的脑电双频指数(Bispectral Index,简称BIS)监测方案得到比较广泛的使用,在高端病人监护仪中已成为标准配置选项。至目前,为基础医疗方案设计的病人监护仪也开始引入麻醉深度监测这一功能模块,在监护参数中增加麻醉深度指数,减少专用设备的使用,有利于减少患者临床监护的支出,推出的病人监护仪产品在市场中的竞争力水平也会提升到一个新的层级。本文根据麻醉深度监测的相关临床需求,参考市场部门的调研情况,研究病人监护仪的麻醉深度监测系统的设计与开发。监护仪产品的架构基于ARM嵌入式系统开发平台,监护仪通过插件盒适配器与BIS设备模块连接,模块通信使用RS232串口协议。它的软件部分,底层为Linux板级支持包,应用程序使用C++语言开发。病人监护仪的整体软件架构基于模块化设计,麻醉深度监测系统作为病人监护仪的一个子系统来设计与实现。依照产品的实际需求和用户交互的复杂度,系统用户界面(User Interface,简称UI)部分使用Fast Light Tool Kit(FLTK)图形用户接口(Graphical User Interface,简称GUI)框架,在应用层用户接口实现时,通过基于FLTK自定义Drawing Tool Kit(DTK)控件的刷新机制,实现用户界面的显示和刷新,比如趋势图、波形图等;使用通道区和参数区分别刷新实时的脑电双频指数趋势图、脑电图(electroencephalogram,简称EEG)波形以及与脑电双频指数相关联的各个参数值。通过使用该系统,麻醉医师通过观测监护的脑电双频指数的实时测量值、趋势图以及报警视听信号来判断前病人麻醉状态,更有信心、更精准、更安全地实现他们预定的治疗计划。麻醉深度监测系统作为病人监护仪的子系统,为监护病人的临床麻醉时清醒状态提供了更有效的参考。病人监护仪的麻醉深度监测系统设计与实现,是对病人监护功能参数的扩展,更有效地满足临床对麻醉深度监测的需求,为病人提供更高质量的监护,减少用药量,增加麻醉手术后苏醒的机会,同时也带来显著的经济效益。

关键词： 嵌入式系统   人口老龄化   ZigBee技术   跌倒检测  

摘要： 随着嵌入式系统,网络技术和计算机视觉技术的不断发展,未来我们将实现:在任何地方,任何时间,通过任何一种网络访问方式,实现一种或多种的现实智能需要操作。老龄化社会的到来,老年人口的增加,迫切需要技术产品的出现来解决空巢老人的健康监护问题。基于嵌入式系统和计算机视觉技术的智能监控系统的设计方案,可以实现通过网络获取相关数据信息和控制相关设备,它在一定程度上可以满足人们的某种特殊需求。本课题是融合视觉信息的嵌入式老人异常状态监控系统的研究,实现了多种查看方式下的多种方法判定老人异常状态。本课题提出了一种全新的基于ZigBee心率检测的网页查看方案,使用Pulse Sensor传感器采集老人的心率特征数据,通过ZigBee传感网络传输到主处理器,并判断心率特征数据是否异常。同时,还实现了对灯的开关控制,温湿度的检测以及对摄像头的操作等功能,真正实现了智能化的家居管理和老人异常状态的监控。在实现心率检测的基础上,本课题还提出了一种全新的基于人们经验的跌倒检测的PDA设备查看方案,根据CamShift目标跟踪算法求出目标跟踪椭圆区域,以目标跟踪椭圆区域来表征老人的身体特征区域,求取出老人身体的中心点和下顶点,对这两个特征点进行加速度,角度,高度差以及停留时间的判断,来检测老人是否跌倒。实验结果表明,该方案在保证较高准确率的前提下,计算复杂度大幅度下降,能达到较好的检测效果。嵌入式智能监控系统是国内外研究的前言课题,同时,我国人口老龄化的进程也在不断加快,加上经济的不断发展,人们需求的不断细化,可以预见嵌入式智能异常监控系统产品将有极大的商业价值和社会价值。

关键词： 农药残留   快速检测   嵌入式系统   酶抑制  

摘要： 近些年来,农业技术快速发展解决了人类基本的温饱问题,提高了人们的物质生活水平。但是现代的农业生产活动中,不可避免的需要使用农药,其中不乏毒性程度较高的农药产品。这些农药在农产品中的残留会对人类健康和经济发展造成巨大的危害。在这些农药中,有两类杀虫剂农药使用最为广泛,一类是有机磷类,另一类是氨基甲酸酯类。由于农药的多样性和其检测过程的复杂性,目前对农药残留的检测多采用实验室大型仪器。大型仪器虽然精度很高但其先天的缺点决定了其难以应用于现场快速检测。快速便携的现场检测仪器的研发对于推广农药残留检测加强食品安全监督非常必要,本文便是从快速便携的角度开发设计一款检测仪器。本仪器结合了酶抑制原理和朗伯-比尔定律,实现有机磷类和氨基甲酸酯类杀虫剂的快速的检测,并通过嵌入式技术(S3C6410为核心板)设计的小型快速便携式的检测装置。文章的内容主要包括:检测原理、硬件设计与开发、软件设计与开发和仪器实验四个部分。首先,重点介绍了仪器的检测原理和方法:酶抑制原理和光谱吸收原理以及相关技术等作为本仪器设计的理论基础。其次,基于酶抑制原理和溶液的朗伯-比尔定律设计了农残检测系统。此检测系统首先利用上述两种杀虫剂对酶的抑制作用导致溶液浓度的变化,并通过光谱吸收原理将这种变化体现在光信号上;然后将光信号转换为电流信号,通过放大滤波转化成电压信号并输入到嵌入式的ADC(模数转换器)中进行处理;最后在显示界面进行显示,完成信息的输出和人机的交互。此检测过程需要的化学试剂包括作为底物的BTCI(碘化硫代胆碱)、充当显色剂的DTNB(二硫代二硝基苯甲酸)和乙酰胆碱酯酶:光学元件中,选用美国Thorlabs公司的LED405E发光二极管作为光源,后端采集使用美国Thorlabs公司的FGAP71磷化镓PIN型光电二极管;滤波放大电路部分采用前后级放大电路的结构对高频干扰信号进行滤除;嵌入式部分采用三星公司的S3C6410作为核心处理器构建嵌入式平台。最后,用实验对所设计的仪器进行分析和测试,包括光源功率的确定、仪器性能的测试以及现场实验。

关键词： 段彩纱   工艺准备软件   纱线混配色   嵌入式系统   伺服控制系统  

摘要： 段彩纱作为一种代表性的花式纱线,具有较高的经济附加值。国际上段彩纱生产设备结构复杂且价格昂贵,目前国内段彩纱生产主要采用三罗拉法、四罗拉法,其生产的段彩纱可在长度方向上呈粗细变化的竹节状。段彩纱生产准备过程中存在混配色困难、段彩纱生产数据计算繁琐、输入管理困难等一系列问题。本文设计开发了段彩纱工艺准备系统,该系统包括段彩纱工艺准备软件和下位机嵌入式控制系统两部分,主要研究内容如下:设计段彩纱工艺准备软件:本文基于KUBELKA-MUNK双通道理论模型设计了粗纱混配色算法;结合段彩纱生产设备工艺及数据维护需要,设计开发了段彩纱的生产工艺参数计算模块、生产数据管理模块和通信模块。该软件解决了多组分耦合段彩纱工艺准备过程中存在的粗纱混配色困难、段彩纱生产数据计算繁琐、历史工艺参数管理困难等问题。设计下位机嵌入式控制系统:为配合工艺准备软件的参数及状态信息传递,实现段彩纱生产设备的有效运行。本文设计了段彩纱下位机嵌入式控制系统,包括下位机通信程序和电机伺服控制系统两部分。文中移植了Linux嵌入式系统,并基于该系统设计编写了MODBUS TCP/IP通信和CAN总线通信系统应用程序;采用TMS320LF系列DSP芯片和智能功率模块设计了CAN总线通信异步电机伺服控制系统。结合段彩纱工艺准备软件,下位机嵌入式控制系统能够解决段彩纱生产准备过程中存在的一系列问题。本课题设计的段彩纱工艺准备软件实现了纱线混配色、工艺参数计算、数据存储等功能;结合本文设计开发的硬件系统,可有效地缩短段彩纱工艺准备时间,简化段彩纱生产设备的操作流程,提高生产效率。

关键词： 血小板检测   双模块同步   AM3358   嵌入式系统   人机交互   检测控制  

摘要： 血小板作为人体最重要血细胞的一种,其数目与聚集能力对于心脑血管疾病的预防和诊断具有重要意义。为增强系统管理能力、提高检测效率,论文深入研究了双模块架构的血小板功能分析仪嵌入式系统的设计与实现。双模块架构是提高检测效率的有效途径,其控制、通信与操作管理功能复杂,对嵌入式系统有更高要求。双模块检测系统由液路系统、执行机构、管理机及两个控制机模块组成,实现双通道并行检测,由于控制机相互独立,通道间干扰大大降低。控制机直接控制执行机构,经过样本稀释、诱聚剂添加、血细胞计数、清洗等子流程实现单次血小板检测。管理机实现人机交互,利用SPI协议和控制机通信,协调两个控制机完成检测任务。在控制机同时工作时实现了血细胞计数子流程的同步,进一步降低通道间干扰。论文在已有血小板功能分析仪的基础上,选用高性能处理器AM3358(CortexA8)重新设计管理机嵌入式系统平台,扩展多种标准硬件接口,移植丰富底层软件,提升了运行速度、存储及扩展能力。该平台通用性强,可应用于多种医疗仪器。同时重新设计控制机信号检测算法,优化SPI通信细节,提高了系统可靠性。论文首先综述了课题研究背景及意义,阐述了国内外的研究现状。从管理机嵌入式系统平台、检测效率、通道间干扰、检测参数、操作管理功能等方面分析了系统需求,针对检测效率和通道间干扰问题,讨论了双模块检测系统的实现方案。接着论述了基于AM3358处理器的管理机嵌入式系统平台的设计原理,详细给出了硬件接口电路、印刷电路板和底层软件的实现。然后分别围绕参数设置、检测流程控制、血细胞信号处理、可靠SPI通信等功能给出了控制机的优化过程,并说明了双模块同步的实现。然后论述了面向双模块检测系统的嵌入式操作管理软件结构与设计原理,给出了多种检测模式、检测流程控制、数据存储查询、精度控制、上传等软件模块的实现。论文最后给出了基于新设计管理机的双模块检测系统的测试结果,验证了系统的易操作性、检测效率、重复性和可靠性。

关键词： 移动机器人   嵌入式系统   SLAM   计算机视觉   CUDA  

摘要： 解决机器人在未知环境中的定位问题,是实现机器人智能化的关键。针对消费级室内移动机器人的设计需求,为了使其利用机载传感器在未知的室内环境中实现定位并降低制造成本,本文讨论了如何利用视觉传感器与嵌入式处理器,实现基于视觉的同步地图构建与定位算法。本文首先介绍了视觉SLAM算法的原理,将其分为前端方案与后端方案两部分进行可行性讨论。在前端方案部分,讨论了特征法与直接法视觉里程计的优缺点,通过实验比较了各种主流特征点的运算速度与匹配性能,选择了双目摄像头作为视觉传感器,并以基于ORB的特征法视觉里程计作为前端方案;在后端方案部分,分析了回环检测的必要性,讨论了以EKF为代表的滤波法和以图优化法为代表的优化法,选择了图优化法作为后端方案。根据方案论证,本文选择了ORB SLAM算法作为嵌入式视觉SLAM的实现方案,分析了ORB SLAM算法流程,并将其移植到Nvidia Tegra K1嵌入式板卡中。针对算法在嵌入式系统中运算效率较差、计算精度较低的问题,对代码进行了优化与参数调整,并利用基于CUDA的GPU加速技术对ORB特征的提取与匹配进行加速,提高了算法在嵌入式系统中的运行效果,增加了该系统的实用性。为了评估定位算法的实时性和有效性,在嵌入式视觉SLAM算法中进行EuRoC双目视觉数据集测试。通过对输出轨迹的定量分析,证明了算法移植与优化的有效性。最后将双目摄像头与嵌入式板卡组合成完整的室内定位系统,利用磁导轨车进行室内环境下的场地测试实验,证明了基于视觉的嵌入式室内定位系统的有效性。

关键词： 射频识别   嵌入式系统   国产化   Cortex M0  

摘要： 射频识别(即RFID,Radio Frequency Identification)技术是一种利用无线射频信号进行自动识别并进行信息传输的技术。随着社会的进步和科技的发展,它已经广泛应用于公安、金融、交通、医疗等社会生活的各个方面。伴随着各种射频卡应用的越来越普及,与之相关的射频卡读卡器也取得了飞速的发展,越来越多的公司、科研机构纷纷投入到智能射频卡读卡器以及相关应用系统的研究和开发当中。目前我国流行最广泛的非接IC卡基本都是基于ISO/IEC14443协议的Mifare卡、TYPEACPU卡、TYPEBCPU卡等,伴随着这些卡的应用,相应读卡器也有很多种,这些读卡器所采用的核心设计都是利用微处理器控制相应射频处理芯片来实现。目前国际上射频处理芯片设计基本被恩智浦(NXP,Philips前身)、德州仪器(TI)等几大半导体公司所控制,其高昂的费用不但影响了 RFID技术在诸多领域的大面积推广,也造成了大量外汇流失。为响应国家关于半导体产业国产化的号召,加快国产射频芯片在RFID领域的推广应用,本文结合RFID技术以及嵌入式系统设计要求,采用上海复旦微电子集团股份有限公司设计的FM17550射频芯片结合意法半导体公司的Cortex M0核的单片机设计了一款支持Mifare卡、TYPEACPU卡、TYPEB CPU卡以及NFC功能的通用读卡器。本设计最大的特点在于支持多类型射频卡片且成本低廉。本文首先阐述了射频识别技术的研究应用现状及相关的智能射频卡应用的相关标准,接着从硬件方面介绍该射频读卡器所包含的主要模块的相关设计,然后讲述了射频读卡器在天线调试过程中的一些方法,软件方面主要讲述该读卡器各种射频卡片的功能实现以及在不同行业应用当中带来的积极的社会和经济价值。

关键词： 嵌入式系统   Linux系统   网络设备驱动   FTP服务器  

摘要： 随着计算机技术和通信技术的快速发展,嵌入式系统的应用已经深刻影响到人们生活的方方面面,在Internet迅速普及的网络时代,网络设备已经成为嵌入式系统不可或缺的部分;另外由于Linux系统具有源码开源、可裁剪性以及强大的网络功能等优点,其已成为嵌入式系统中使用最多的操作系统,因此基于Linux系统的网络设备驱动的研究具有非常重要的现实意义。此外,在信息时代,文件传输协议（FTP）是一种应用非常广泛的服务,在很多嵌入式系统中也需要FTP功能的支持;但由于市面上大多数FTP系统具有源码不开源、功能冗余、效率低下等缺点,所以针对具体需求对FTP系统进行研究与设计也显得尤为必要。本文依托于实验室无掩膜曝光机项目,为了给系统提供稳定高效的曝光数据的传输服务,首先构建了嵌入式Linux系统平台,随后实现了具体的网络设备驱动程序,为上层应用提供了稳定的网络传输服务,最后根据具体的项目需求,设计并实现了一款嵌入式FTP服务器软件,具体的工作内容如下:（1）基于TQ2440开发板构建嵌入式系统平台;首先在宿主机上建立交叉编译环境,安装和配置系统开发所需的各种工具,然后针对硬件平台进行uboot移植、Linux内核编译以及根文件系统的制作等工作,最终构建出一个完备的嵌入式Linux平台,为驱动开发和服务器开发奠定了基础。（2）深入研究了网络设备驱动的体系架构,重点分析了网络驱动中skbuff与netdevice两个关键的数据结构,基于具体的DM9000网卡进行网络设备驱动开发,实现了网络设备驱动中的功能函数,包括:网络设备初始化函数、网络设备打开与释放函数、数据包发送与接收函数与中断处理函数,最后将网卡驱动编译到Linux内核中,并进行驱动功能及性能的测试。（3）针对无掩膜曝光机项目的具体需求,设计并实现了一款嵌入式FTP服务器系统;通过分析各种服务器模型的优缺点,提出了多进程模型的设计方案;在该方案的指导下,首先实现了FTP服务器系统的整体框架,随后实现FTP服务器的各个具体功能,最后编写Makefile文件对程序进行编译并下载到目标板中,借助标准的FTP客户端软件对服务器的各项功能进行测试。