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关键词： 拉力测试   原型机   交流伺服电机   嵌入式系统   信号采集  

摘要： 材料测试机是检测材料力学性能和工艺性能的重要设备仪器,主要功能是对材料的机械性能进行测试。目前,就国内拉力测试机发展状况而言,拉力测试机成本普遍较高,而拉力测试机在社会上的使用非常普遍,大部分普通高校限于研究经费比较紧张的原因,很难为所有自动化、机械相关专业学生提供接触拉力测试机实验的机会。针对这一现状,本研究设计了一款适合大多数学校教学实验及机械自动化、电子爱好者均可开发使用的拉力测试机原型机及其测控系统。主要工作如下:第一,在整体了解拉力测试系统组成的基础上设计了拉力测试原型机,机械部分模型图。根据模型图仔细考虑了零部件的选材,并考虑到成本与制作工艺等因素,进一步设计以及手工制作出了包含:拉力测试机底座部分,丝杆套组等传动装置,载物台及拉力装置,电机、传感器及其固定装置等四部分的机械实物。最后对实验需要的交流伺服系统进行了分析,设计了交流伺服系统控制方案。第二,制作了以Arduino Uno为核心的嵌入式拉力测试系统,可完成对伺服电机控制、拉力传感器信号的数据采集。第三,以Labview软件为平台开发出了上位机测控系统,根据功能需求完成了电机控制,数据采集,数据分析、存储、打印等功能。第四,在制作完成的原型机上对整个拉力测试系统进行调试,完成了橡胶材料的拉伸实验。检验了本研究所研制的原型机机械强度及验证了测控系统的可靠性,软件程序的可行性;得出了测试结果,达到了预期的测控效果。总之,本研究设计并实现了了拉力测试平台及其电源电路,嵌入式采集控制板卡,上位机测控系统,实验调试及验证等四大部分。

关键词： 混合隔震   负刚度控制   磁流变阻尼器   嵌入式系统   振动台试验  

摘要： 在土木结构的振动控制领域,负刚度半主动控制与隔震支座被动控制的混合控制可以充分发挥各自的优点,克服各自的缺点,能有效减小隔震结构的反应,是一种土木结构高性能减震的新途径。目前负刚度隔震相关的研究还不多,主要集中在理论与仿真分析方面,本文旨在完善负刚度磁流变阻尼器研制与负刚度隔震结构振动台试验方面的研究,主要内容有以下三个方面:1.利用SAP2000对四层钢框架振动台试验模型进行了隔震仿真分析,考察了被动隔震结构和负刚度智能隔震结构在七条地震波作用下的地震反应,通过量化对比分析发现,负刚度智能隔震结构的平均层间剪力、位移角、加速度等反应要比橡胶支座隔震结构小30%左右,且减震系数标准差更小,说明了负刚度智能隔震系统的性能更加优异。2.根据振动台试验模型仿真分析结果研制了一台用于振动台试验的磁流变阻尼器,并以LabVIEW与NI cRIO嵌入式系统为软硬件平台开发了配套的磁流变阻尼器控制系统,通过对自制的磁流变阻尼器的基本性能试验与负刚度控制性能试验发现,该磁流变阻尼器的最大阻尼力可达10kN,最大负刚度可达-0.22kN/mm,且负刚度值在一定范围内连续可调。说明了该磁流变阻尼器及控制系统的有效性,且满足四层框架模型振动台试验的负刚度控制性能要求。3.对四层框架模型进行了振动台试验,利用应变片、加速度传感器与激光位移计等传感器实时采集了结构的地震反应,对比分析了不同隔震方案的隔震效果,发现负刚度智能隔震结构的底层柱底应力、顶层加速度相对于非隔震结构显著减小,底层柱底应力减震系数最大值为0.31,最小值为0.16,均值为0.24,标准差为0.14。而铅芯橡胶支座隔震结构的底层柱底应力减震系数最大值为0.40,最小值为0.24,均值为0.32,标准差为0.20。说明负刚度智能隔震系统的隔震效果与鲁棒性均显著优于铅芯橡胶支座隔震系统。

关键词： 地磁导航   定位技术   ARM   嵌入式系统   上位机  

摘要： 导航技术一向是嵌入式系统的研究热点之一。特别是在20世纪末和21世纪初,伴随着通信、计算机、微电子等学科的高速发展,导航技术也变得越来越多样化和智能化。地磁导航是一种利用地磁场特征为参考的新兴导航定位技术,它在工业上的自动导引机器人、军事上的飞航导弹制导、或者科技中的未知地域探索等方面都有着良好的应用前景。本文通过查阅当代国内外大量有关地磁导航系统的文献与研究成果,分析并研究地磁导航技术的原理,而后考虑如何将这些理论研究付诸到实际应用中。本文以实现基于地磁导航的智能系统为研究目的,重点研究设计基于地磁导航的智能系统硬件平台,然后针对该硬件平台设计软件,并移植和优化导航控制和定位算法,完成系统上位机程序设计,最终完成基于地磁导航的智能小车系统的设计。本文主要研究工作如下:1.查阅国内外关于导航控制技术的大量文献,对比地磁导航技术与其他导航技术的优缺点,并深入研究分析地磁导航技术的原理。2.针对设计基于地磁导航的智能小车的研究目的,确定该系统的目的和功能需求,并将硬件平台划分为不同模块进行芯片选型、电路设计等研究,完成一个由以ARM内核的STM32F407微处理器、88W8686为无线传感器、LSM303DLHC为地磁传感器等模块组成的嵌入式系统,并设计完成该嵌入式系统的PCB布线和制版,最终完成基于地磁导航的智能小车硬件平台的搭建。3.研究和对比现有导航定位算法,并将其优化后移植到硬件平台上,验证优化后算法的实际可行性,完成智能地磁导航小车的基本设计。4.针对完成的智能地磁导航小车系统,研究并设计上位机程序,完成智能地磁导航小车的实时监测、控制功能和路径规划功能的设计,使得智能地磁导航小车系统实现良好的交互性能。基于以上研究成果,将基于地磁的导航定位技术应用到自主研发的智能小车中,完成智能小车系统的整体设计。研究成果表明,基于地磁导航原理的导航定位技术可以应用到工业背景下的自动导引机器人中,本文设计方案具有可行性。

关键词： 电子鼻   香辛料   完整系统   Linux   嵌入式系统  

摘要： 电子鼻在香辛料识别中已经显现出巨大的作用,但是现有商用的电子鼻系统体积大,通讯方式少,价格昂贵,不利于移动。在研究和使用过程中,不易实现对软硬件做出更改和扩展,实现自定义编程,以满足实际需求。而当前电子设备微型化,智能化的发展趋势下,最根本的解决办法就是以模块化的方式构建一个简单有效且能对香辛料具有针对性检测的嵌入式电子鼻。为实现对香辛料品质鉴别的工作,实现更有针对性的香辛料研究,以S3C6410为核心在ARM平台构建了传感器陈列、采集系统、数据传输及处理等核心模块,基于Linux平台开发检测和控制系统。在Linux系统下实现相关驱动及应用程序,完成数据采集、存储、传输、预处理、特征提取、特征分析、分类等一套功能.开发应用于食用香辛料的电子鼻系统。形成了软件硬件完整且可独立工作的电子鼻系统.系统数据预处理和识别算法,采用PCA和SVM算法,算法验证中对八角茴香、小茴香、麻椒、香叶,香果,草豆蔻等香辛料进行采样,提取特征,识别准确率可达95%.最终验证了系统硬件及算法的可用性,同时又验证了其对香辛料具有区分能力和识别能力。

关键词： 嵌入式系统   Android系统   ARM   FPGA   GPMC总线  

摘要： 随着嵌入式技术的迅猛发展,基于嵌入式操作系统的导航终端已成为研究热点,但嵌入式系统主要是与GPS相结合的。近年来虽然我国北斗导航与嵌入式系统结合也越来越多,但主要以WinCE、Linux为主。相较与WinCE和Linux,Android以其丰富的软件资源和应用场景成为嵌入式系统的首选操作系统,能呈现更优质的人机交互界面。因此,自主研发一种基于Android平台的北斗导航终端,不依赖GPS导航模块,这对北斗导航终端智能化、小型化研究具有重要意义。论文主要包括软硬件两部分内容,硬件采用ARM+FPGA双处理器架构,软件采用Android系统,在对ARM、FPGA和Android系统进行深入的理论分析之后,制定了课题的总体方案。硬件方面,设计了ARM+FPGA的硬件结构框图,分析了ARM中的GPMC总线结构原理和FPGA内部结构,重点设计了ARM与FPGA之间的接口,通过FPGA模拟GPMC总线的读写时序,实现二者之间的数据传输。软件部分,深入分析了Android的架构和特点,制定了移植Android系统的方案;重点完成了内核、文件系统、U-boot的移植;对Linux驱动程序足够认识之后,结合Android驱动特点,设计了Android下GPMC总线驱动程序,包括Linux内核下的驱动程序,以及在Android HAL层调用;设计了GPMC总线驱动程序调用结构图;完成了GPMC总线驱动程序的调用。研究表明,将Android系统与北斗导航技术相结合,充分利用了Android系统兼容性强、易于开发、升级方便等特点,使得所设计终端系统具有智能化、小型化等特点。为北斗导航终端在嵌入式操作系统选择方面提供了参考建议。

关键词： 嵌入式系统   模糊PID   ARM9   末端控制器   Wi-Fi  

摘要： VAV(Variable Air Volume,变风量)中央空调系统主要通过末端装置调节室内温度,末端装置是中央空调系统热交换的最后环节,更是系统中最能体现控制和节能效果的重要装置之一。目前,VAV空调系统末端控制器大多采用资源少、功能单一的单片机作微控制器,导致控制器功能少;常采用单一、有线传感器采集环境信息的采集方式,这种方式布线繁杂且不够灵活美观;仅将一些简单的控制策略应用在末端控制器中,末端控制器的控制性能较差;对于如何改善环境监控的便捷性尚未提出较好的解决方案。针对上述问题,本文主要完成了:基于嵌入式系统设计VAV系统末端控制器,改善房间环境信息的采集方式和监控方式,以及智能控制策略在末端控制器中的应用这三方面内容。本文阐述了VAV空调系统控制技术的国内外研究现状,分析了VAV空调控制系统与嵌入式系统的系统结构与工作原理,设计并实现了基于嵌入式系统的VAV系统末端控制器。在硬件系统方面,控制器主要采用ARM9微处理器S3C2440为核心的嵌入式开发板,以CC2430微控制器为主控的无线传感器网络开发套件,并设计了D/A硬件电路并制PCB板。在软件系统方面,控制器选用Linux 2.6.30操作系统以及专用于无线传感网络的TinyOS操作系统,并利用嵌入式系统的多任务管理机制实现多线程编程,先后完成了内核的裁剪与移植、根文件系统的制作与移植、D/A驱动程序设计和Qt/E应用程序设计;此外,基于TCP/IP网络协议,采用Java语言设计手机App,并用Qt语言开发了嵌入式网络服务器功能。本文最终实现了:(1)基于嵌入式系统开发VAV空调末端控制器,控制效率更高;(2)实时、无线采集空调房间内多点温湿度,温湿度采集更准确、便捷;(3)将模糊PID控制策略移植到嵌入式末端控制器中,控制效果更佳;(4)Wi-Fi网络下能通过手机App无线查看当前房间内实时温湿度信息,快捷设定房间温度,监控便捷,人机交互界面友好。通过实际测试得到如下结论:所设计的末端装置控制器无线数据采集准确,能够准确表征房间的环境参数;对于控制系统的非线性,不确定性及负载突变等实际常出现的特性,控制器超调量小,稳态精度高,表现出良好的控制效果;可以通过手机App无线监控房间温度。该基于嵌入式系统的VAV空调末端控制器可广泛应用于家庭、商场、剧院、体育馆等场所。

关键词： 指纹识别   S3C6410   嵌入式系统   ARM处理器  

摘要： 生物认证是以生物特性为基础的身份认证,生物特征是天生的,具有唯一性以及不可复制性。鉴于这些特性所表现出来的优势,使其得到广泛的应用。日常生活中能够很容易接触到,如访问授权信息、登陆系统、鉴别疑犯等。相对来说,指纹的综合性能比较突出,因而基于指纹的身份识别应用也最为广泛。指纹识别的研究经历了一个比较长的过程,早期通常将采集到的指纹数据放在通用计算机上进行处理,性能上虽然能够得以满足,但其最大的缺点是体积大、携带十分不便,阻碍了其发展。如今随着嵌入式的快速发展,处理器的速度越来越快,性能越来越好,从而使基于嵌入式平台的指纹识别系统得到了快速发展。本文针对指纹识别系统的发展状况及现有的研究成果进行了系统的分析,特别是在指纹识别的实际应用和测试中表现出的关键性问题做了仔细的研究。设计了一款以S3C6410芯片为核心并结合Linux操作系统的嵌入式指纹认证系统。本系统主要分为硬件和软件两大部分。在硬件部分包括处理器的选型,系统的整体框架设计以及图像采集设备的介绍。在软件部分主要包含指纹识别关键算法的分析,驱动程序的设计,采集流程的分析及应用程序的设计以及指纹图像采集质量的评估等。虽然现如今指纹识别系统的理论研究相对比较完善,但随着嵌入式平台的不断发展,在性能及精度上仍有完善和改进的空间。

关键词： 单细胞分析仪   web服务器   程控电压   ARM   嵌入式系统  

摘要： 因细胞的个体差异的原因,传统分析群细胞的方法很难得到单个细胞内的化学信息。因此,研制单细胞分析仪在医学临床和生物化学领域有重要的应用价值。要实现单个细胞的生化分析,首先要完成单个细胞的进样、定位与电泳,这需要高精度的程控系列高压电源。为了改善传统的高压电源输出高电压的稳定性差和只能进行单通道电泳检测的不足,本文开展了基于ARM的单细胞分析仪高压电源的程控电压系统设计,完成的主要研究工作如下：(1)对嵌入式系统的控制技术在单细胞分析仪高压电源的程控电压系统中的应用进行了详细的分析。结合高压电源的功能特点和嵌入式系统技术的要求,详述了嵌入式各种不同处理器的框架和应用较为广泛的几种嵌入式操作系统,最终确定了本文所使用的硬件和软件平台。(2)根据本文设计的内容和需求,确定了系统方案的总体设计。同时还详细介绍了嵌入式系统技术的开发流程,主要是嵌入式系统技术开发的软硬件平台搭建。并在这个平台的基础上完成Bootloader的移植、Linux内核的裁剪和移植以及根文件系统的制作。(3)利用ARM9的PWM控制信号的占空比来控制D/A转换模块,并使D/A转换模块输出范围为0-10V的程控电压。另一方面,为了实时了解程控电压的输出值,本设计使用A/D采集模块对D/A转换模块所输出的程控电压进行实时采集,并使采集的电压显示在浏览器上。(4)开发了基于ARM9微处理器的AD采样模块的SPI总线接口设备和D/A转换模块的PWM控制信号的字符设备驱动程序。同时,在嵌入式目标板上移植一款轻巧而功能强大的嵌入式Boa服务器,并在此基础上开发了基于HTML语言的web上位机系统软件,实现了对单细胞分析仪高压电源的程控电压输出和采样,并使得输出和采样的结果以动态网页的形式输出显示在客户端浏览器上。(5)在已开发的软硬件平台的基础上,对整个web上位机系统软件进行实际的测试。用户以验证的方式登录客户端浏览器实时监测高压电源的程控电压的输出和采样结果。经测试表明：所设计的程控电压系统基本符合预期的设计目标。

关键词： 嵌入式系统   数字示波器   ARM   FPGA   信号处理  

摘要： 上世纪80年代,虚拟仪器的概念才刚刚被提出来,就已经引起了仪器测试领域的轩然大波。虚拟仪器凭借其相比于传统仪器的众多优势,被越来越多的人认同,因而被应用于各个与测量相关的领域。虚拟示波器作为虚拟测量仪器的重要组成部分,因其具有方便、快捷、体积小等众多优点,将会具有更加广泛地发展前景。自美国国家仪器公司生产出世界上第一台数字示波器起,虚拟数字示波器技术得到了示波器领域的高度重视,再加上电子测量技术的飞速发展,越来越多的人踏足数字示波器领域,促进了虚拟数字示波器技术的飞速发展。我国在90年代中期才开始涉足虚拟仪器技术领域,虽然起步较晚,但发展速度却让人感到震惊。除了在专门生产示波器的厂商的带动下,国内各研究所及高校在相关领域所做的研究也是我国虚拟仪器技术飞速发展的重要原因。本课题主要研究的是基于嵌入式系统的数字示波器的设计,采用硬件与软件相结合的方式,在整个设计系统中突出体现各自的优势,以更好地完成各项技术指标。硬件部分主要实现对信号的调理,使外部信号满足输入要求,然后经过A/D转换电路将模拟信号转变成可以被FPGA采集以及ARM微处理器处理的数字信号,除此之外,通过电源模块实现了对各个子模块的稳定供电。软件部分则是基于嵌入式系统在STM32上的移植,通过FPGA的采集以及STM32对数字信号进行编程处理,实现波形在前面板上的显示。在整个过程中,完成了硬件部分的设计及其功能测试;完成了系统在STM32上的移植,实现了对整个系统的操控;完成了软件部分的控制程序编写,并验证了系统的准确性及有效性。在文章的最后,通过系统的整体测试,给出了输入波形与输出波形的对比,以及两通道的波形测试结果。通过结果分析,系统符合设计要求,完成预期指标,成功的实现了对频率≤100k Hz信号的两通道显示。

关键词： 车载终端   STM32   电池监测   GPS   WIFI   GPRS   嵌入式系统  

摘要： 随着航空事业的迅速发展,机场变得越来越繁忙,停机坪车辆的数量也在迅速增加,在一些飞机起降频繁的大型机场,停机坪车辆安全事故层出不穷,停机坪车辆的优化调度及安全问题越来越受到重视。停机坪车辆作业具有工作环境拥挤,时间紧迫,受天气、飞机起降影响大,信息传输效率低等特点。本文针对停机坪车辆作业存在的问题,研制一套以STM32处理器为核心的车载智能终端,该终端设备具有电动汽车蓄电池状态监测、车辆实时定位、无线通信和人机交互等功能。本文通过模块化的设计思路,阐述了车载智能终端的软硬件设计方案以及在机场环境下的针对性方法。在硬件电路设计中,主控制器选用STM32F407ZET6芯片作为核心处理器,电池监测功能通过DS2438芯片实现智能监测,车辆定位功能通过GPS定位技术实现,无线通信功能通过WIFI通信技术实现,并且设计了GPRS模块作为备用通信方式以增强通信功能的稳定性,人机交互模块包含LCD触摸显示屏、按键和LED指示灯,加强了驾驶员与车载终端之间的信息交互。在软件程序设计中,通过建立MDK5工程实现嵌入式系统开发和调试,并将uCOSII内核系统移植于STM32处理器来实现程序运行,硬件驱动基于STM32固件库文件完成,同时根据车载终端的功能需求进行多任务应用层设计最后,通过对车载智能终端的综合调试,验证了终端设备的可行性,可进行推广使用,同时对整个研究工作进行总结与展望。