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关键词： TMS320C6678   嵌入式系统   千兆网   GigE Vision   图像传输  

摘要： 随着图像处理技术的迅猛发展,各种各样的新型算法层出不穷。这也对采集使用的原始图像提出了更高的要求。随之而来的是图像数据发展为高分辨率和大数据量。为了实现实时的,智能化的图像处理,高速高可靠性的图像数据传输成为了主流的趋势。在图像处理系统中,嵌入式平台逐渐的成为主流处理系统,它被广泛应用于交通监控,智能武器,智能医疗等等领域。其中DSP平台拥有更为强大的浮点运算能力,拥有更为强劲的图像处理性能。当前,千兆以太网已经发展成为主流的网通信技术,它建立在快速以太网的基础之上,并且兼容原以太网所有的技术标准和规范。千兆网比快速以太网提供了更高的数据传输速率,拥有更高的性能,现已被广泛应用于各个领域。本论文以构建高速高性能平台为出发点,工作内容如下:第一,搭建高性能的硬件平台。使用了高性能的嵌入式处理平台6678,使用了基于千兆网的G igE Vision接口技术,使用了GigE高速相机。并且分析对比了其他应用平台和其他接口技术。着重介绍了各个硬件的组成和性能并且研究分析了它们的使用方法。第二,在硬件平台上设计了应用软件。首先研究了基于6678平台的软件开发方法,详细分析了6678平台上的软件资源,重点研究了本系统所使用的资源。深入研究分析了基于片上系统SYS/BIOS的开发手段并详细分析其优点。着重研究了网络开发套件NDK,研究了NDK的各种配置以及使用方法。而后深入研究并且解析了GigE Vision协议,分析了GigE相机的配置与使用方法,并且实现了图像的采集。深入研究了GigE相机所使用的引导寄存器和非引导寄存器,分析了它们的作用以及配置手段。第三,结合软硬件调试并作结果分析。综上所述,本文研究实现了基于DSP平台6678的高性能嵌入式图像处理系统。系统使用千兆网相机,使用基于千兆网的GigE Vision协议,实现了图像数据的采集与高速传输。从相机到系统平台的传输速度达到310Mbps。并将图像数据发送到PC机端并复原,从系统平台到PC机的传输速度达到500Mbp s,并且成功将图像恢复。本文搭建了一个高性能的嵌入式图像处理平台,为后续图像处理系统的完善提供了支撑。同时也为嵌入式环境下使用千兆网相机提供了参考。

关键词： 嵌入式系统   MSP430   GPRS   油井参数   无线传输  

摘要： 近年,我国对石油资源的需求逐步上升,目前中国已经成为全球第一大石油资源消费国。同时,我国已有石油储量逐年下降,以大庆油田为例,连续30余年5000万吨产量后,也在2015年宣布将下调到4000万吨油气当量/每年。从石油企业的角度出发,如何开展研究提高现有的油气产出效率,已经变的非常紧迫和重要。针对现有抽油机井参数采集只能依靠人工完成的问题,设计了基于嵌入式微处理器系统的油井参数自动实时采集系统。整套系统分成现场参数采集单片机系统和数据功能管理系统两大部分,现场数据采集主要由MSP430F169低功耗单片机完成,其主要功能是采集现场压力、温度、载荷变送器的模拟电压值,然后将采集结果经无线发射模块发送给上位嵌入式控制单元;嵌入式微处理器系统接口无线透传模块,收集所有油井现场采集数据,然后将数据预处理后通过GPRS服务网络远传到生产管理中心。经过试验和测试,所设计的抽油机井参数嵌入式数据采集系统能够高效、自动的完成井上压力、温度、载荷参数的无线采集,系统运行稳定,采集精度达到现场应用的要求。课题设计具有一定的现场应用价值。

关键词： 嵌入式系统   RTEMS   MIPS   板级支持包   图像处理  

摘要： 近年来,嵌入式系统发展迅速,应用广泛,在科技和生活中扮演了越来越重要的角色。相应的,嵌入式图像处理也在航空航天、智能机械等领域有了长足的发展。随着微处理器技术的迅速发展,带有操作系统的开发板越来越多,这种开发板既有较快的速度,也具有较高的通用性。然而,基于此的图像处理平台方面的研究仍处于比较欠缺的阶段。针对以上问题,本文结合了图像处理与嵌入式系统开发的相关技术,利用较成熟的嵌入式开发板及嵌入式操作系统为基础,根据其特性,设计实现了一种基于嵌入式操作系统的图像处理平台。该平台旨在搭建一个可用的嵌入式平台,使之能完成一系列图像处理功能,并将这些功能以接口的形式提供给后续的开发人员。基于此需求,本文首先进行了 RTEMS在龙芯1B上的移植工作,以支持上层软件接口的进一步开发,移植工作主要体现于板级支持包的实现。接着,本文进行了平台的功能接口的实现,本平台提供的图像处理功能模块接口主要包括单帧图片获取、图片处理、图片存取和图片传输这四大部分,其中,图片处理是指对图片进行灰度化处理、缩放、去噪等操作,在此功能中,针对于嵌入式平台的特性对一些图片处理方案做了适应性的改进应用,使之更好的适应于嵌入式平台。最后,选取了较具有代表性的交通标志识别场景对此平台进行了应用和测试,基于场景进行平台的功能接口的选取,并加以利用,提供了一个可用的系统例程。该平台使嵌入式图像应用开发的过程趋于简易,缩短了开发周期,并提高了用户友好性。课题完成了基于RTEMS和龙芯的嵌入式图像处理平台的开发,丰富了嵌入式图像处理的实现途径,提供了更有效的嵌入式图像处理方式。

关键词： TrustZone   指纹识别   安全存储   智能终端   嵌入式系统  

摘要： 智能终端在生活和工作的不同场景中扮演着非常重要的角色,越来越多的用户个人隐私存储其中。保障数据安全的问题变得尤为突出,用户往往通过设定相应的密码来验证身份来防止数据泄漏的意外发生。不过为提高密码的安全强度,用户就不得不记忆复杂的密码和执行频繁的密码输入等诸多行为,因此大大影响了用户的体验。不过伴随生物识别技术的快速应用推广,其方便快捷的特性得到了广泛的认可。譬如,指纹识别技术正在快速的应用于智能终端领域,替代传统的密码验证方式,采用识别比对用户的指纹信息来安全快速的实现身份验证行为。因此,如何确保指纹识别的安全性,保证识别过程安全可靠的问题也日益凸显出来。目前出现的一个可信执行环境(Trusted Execution Environment,TEE)的概念,旨在为可信应用程序提供安全执行环境。其中该安全执行环境的概念可以从三种机制中实现,包括Intel的TXT及AMD的SVM均可提供安全执行环境;ARM Trust Zone安全技术,直接在CPU上提供非安全区域和安全区域的隔离机制;Hypervisor/VMM虚拟化机制,提供安全应用与非安全应用之间的隔离。嵌入式平台中广泛使用的ARM处理器提供了Trust Zone的安全扩展机制,将SOC软硬资源划分为操作关键资源的可信执行环境和操作其它资源的普通执行环境(Rich Execution Environment,REE),旨在从处理器硬件架构的基础上搭建安全框架,从而确保设备抵御众多的潜在威胁。本文旨在解决智能终端领域所存在的诸多安全问题,结合ARM Trust Zone安全扩展技术,并根据生物特性的指纹识别思想,提出了一种基于Trust Zone的指纹识别安全框架,为指纹识别应用提供可信执行环境,防止潜在恶意程序的攻击确保指纹识别过程的安全可靠,同时为了确保指纹信息的安全性,提供受Trust Zone保护的用于指纹数据及特征安全加密的密钥,以保证其不被窃取。此外,设计实现了指纹数据的安全传输通道及其通讯协议,确保指纹传输过程的安全性。最后方案设计并且实现了一个原型系统,借助于实验的方式验证该方案的有效性,其实验结果也证明了本文所提技术和方法的可行性。

关键词： STM32   CAN通信   嵌入式系统   瓦斯监控  

摘要： 现阶段煤矿安全已经成为社会关注的热点话题,国内对煤矿安全也越来越重视,这就要求煤矿监控系统不仅要在功能上更加全面,通信也要在保证可靠性的基础上进一步的增强实时性,以便于及时的了解井下的情况。随着对煤炭的开采和利用越来越频繁,各种瓦斯爆炸事件也经常见诸报端,主要原因是对矿井内瓦斯监控不够及时有效。而产生这种现象的原因,主要还是监控系统存在诸多问题,比如井下监控分站性能不够高,传感器采集的信息传递不及时等。针对目前瓦斯监控系统存在的问题,论文提出了基于STM32的矿井瓦斯监控及预警系统的研究。采用的是光纤以太网和CAN总线作为通信系统,采用STM32F103作为监控分站的主控制器,并且移UCOS-II植操作系统并在此操作系统上运行相关的应用软件。瓦斯监控系统的上位机采用的是组态王6.52,采用DDE的方式实现上位机与下位机之间的数据交换。论文对常规的瓦斯监控系统添加了浓度预警功能,采用了遗传神经网络对瓦斯进行预测,提出了基于个体相似度的双种群遗传算法(DGAIS),同时对预测模型进行了模拟实验和结果分析。经过对结果的分析可知,改进后的预测模型在迭代次数和绝对误差上都比标准的BP神经网络预测模型低。

关键词： 机器视觉   嵌入式系统   弧焊   多适应性   统计分析  

摘要： 近年来,焊接技术在工业自动化生产中得到越来越广泛的应用,焊接作为一种重要的生产工艺,对焊接质量高效率的评估是当前焊接领域的重要研究方向之一,而将机器视觉集成到自动化焊接系统中,代替人的直接观察也是焊接过程监控的趋势,因此焊接过程监测设备的研究对焊接具有重要的意义。现代工业生产中,多种不同焊接工艺同时工作的情况普遍存在,而目前的相关研究中大多数针对一种焊接工艺的视觉传感进行研究,本课题设计了一套多适应性传感系统,可以针对多种焊接工艺进行视觉监测,在获取图像信息之后通过对图像进行图像处理,提取熔池和熔滴的边界信息。焊接过程中的电参数可以很好的反映当前的焊接状态,嵌入式系统可以实时的采集焊接过程中的电参数并对电参数进行分析,提取出能够反映焊接状态的目标参数,如燃弧能量输入、焊接周期等参数,PC可视化界面可以实时的显示电参数以及图像信息,为焊接质量的评估提供了支持。本课题针对弧焊过程设计了一套具有多适应性的实时在线监测系统,该系统主要包括:电流电压传感器、嵌入式系统、工业相机、滤光系统以及PC可视化界面。电流电压传感器可以实现焊接过程中电信号的实时转换,使焊接电信号与采集系统的幅值进行匹配;嵌入式系统是基于STM32设计完成,可以实现数据的采集与分析,同时可以控制相机进行图像的获取;PC可视化界面可以实时的显示电参数以及图像信息,并可以通过设置界面实现对嵌入式系统工作模式的设定,同时其数据保存功能为焊后分析提供了可能。本文所设计的监测系统具有多适应性,可以针对不同的焊接工艺进行实时监测。为了验证监测系统的多适应性,本文针对视觉控制以及电参数分析两个方面对多适应性进行了验证,通过对不同焊接方式的实验结果进行综合的分析与评价,验证了该系统对于多种焊接工艺的适应性。

关键词： 视频采集   嵌入式系统   视频传输   以太网  

摘要： 近年来,嵌入式技术、网络传输技术以及图像处理技术都得到了不断发展和提高,以嵌入式技术为基础设计的视频采集与处理系统越来越受到人们的关注。相对于以往以计算机为核心的视频采集与处理系统,嵌入式视频采集与处理系统因为其体积较小、功耗较低以及相对较低的成本价格等特点,基于嵌入式技术的视频采集与处理系统应用的领域也越来越广泛,比如公共交通、移动终端、工业产品检测、视频监控等。对于嵌入式视频采集与传输系统来说,就是通过嵌入式处理器,在外扩展图像传感器、传输模块等一些相关的外设,实现图像数据的采集、显示、处理、存储与传输等功能。根据目前图像采集系统的发展趋势,本文设计了一种以ARM芯片为核心的嵌入式图像采集系统。系统采用ST(意法半导体)公司生产的基于Cortex-M4架构的ARM芯片STM32F407作为微控制器,完成数据的处理功能；搭配OV(OmniVision)公司生产的CMOS图像传感器OV2640作为图像采集模块,其像素为200万,保证了图像质量；数据传输模块选择用以太网进行传输,可将采集到的视频发送至PC机进行显示和存储；同时设计了一个SD卡模块来存储图像数据,图像主要以BMP和JPEG两种图像数据格式保存。微控制器STM32F407通过一个数字摄像头接口(DCMI)与OV2640连接,以SCCB总线来控制OV2640完成它的初始化。通过移植LwIP协议作为嵌入式以太网协议栈,结合以太网硬件接口实现系统的以太网传输功能。微控制器通过SDIO接口和使用FATFS文件系统实现了对SD卡的读写功能。本文先后从嵌入式的发展现状、系统的总体架构、关键芯片的选取、相关硬件电路设计以及系统软件设计等方面来对整个系统进行阐述。最后经测试,本系统实现了对图像的采集、显示、存储以及传输功能。

关键词： 嵌入式系统   网关   在线监测   阳极电流测量  

摘要： 在铝电解过程中,准确测量阳极电流分布可以指导生产提高电流效率。铝电解槽中阳极电流分布是随着电解的进行而发生变化。测量阳极导杆的电流分布可以判断电解槽的运行状态因此在线监测阳极电流对铝电解生产有很重要意义。本课题采用霍尔传感器阵列测量阳极电流。该方法通过霍尔传感器测量磁场后,利用毕奥-萨伐尔(Biot-Savart)定律推导出阳极电流,所以准确测量阳极电流产生的磁场成为准确测量阳极电流的关键。由于现场立柱母线、水平母线等通电导体的影响,使准确测量阳极电流产生的磁场成为一个难点。论文设计了一种基于霍尔传感器阵列测量阳极电流的方法,通过建立干扰数学模型,估算干扰磁场对阳极导杆周围磁场的影响,从而达到测量阳极电流的目的。基于该模型设计了霍尔传感器阵列的测量节点和用于收集数据的网关。网关设计基于嵌入式Linux操作系统,结合电解槽阳极电流分布测量需求,采用了TI公司的OMAP3530芯片作为控制核心,利用串口接收电流互感器经Zigbee网络发送阳极导杆的磁场信息,网关接收到每个阳极导杆由霍尔传感器测量得到的磁场数据,通过干扰磁场模型计算消除干扰磁场的影响,从而得到相对准确的阳极电流。然后通过企业局域网将电流信息上传至中控室,实现阳极电流在线监测。

关键词： 嵌入式系统   软件设计   方法应用  

摘要： 嵌入式系统可以实现控制、监视或管理设备的功能,因此在实际中有着广泛应用。但嵌入式系统软件设计中如何满足功能要求、如何控制设计成本与时间,是设计中需要考虑的主要问题。本文中笔者简述嵌入式系统设计的原理与设计,详细阐述其在设计中的具体应用。

关键词： 注塑行业   嵌入式系统   MES   单元控制器   Linux   QT  

摘要： 我国的注塑工业经过近几十年得到迅猛发展,现已成为全球最大的塑料制品生产和消费国,并在国民工业经济当中具有举足轻重的地位。随着“工业4.0”的提出,现在很多注塑企业已经引入制造执行系统(MES)进行企业信息化生产管理,希望借此提高企业竞争力。但是现有的MES单元控制器大多是自动化公司开发的常规控制器,存在灵活性低、扩展性差、采集数据不及时等缺点,难以满足注塑企业MES的需求。近年嵌入式技术发展迅猛,在工业领域应用日益增多,这让嵌入式技术应用在MES单元控制器成为可能。本文的目标是利用嵌入式技术的功耗低、性能强、体积小等优点,针对注塑企业采用的生产设备繁多,信息采集难等情况,研发出一种能满足生产现场设备信息采集的、人机交互良好的、应用灵活的MES单元控制器。在深入注塑企业调研分析以及对离散制造业理论的研究的基础上,针对MES对单元控制器的要求,着重对单元控制器的架构进行研究,设计了一种核心板与扩展主板基于嵌入式linux系统的单元控制器架构。这全新的单元控制器架构采用模块化设计,不仅可以解决MES系统缺乏底层技术的困境,还使整体设计清晰、简洁,可维护性和可靠性提高。在硬件开发中,结合注塑企业MES对单元控制器的需求,开发了UART接口、以太网接口、开关量接口等,并加入了7寸的触摸屏驱动电路,支持良好的人机交互扩展。考虑到生产现场环境恶劣,针对性的在电路设计中加入抗干扰措施,保障单元控制器能更稳定地运行。软件开发方面主要研究了搭建嵌入式Linux操作平台和QT图形显示软件的开发,设计了一套符合注塑企业需求的人机交互界面。最后在测试平台上完成系统的整体功能测试。