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关键词： 定形机   嵌入式系统   参数检测及控制   节能减排  

摘要： 随着我国经济的快速发展,以及资源节约型和环境友好型社会的建设,节能减排成为调整产业结构和技术创新的重要考虑因素。抑制高能耗、高排放产业的过快发展和淘汰落后技术成为实现节能减排的强有力手段。纺织印染行业作为传统工业,由于其工业自动化程度低,企业对技术创新的投入力度不够大,使得生产过程能耗高、水耗高和排放量高。定形机作为纺织印染后整理阶段的主要设备,也是能源消耗和污染排放的主要设备,主要的原因是在实际生产过程中定形机无法实时显示工艺参数,操作工人也就不能实时了解相关的工艺参数,只能依靠操作工人的手感、视觉和操作经验来判断生产的状况并进行控制。为了使生产过程可视化、自动化,欧洲的产品供应商率先开始研发定形机参数在线检测及控制设备,由于其价格非常昂贵,而我国的纺织印染行业又是以中小型企业为主,使得其产品推广比较难。国内也有厂家研发类似的产品,但是由于起步晚,技术落后,导致产品笨重、检测及控制效果不佳。因此,研究定形机参数在线检测及控制系统意义重大。本课题是在深入研究定形机工作过程中各主要参数的基础上,基于嵌入式系统进行定形机参数在线检测及控制系统的开发。本课题以RAPID小型定形机为实验平台,首先了解了定形机工作过程中各主要参数的检测方法,分析了本课题研究的意义与价值。然后对定形工艺中各主要参数的检测方法和控制方法进行了深入的研究。根据实际情况,决定采用以S3c2440芯片作为主控制器,以电阻法测量织物含水率,以红外法测量织物表面温度,以二氧化锆传感器测量排气湿度,以光电编码器测量定形机车速和排气扇转速,以变频器驱动三相异步电机,以PID控制算法进行速度控制的方案。根据方案,设计了各检测系统的硬件平台,将物理信号转变为电压信号,再送入主控制器的A/D采集端口,从而实现数据的采集。软件是基于嵌入式系统,开发了定形机参数在线检测及控制系统的软件程序,实现了信息的可视化,增强了操作的便利性,并设计了软件的A/D采集、软件滤波、实时显示、曲线显示、通讯以及控制等子程序。最后在实验室的环境下对设计的系统进行了硬件和软件的调试。对系统的运行情况进行分析,所设计的系统能有效地提高信息的可视化和操作的智能化,有助于提高纺织印染品的质量和节能减排。

关键词： 裸眼3D技术   双目立体匹配   嵌入式系统   实时   视差图  

摘要： 进入21世纪以来人们对3D影片的观影需求越来越大,但是目前观众去电影院观看3D电影时需要佩戴专用的3D立体眼镜才能看到3D效果,长期佩戴这种眼镜容易眼部疲劳和不舒服,尤其对儿童的视力有伤害,因此开发一种不需要外部辅助设备的3D影音播放设备很有研究的必要。裸眼3D技术的发展就是为了解决这样的问题而发展起来的。裸眼3D图像显示系统根据人获取立体感的原理,采用双目摄像头模拟人眼采集2D图像,通过左右图像的立体匹配获取视差图,然后通过视差图渲染技术合成3D图像,并显示在3D显示屏上,观众就能裸眼观看到立体效果。本文根据嵌入式技术和立体成像技术的相关理论,基于S3C6410处理器和WinCE6.0操作系统,设计完成了裸眼3D图像显示系统的软硬件,本文的主要研究内容如下:首先,本文研究了当前裸眼3D图像显示技术的背景和意义,查阅了该技术当前的研究现状和发展趋势,在理解3D成像的原理基础上,总结了当前3D图像显示技术存在的问题,即功能单一、图像成像效果不够好等问题。针对这些问题提出本文的解决方案,即开发一款基于嵌入式技术的裸眼3D图像显示设备。其次,根据课题的需求分析进行系统的框架设计,并了解嵌入式处理器、WinCE6.0操作系统的相关知识,并根据开发图像处理软件的需要,研究了当前双目立体匹配图像处理算法的研究现状,并在此基础上介绍了递归边缘保持图像滤波算法的数学模型。裸眼3D图像显示系统的硬件平台设计,主要包括设备的选型、电路图的设计、系统框架的设计、设备驱动以及嵌入式系统的移植等。对于双目摄像头还需要进行结构设计,并运用标定工具箱完成单目摄像头、双目摄像头的立体标定和校准工作,保证采集到的图像的精准。最后,从3D图像处理算法设计的实时性和精确性两个方面进行研究,提出一种具有时间常数算法复杂度的3D图像匹配算法(递归边缘保持型双目立体匹配算法),并将由此算法获取的视差图进行优化渲染得到3D图像。然后通过仿真实验验证了算法的有效性,该图像处理算法的误码率能够与先进的局部双目匹配算法相媲美,平均误码率在5.6%,而且该算法中只运用了加法乘法等简单运算,在计算复杂度上占有优势,因此在实时性上也表现良好,最后移植到硬件平台上也能运行良好。

关键词： 嵌入式系统   恒减速制动   模糊神经网络   卡尔曼滤波   多任务处理  

摘要： 恒减速制动是以制动的减速度恒定作为控制目标,使提升机在各种工况下能够按照给定的减速度值安全制动,该制动方式不仅改善了制动性能,还有效地预防了摩擦提升机滑绳事故的发生,是矿井提升机较为理想的制动方式。传统的控制系统以PLC为核心控制器,其顺序执行方式以及主频较低越来越难以满足恒减速系统对实时性的要求。恒减速制动系统集机电液于一体化,系统较为复杂,传统的PID控制难以取得较高的时效性。因此,高实时性、高精度的恒减速制动电控系统的研究具有重要意义。本课题以可实现恒力矩-恒减速切换的液压转换装置为控制对象,研究并设计了基于嵌入式的恒减速制动电控系统。首先,本文以恒减速制动转换装置为控制对象,进行控制原理的分析,同时根据工况需求提出了基于嵌入式的电控系统硬件总体方案。硬件电路采用双极板插接方案,分为核心主板和外围电路基板,便于系统调试。核心主板包含微处理器和所需电路,外围电路基板是输入输出电路的集合,包括油压信号输入电路、溢流阀输出电路等。为了提高硬件电路板的可靠性,本文还进行了PCB板的电磁兼容性研究和设计。其次,结合硬件系统和恒减速制动控制原理,给出了基于嵌入式实时操作系统的多任务处理软件系统方案。软件系统包含恒减速多任务处理和控制算法研究两大部分。实时操作系统μC/OS-II可实现多任务―并发‖处理,使得恒减速制动系统具有较高的实时性。控制算法采用模糊神经网络,构建了基于T-S模糊模型的神经网络并进行了离线训练,该结果可直接应用。同时为了提高速度反馈量的处理精度,引入了卡尔曼滤波算法,设计了卡尔曼滤波器。最后,根据以上研究内容进行了恒减速电控系统的集成仿真与实验。首先采集编码器数据并分别由卡尔曼滤波和传统测速方法对加速度值进行处理,实验结果表明卡尔曼滤波精确度更高。接着基于模糊神经网络控制算法对恒减速制动系统进行集成仿真,仿真结果完全满足各种工况下的恒减速制动。最后在实验室环境下,搭建模拟试验台,以及现场模拟实验,验证了电控系统的可行性。

关键词： Linux   YAFFS   移植   文件系统   嵌入式系统  

摘要： 随着嵌入式系统在工业和家庭的各个领域的广泛应用,对具有高速和实时数据存储能力的存储设备的需求也越来越多。基于嵌入式系统的数据的存储和管理逐渐成为当今的一个急需研究的重要课题。早期的嵌入式系统设计简单,不需要文件系统的支持,但随着技术不断发展,嵌入式系统越来越复杂,设计带文件系统的嵌入式系统有其必要性。文件系统YAFFS(Yet Another Flash File System)由于其针对性强以及性能良好正逐渐被应用到各种嵌入式的系统中。本文详细研究和分析了Linux环境YAFFS文件系统,并且对YAFFS文件系统进行了挂载和基本读写测试。文件系统的测试工作通过虚拟机Oracle VM Virtual Box搭建测试平台,控制对象采用模拟的NAND控制器。整个测试工作验证了YAFFS文件系统的功能完整性。在此基础上,针对嵌入式系统需要实时可靠的管理数据,本文将YAFFS文件系统移植到嵌入式目标板,保证YAFFS文件系统在嵌入式平台工作的可能性。本文给出了YAFFS文件系统在移植、配置和裁减过程中的建议,具体阐述了嵌入式软件开发平台CCS上YAFFS文件系统的移植方法。本YAFFS文件系统能正常挂载嵌入式处理器内部RAM,能正常新建目录、新建文件,并且能够实现对文件进行打开、关闭和正常读写的功能,具有良好的稳定性。同时,整个文件系统不带操作系统,为嵌入式系统提供了统一的API函数接口,具有良好的通用性。

关键词： 测现场数据采集   嵌入式系统   ZigBee   GPRS  

摘要： 本文介绍了一种LED照明产品照度性能数据采集系统的设计实现方法。照度性能是照明产品的一项重要指标参数,它体现了照明产品的亮度随时间的衰减情况。为了实现LED照明产品的照度性能测试,需要使用照度计设备测量LED产品的亮度数据,并记录每天的测试数据,最后通过对大量数据的处理得出该产品的照度性能参数。在实际测量中,对于大批量的LED照明产品的数据读取、记录和后续数据处理等都十分耗费人力,而且每次的读数操作,由于人为操作的原因(照度计设备离产品的距离、每次照度计设备摆放位置等)都会影响数据的一致性和准确性。本文介绍的LED照明产品照度性能数据采集系统,能实现照度数据的自动采集、本地存储和处理,并能通过有线网络或GPRS无线网络实现数据上报和共享,该系统采用分布式结构,通过485线材总线实现多个产品测试位的组网,通过ZigBee无线网络实现多个测试产地的组网功能。LED照明产品照度性能数据采集系统由数据采集终端和ZigBee数据网关组成。数据采集终端包含了照度数据采集节点、电能数据采集节点和ZigBee无线数据读取模块。照度数据采集节点安装在产品测试位上,实现LED照明产品的照度数据采集,保证了每次数据读取位置的一致性；电能数据采集节点实现产品测试位上待测产品的电能数据的读取；ZigBee无线数据读取模块通过485现场总线读取照度数据采集节点、电能数据采集节点的数据,并功过ZigBee无线网络将数据上传至ZigBee数据网关,每个ZigBee无线数据读取模块最大支持12个产品测试位的数据读取。ZigBee数据网关实现了对数据采集终端自动采集控制、数据的本地存储和处理,ZigBee网路数据到Internet网络的数据转发。ZigBee数据网关由ARM9核心板、ZigBee无线通信模块、GPRS无线通信模块组成,在ARM9处理器上运行Linux操作系统和SQLite数据库,能响应远程操作指令,实现不同产品测试位上测试产品的各项信息、照度数据采集采集时间、采集间隔等运行参数的配置,支持采集数据上报、上线自动补报历史数据和远程程序升级等功能。

关键词： 自动测试技术   测试方法   ATML   嵌入式系统   MINIGUI  

摘要： 综合控制系统作为复杂设备的核心部件,在设备的工作过程中起着决定性的控制作用。在复杂设备进入正式工作之前,对其综合控制系统进行全面的性能和功能测试,对保证设备工作的可靠性至关重要。目前国内外普遍采用自动测试系统实现对综合控制系统的自动测试。随着科技的不断进步,设备的种类和型号日渐增多,自动测试系统面临向可靠性、通用性和标准化的方向发展。本文针对一种飞行器的综合控制系统,研究其自动测试技术。为了保证测试的覆盖程度,本文基于对飞行器的综合控制系统硬件接口和可测试性设计技术的分析,划分了具体的测试项目。依据综合控制系统的特点,本文进行了自动测试系统的整体设计,采用PXI(PCI extensions for instrumentation)总线技术组建了自动测试系统,并对制定的测试项目进行了测试方法的研究,设计了自动测试流程。为了提高测试系统的通用性和标准化,本文进行了自动测试描述语言的研究,将测试系统进行了基于ATML(automatic test markup language)的标准化描述。本文在自动测试系统整体结构的基础上,将系统软件划分为ATE(automatic test equipment)和UUT(unit under test)两部分,采用ATE软件发送测试指令,控制UUT软件执行测试的测试策略。ATE软件作为测试系统的主控部分,基于嵌入式实时操作系统VxWorks进行开发,保障了系统的实时性；UUT软件作为测试任务的执行部分,进行DSP(digital signal processor)程序的开发。为了提高测试系统的人机交互能力,使用MINIGUI进行了ATE测试计算机图形界面的开发。本文研究的自动测试技术实现了对飞行器综合控制系统全面的自动化测试,研发的自动测试系统完成了被测系统的各项环境实验,能够进行准确的故障定位,具有良好的人机交互能力和通用性。

关键词： CDIO   嵌入式系统   教学改革  

摘要： 本文针对嵌入式系统课程教学中存在问题,结合CDIO做中学的新型教学模式,从嵌入式系统课程教学体系、教学平台选择、教学方法等方面探索该课程的教学改革,以提高学生学习兴趣和实践能力并化解课程教学难点。

关键词： 模拟电路故障诊断   BP神经网络   深度学习   嵌入式系统  

摘要： 现代电子线路的规模越来越大,集成度越来越高,拓扑结构越来越复杂。虽然电子线路的精密度在提高、故障率在减少,但是电路故障的发生在所难免,并且相比过去更加难以被检测并诊断出。电子设备中的电路分为数字电路和模拟电路,模拟电路比数字电路更容易发生故障,诊断的难度也由于软故障等原因更加困难。如何使用更加智能的手段快速、准确、有效地对模拟电路进行故障诊断成为实际工程应用的迫切需要。本文针对模拟电路的实时性、软故障的诊断、提高模拟电路故障诊断准确率等问题进行研究。主要的研究工作和成果如下:(1)基于BP(Back Propagation)神经网络的嵌入式系统及其在模拟电路故障诊断中的应用。针对模拟电路故障的实时检测问题,提出使用嵌入式系统实现BP神经网络进行解决的方案;提出模拟电路故障检测的四个假设,对诊断系统的结构和诊断流程做出分析;利用设计的系统,进行模拟电路故障诊断的实验,实验结果表明,基于BP神经网络的嵌入式系统能够有效诊断出模拟电路的故障。(2)基于深度学习理论的神经网络在模拟电路故障诊断中的研究。针对模拟电路软故障的诊断问题,提出使用深度神经网络模型进行诊断的方法并使用深度神经网络的一种栈式神经网络进行了模拟电路故障诊断的实验,验证该方案的准确有效性;提出基于深度学习和电路开源框架的实际应用于工程实践的系统架构,为深度学习理论应用于工程实践提出方法。(3)松散型小波集成神经网络及其模拟电路故障诊断中的研究。基于人类对某一对象的分类,都是对该对象的多个特征提取并进行分类之后综合进行判断的这一现象,结合一维神经网络的理论,提出松散型小波集成神经网络的概念及理论,将该理论应用于模拟电路故障诊断领域中。该方法首先使用小波进行特征的提取,并使用主元分析法(PCA,Principal Component Analysis)进行降维,然后使用集成神经网络作为分类器进行分类,最后使用决策器进行类别的最终判断。实验结果表明,本文提出的网络结构可对模拟电路的诊断取得了较好的结果。同时,该网络结构也可应用于图像处理等领域。综上,本文以经典BP神经网络理论为基础,引入前沿深度学习理论,结合嵌入式技术、小波分析理论、主元分析理论,提出松散型小波集成神经网络的结构,对解决模拟电路的实时性、软故障诊断、诊断准确率的提高等问题进行了研究。实验验证了基于嵌入式的BP神经网络、深度神经网络、松散型小波集成神经网络对模拟电路故障问题的有效性,并提出一套可用于实践的系统解决方案。

关键词： 校车管理   人脸识别考勤   人脸特征点提取   嵌入式系统  

摘要： 近年来,各地校车重大安全事故层出不穷,其背后原因是校车监管成本高造成的校车监管缺失。如何解决这一问题,提升校车监管力度同时降低校车管理成本成为各界热切关注的问题。基于以上背景,本文提出了基于机器视觉的校车安全监测系统,通过智能化视觉分析,监测校车内部安全状况,对于车内异常状况发出警报,保障校车安全行驶,同时降低校车的人力管理成本。首先本文使用了基于人脸识别的方式对校车乘客进行考勤,可以迅速完成人员数目与身份监测,有效的检测出外来乘客与人员超载情况并发出警告,提高校车的安全性。同时本文使用基于卷积神经网络的人脸特征点提取算法,通过提取人脸特征点并依据特征点,配合PERCLOS疲劳检测算法、闭眼时间的检测以及嘴部动作的检测来判断驾驶员的异常状态。此外本文提出对乘客异常状态的检测,检测车辆行驶中在车内走动的乘客,对个别异常走动的乘客做出提醒,保障乘客车内安全。最后综合考量课题需求与系统实现,采用支持CUDA计算的Jetson TK1嵌入式平台,将本文算法在嵌入式平台中实现,达到具备工程价值的目的。

关键词： 伺服控制系统   嵌入式系统   S3C2440   Linux操作系统   MiniGUI  

摘要： 经过几十年的变更与发展,伺服控制系统以其优良的性能在军事雷达和火炮的定位、工业机械手臂运动、空调、机器人、复印机、摄像机等多种场合得到了广泛的应用。与此同时,嵌入式技术也在飞速发展,无论在通信、科学研究、航空航天、医疗设备等领域,还是日常消费类电子设备,都可以见到嵌入式的身影。本设计将嵌入式技术应用于伺服控制系统,把嵌入式系统作为伺服系统的上位控制单元,克服了目前其它一些伺服电机上位控制单元如PLC、单片机等的缺点,具有很强的实用性。在本论文中,分别完成了系统硬件和软件的设计。在硬件方面,选用三星公司的S3C2440作为上位控制单元的CPU,主要完成了基于S3C2440的外围电路的设计以及上位控制单元与伺服驱动器接口电路的设计。在软件方面,完成了嵌入式系统开发环境的配置,配置了用于文件共享的Samba服务器和用于挂载根文件系统的NFS服务器;安装了用于对程序进行交叉编译的工具;完成了Bootloader的编译与移植;本设计中所使用操作系统为Linux,完成了对Linux操作系统的编译与移植,系统可以在实验平台上稳定地运行;还使用Busybox工具制作了一个根文件系统,为了便于我们对程序进行调试,将根文件系统通过NFS服务器进行挂载;在此基础上,为了使应用程序能够对硬件设备进行访问与控制,还开发了硬件设备的驱动程序,如PWM驱动程序等;本系统使用触摸屏来实现人机交互,因此还设计了基于MiniGUI的用户界面,并开发了基于MiniGUI的应用程序。经过测试,系统能够正常运行,可以完成对伺服电机的基本控制,如转速控制、位置控制等,基本达到了设计要求,具有一定的实用价值。如果对系统功能和性能进行一定的改进,增强其稳定性、可靠性和控制精度,可以应用于工业现场控制。