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关键词： 工业机器人   嵌入式系统   计算机网络   嵌入式Web服务器  

摘要： 随着社会经济的飞速发展,企业的生产成本也在不断的上涨,企业为了增加收益,一直在探寻低成本、高效率、高收益的生产模式。工业机器人在生产中的运用提高了生产的效率、降低了人力成本的投入,使企业的收益明显增加,同时工业机器人也被用在极端的环境中代替人工作。而计算机网络的普及和嵌入式系统的逐渐发展完善,使通过无线网络来远程检测工业机器人状态成为一个研究热点。如果运用无线网络远程检测工业机器人状态的技术应用到工业生产中,将进一步减少企业在生产中的人力投入,使企业生产走向自动化、无人化,将使企业拥有更强劲的市场竞争力。本文在计算机网络技术、嵌入式系统技术、工业机器人的应用技术的基础上设计了一套远程检测工业机器人设备状态的嵌入式系统。该系统以ARM Cortex-A9多核处理器为主控制器,嵌入式Linux为操作系统,用嵌入式Web服务器及CGI接口技术,通过网络来传输工业机器人、嵌入式Linux系统的运行状态数据,外部传感器的状态以及远程客户端发送的查看工业机器人状态的命令信息,从而实现对工业机器人状态的远程检测。论文首先对工业机器人状态远程检测的研究现状及发展趋势进行了分析,接着根据目前工业机器人状态的远程检测中存在的问题提出来整个系统的设计方案。然后设计了基于ARM Cortex-A9处理器的系统硬件电路,重点研究学习了引导程序U-boot的裁剪编译移植、Linux内核的裁剪编译移植、根文件系统的制作及USB无线网卡驱动程序的设计移植。研究学习了嵌入式Web服务器Boa的构建和移植,设计了CGI程序,并将嵌入式系统、嵌入式Web服务器和CGI程序相结合实现工业机器人状态、系统运行日志及传感器状态的远程查看功能。

关键词： 嵌入式系统   视频捕获   Socket   手势分割   手势跟踪   Open CV  

摘要： 手势跟踪技术是人机交互领域的一项关键技术,目前已广泛应用在智能控制、手势识别等方面。随着人工智能的发展,手势跟踪技术引起了广泛关注,因此研究基于嵌入式系统的手势跟踪技术具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本文设计并实现了一种复杂背景下动态手势检测及跟踪系统,该系统的服务器通过V4L2技术实现视频捕获,可以获取视频源属性、设置图片尺寸等功能,客户端软件具备设置服务器的IP和端口、显示帧速率、对手势进行跟踪等功能。最后,对整体系统的各项功能进行实验测试,取得了较好的测试结果。主要研究工作如下:(1)研究了Linux视频捕获机制、基于TCP协议的Socket网络模型、epoll机制等基本理论知识,提出了一种嵌入式系统下视频采集及传输的应用方案。对嵌入式Linux系统下图像采集及传输进行了详细分析,利用软件工程中模块化设计方法,实现了基于epoll机制的高并发服务器程序的编写,将图像数据实时传输至上位机。(2)在类间方差法、帧差法、光流法等算法研究的基础上,针对复杂背景下的手势分割,进行了两方面的研究。其一,利用YCr Cb颜色空间中的Cr分量对手势进行自适应阈值分割;其二,利用前景检测Vi Be算法对动态手势进行检测。然后,将这两部分手势区域进行与运算,保留最大连通区域,实现了较好的手势分割,为进一步手势跟踪算法奠定了基础。(3)在手势跟踪方面,针对光线变化、目标遮挡、肤色与背景颜色相近等导致的运动目标跟踪不准确的问题,本文提出了一种基于Kalman滤波器的改进型Camshift算法。Kalman滤波器利用手势在上一帧的位置信息,预测出手势在当前帧的位置及搜索窗口,有效地预测了手势运动趋势,避免了手势被遮挡时丢失目标的情况。同时提出了一种融合LBP纹理特征与H分量的二维直方图,并将二维直方图的概率密度图作为Camshift算法的输入参数,而且仅仅计算比预测搜索窗口稍大区域的概率密度图,而不是整幅图像的概率密度图,减少了背景的干扰。(4)在Windows操作系统下,通过开源视觉计算机库Open CV2.4.11与Qt软件相结合,开发出了具有很好兼容性、稳定性的客户端软件工具。最后,实验结果证明,该手势跟踪系统性能良好,满足实际应用的需求。

关键词： 光纤温度传感器   拉曼散射   高速采集卡   嵌入式系统  

摘要： 分布式光纤温度传感技术是利用后向反射的拉曼散射光对光纤所在的温度场进行测量的技术,分布式光纤温度传感具有体积小、抗干扰、精度好等特点,广泛应用于医疗、工业、国防等诸多领域。本文对分布式光纤温度传感器进行了整体设计和系统研制,主要研究工作内容如下:(1)对拉曼散射中的单通道解调算法和双通道解调算法进行了深入的比较研究,分析了这两种算法的各自优缺点。进一步采用双通道解调算法进行了系统设计,并开展了相关数据的采样实验。(2)开展了分布式光纤温度传感器中的处理器、AD等关键器件的设计选型研究。设计的分布式光纤温度传感系统的处理器采用了FPGA+DSP+ARM的模式,一方面,传统的PC+FPGA的模式具有模块简单、开发容易的特点,但是也使得整个系统的功耗和体积变得比较大;另一方面,FPGA+DSP+ARM的模式能够充分利用各个处理器的优势:FPGA具有硬件可编程的特性,适合做高速逻辑运算,DSP适合数学运算,而ARM适合做接口设计,这样整个系统达到了耗能低、速度快、体积小的特点。另外,AD元件采用了单通道分时复用的工作方式,降低了整个系统的设计成本。(3)完成分布式光纤温度传感器系统中一种新型高速PCB的设计。具体工作包括:模拟电路的设计、AD电路的设计、PCB的整体布局等。设计工作中充分考虑了采样过程中的模拟信号、高速信号等关键信号的完整性,为后续拉曼信号的采集提供了很好的保障。(4)开展了分布式光纤温度传感器的软件设计研究。一方面,在FPGA平台上,使用Verilog设计了一种高速累加器,提高了拉曼信号的信噪比;另一方面,在DSP平台上,完成了Sys/bios下温度解调算法的实现及DSP与FPGA的同步控制;另外,在ARM平台上,充分利用嵌入式领域相关成熟的技术,开展了SQL数据库的设计、QT下人机交互界面的设计和基于Syslink双核通信的设计。

关键词： 嵌入式系统   项目管理   软件工程   敏捷开发   研发管理  

摘要： 随着计算机技术、电子技术和超大规模集成电路的发展,嵌入式技术也取得了快速的发展。嵌入式系统已经深入的影响到了人们的生活,其在我们的生产生活中随处可见,例如手机、汽车、智能仪器仪表等都是嵌入式产品的应用领域。由于嵌入式产品在各个领域中的大量使用,人们开始认识到嵌入式系统研发项目管理的重要性。而嵌入式系统的研发与普通应用软件开发相比存在着较大的差异,其开发过程不仅涉及到软件的开发,还涉及到相关硬件设备的开发,其研发管理的复杂度超过了纯软件开发管理。所以如何提高嵌入式系统研发管理效率和水平,是当前企业关注的焦点之一。目前,国内大多数的中小型企业在嵌入式系统研发管理中存在着研发水平低、管理混乱等问题。HAY公司是一家主要从事工业控制嵌入式产品开发的高新技术企业。该公司使用软件工程的方法对嵌入式产品进行研发和管理,但是公司在嵌入式系统研发过程管理上事实上仍处于管理的初级阶段,有许多地方急需改进。本论文运用项目管理、软件工程、CMMI和敏捷开发等相关理论,对于HAY公司的嵌入式系统研发管理中存在的问题进行了深入的分析。同时,结合HAY公司的实际情况,提出了研发管理改进方案,建立了一套符合该企业实际情况的嵌入式产品研发管理控制机制。本文主要对该企业嵌入式系统研发中的开发流程、时间管理和质量管理进行了优化与改进,提高了企业的开发效率和管理水平。同时,也希望本文能为从事嵌入式系统研发的中小企业提供借鉴意义。

关键词： 嵌入式系统   电梯远程监控   Linux   CAN通信   以太网  

摘要： 在嵌入式技术日益发展的今天,工业控制领域得到了十足的发展,电梯作为垂直交通工具的佼佼者,得到十足的发展,特别是在电梯远程监控领域向着更加智能化、信息化、人性化的方向快速的发展着。电梯远程监控系统是工业自动化领域的一种自动监控系统,是利用专用线路或专用传输网络实现电梯运行状态和故障信息的远程传输,并通过人机交互界面生动的将电梯的实时状态信息呈现在网络监控中心界面上,实现故障的迅速排除和电梯的实时监控。电梯是现在高层建筑中不可或缺的垂直交通工具,它的运行安全关系着人们的生命和财产安全。综上,远程监控系统在电梯领域的研究具有不可忽视的实用价值。本文通过分析研究国内外远程监控系统的发展现状,研究设计了基于CAN总线和以太网的电梯远程监控系统。系统整体框架是基于Linux的系统编程,并从系统的功能实现的角度出发,利用Altium Designer设计了整体的硬件电路,并基于LabVIEW和Ubuntu的集成开发环境分别设计了上位机和前端采集模块的软件程序。系统的整体构成分为三个部分:前端采集模块、网络通信信道和网络监控中心(上位机)。前端采集模块是整个系统研究的核心内容,主体框架是基于ARM的嵌入式Linux操作系统,并在此平台基础之上完成CAN总线和以太网两个核心外围设备的应用。网络监控中心完成了基于LabVIEW人机交互界面的设计。

关键词： 嵌入式系统   云平台   Arduino平台   农情测报系统   VPN  

摘要： 近几年我国提出了新的战略“互联网+”,强调把互联网平台和数据通信技术融合起来,应用到与生活息息相关的各个传统行业中。农业设施、农业监管目标和管理人员之间的互联已经不是农情测报系统的难题,系统具有稳定高效的数据处理能力对农业智能化的发展越来越重要。本文在分析了国内外农情测报系统发展、系统应用前景的基础上,提出了一种农情测报系统的实现方案。农情测报系统旨在帮助管理人员实时获取农田信息并远程控制设备。在此基础上,系统分离了数据处理功能,将采集到的数据在云端综合分析和存储。系统由三部分组成,包括数据采集终端、云平台服务部署、监控中心客户端。数据采集终端主要由太阳能系统供电单元、传感器采集控制、图像和地理信息采集等单元组成。太阳能板为锂电池充电,为控制采集终端提供工作电压。传感器采集控制单元基于Arduino平台、传感器和继电器,负责采集气象环境信息和更换粘虫纸。图像和地理信息采集基于MIPS核微处理器平台、运行Open Wrt嵌入式系统。嵌入式系统是终端的核心,负责数据协议化封装、网络交换。系统应用阿里云平台,一方面搭建VPN服务,实现控制采集终端和监控客户端的远程信息交互,另一方面平台上部署数据库和数据处理服务,支持气象数据灾情分析、数据存储、历史数据查询。监控中心客户端提供人机交互的接口,包括数据显示、设备管理、历史数据查询等功能,软件用c#语言编写,目前支持32位Windows系统。经过测试验证,该农情测报系统实现了数据采集终端和监控客户端的双向数据通信,达到了信息监控和设备控制的目的。数据在云平台处理,分离了数据分析和数据监控功能,增强了软件系统稳定性。

关键词： 语音交互   语音识别   语义识别   隐马尔可夫模型   深度学习   卷积神经网络   嵌入式系统   机器人  

摘要： 智能语音交互是目前人工智能领域研究的热点之一,越来越多的语音交互平台逐渐进入我们生活。语音交互包括语音识别和语义分析两个方面,本文也是基于这两个方面展开研究。在语音识别方面,本文先介绍了语音识别的总体框架,选择了语音识别算法中应用最广的隐马尔科夫模型,分析了其基本原理和语音识别的过程,随后阐述了利用HTK(Hidden Markov Model Toolkit)实现语音识别的详细流程,并进行实验和分析。在语义分析方面,本文先介绍了自然语言处理的相关理论,并利用卷积神经网络进行语义分析。传统的卷积神经网络是由线性卷积层和池化层顺序连接组成,能够对图像、语音和文本等数据进行特征提取。本文提出以跨通道级联卷积层替代传统线性卷积滤波器,对基本的卷积神经网络进行改进,并以情感分析和问题分类为例,对基于改进卷积神经网络的语义分析模型进行实验分析。实验表明,改进后的卷积神经网络在保证训练速度的情况下,识别效果优于传统的卷积神经网络,有较好的识别能力。除此之外,本文还设计了基于ARM的机器人语音交互系统。针对嵌入式系统运算能力和内存空间小的特点,语音识别模块和语义分析模块在PC端训练后再移植到ARM(Advanced RISC Machines)开发板中。

关键词： 嵌入式系统   人脸识别技术   实现方式  

摘要： 社会经济科技的不断进步,使得嵌入式系统在实际生活的应用中逐渐成熟起来,这一技术的发展为有效的开发设计嵌入式的人脸识别系统提供了可靠的参考性依据,人脸识别系统主要是借助网络计算机技术和生物科学技术,两者采取有效的结合应用,这种系统与指纹识别采集系统有着较为便捷的处理方式,实现采集数据的灵活化,随着社会生活中各方面对与安全警卫系统的高度认识,使得这种技术应用也是较为广泛,因此,本文就如何基于人脸识别身份的技术认证系统进行优化,逐步完善。

关键词： 嵌入式系统   嵌入式处理器   MPU  

摘要： 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心,它直接关系到整个嵌入式系统的性能。目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已达上千种,常用的嵌入式处理器可分为嵌入式微处理器(MPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP处理器(EDSP)、嵌入式片上系统(So C)、FPGA处理器等几大类。

关键词： 便携式气相色谱仪   温度控制   程序升温   气体控制   嵌入式系统  

摘要： 气相色谱技术是一种对样品进行分离分析的重要手段,在食品分析,环境监测,临床和药品分析,石油化工分析等领域发挥着非常重要的作用。然而,传统的气相色谱仪由于其体积大,重量重,功耗高等不利因素,无法满足现场快速分析检测的要求,而便携式气相色谱仪因其体积小,重量轻,分析速度快等因素拥有更加广阔的市场需求。由于国内在该方面的起步相对于国外较晚,技术不够成熟,使得国产仪器在国内的市场占有率很低。当前国产的便携式气相色谱仪存在的主要问题是分离效率不高,分析速度不够快,可重复性差等。针对这些问题,本文开发了一套新型智能化的便携式快速色谱系统,研究制约国产仪器发展的关键技术。为了实现产品的集成化和智能化,在本文第二章设计了仪器的嵌入式硬件和软件系统。硬件包括电路设计,原理图绘制与PCB电路板制作;软件包括驱动编写,操作系统移植与应用等。在提高分离效率方面,在热解吸时采用快速升温的手段来改善峰重叠现象,发明出一套富集管加热测温一体化装置。该装置主要特点是将铂丝既充当加热元件又充当测温元件,解决传统单点测温所带来的测温不准,加热不均匀等问题。加热算法上,采用带有温度补偿的PID算法来解决快速升温所带来的超调严重的问题,通过研究升温速率与超调量的关系来拟合传感器的延迟时间曲线,根据该延迟时间与升温速率的乘积来确定补偿值的大小。在提高程序升温速率方面,选用升温快,体积小,功耗低的LTM柱来替代传统的柱温箱,并针对所选色谱柱自带测温元件的特点设计了高精度的差分放大电路。算法上,将目标温度段划分为多个子区间,每个区间段采用带有一阶温度补偿的PID算法进行控制,提高升温线性度。在载气控制方面,采用闭环控制方式来提高载气的控制精度,自主研发一套气体流量控制系统。该系统包括机械式的气流量控制元件比例阀,高精度的流量检测元件流量传感器和作者设计的流量采集与控制电路。结合比例阀的特点,采用求反函数的方式比例阀复杂的电压-气流量关系曲线进行拟合。算法上,采用增量式PID算法进行载气控制。