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关键词： 能耗监测   数据采集   嵌入式系统   ARM   S5PV210  

摘要： 我国是世界能源消费大国,能源短缺问题较严重,特别是大型公共建筑的能耗居高不下。节能减排是我国的基本国策。发展要节能,计量须先行。我省建立的公共机构能耗统计系统由现场设备层(能源计量仪表)、集中监测层(能耗计量数据集中采集终端)和远程监测层(能源数据平台)组成。该系统通过采集公共机构的各种能源品种的消费计量数据,监测能源使用情况。本文设计的能耗计量数据集中采集终端(简称终端)属于该结构中的集中监测层。终端基于ARM技术,搭建终端的核心控制模块、通信接口模块、人机交互模块、数据存储电路模块以及电源模块。核心模块采用三星S5PV210作为核心处理器,建立独立的最小系统;通信接口模块中主要支持RS232、RS485接口,网络接口;存储模块提供SDRAM、Flash存储系统、USB接口、SD卡接口等;采用7寸触控液晶屏进行人机交互操作。终端的软件在Windows CE6.0和Microsoft Visual Studio 2008环境下开发,采用用SQLite数据库对数据信息进行管理。终端数据库主要记录“能源计量仪表参数信息”、“能耗数据信息”、“终端的设置参数和管理信息”等。软件设计的内容主要包括:1、终端对能源计量仪表数据进行读取、解析、计算、存储等操作。2、终端对能源数据平台命令进行接收、解码、执行、返回执行情况等操作。3、终端上传能耗数据,包括按照设定的周期上传数据和接收能源数据平台的读取指令上传数据。4、通过触控液晶屏进行能耗数据查询、曲线图查看、终端参数设置等功能。本文设计的能耗计量数据集中采集终端,实现了公共机构建筑能耗计量数据的采集、存储、传输、查询等功能,通过实际运行,较好地完成了预期功能。该终端为研究公共机构建筑能源使用情况及后续的节能降耗管理工作提供了可靠数据,进一步完善了建筑能耗监测网络,促进了公共机构筑节能工作,拥有广阔的发展前景。

关键词： 指纹识别   自适应阈值更新   三级校正   小波变换   嵌入式系统  

摘要： 指纹识别技术在日常工作、生活、安防等领域中得到广泛应用,随着嵌入式系统的开发技术日趋成熟,应用于嵌入式系统的指纹识别算法研究也在逐步地深入,然而,指纹图像的模糊、断裂或缺块等现象增加了指纹识别的难度,现有算法的指纹识别效果有待于进一步提高,因此,本文深入研究了一种指纹图像快速识别算法,并在JZ2440-ARM开发板上成功实现了指纹图像的采集和指纹辨识。在指纹图像识别前,需要先进行指纹图像分割,灰度方差分割算法在指纹图像分割中得到广泛地应用,然而,阈值的选择是影响灰度方差分割算法性能的重要因素,本文提出了一种自适应阈值更新算法,将图像分成88′的小区域块,计算小区域块的像素方差和均值,对满足条件的区域块,将其方差和均值代入更新公式进行阈值更新。本文提出的自适应阈值更新算法可以根据不同的指纹图像自动调整阈值,进而可以更好地区分出是前景区域还是背景区域。为了提高算法的运算速度,本文提出了一种基于三级校正的指纹图像中心区域确定算法,利用上一级块的方向角校正下一级块的方向角,该算法能够去除由于指纹图像模糊,断裂,缺块等现象产生的伪特征点,以及在指纹采集时由于用力不均匀导致的指纹图像局部特征缺失现象。然后再利用小波变换,将指纹图像由空间域到频率域进行转换,在频率域进行多尺度分析,提取指纹图像的纹理信息,提高指纹识别的准确率。本文设计了指纹采集部分的硬件电路,图像采集芯片采用半导体指纹传器MBF200,使用其USB总线接口模式实现MBF200与开发板的数据传输,软件部分使用Linux操作系统并对其移植,采用Qt Creator集成开发环境设计出指纹图像处理应用程序匹配窗口,实现指纹的采集,校验,匹配工作。最后在嵌入式系统中实现,结果显示本文提出的指纹识别算法可以有效地辨识指纹图像。

关键词： 公路压实   连续监测   振动加速度   嵌入式系统   Qt  

摘要： 随着经济的高速发展,公路建设取得重大进展,公路施工质量也受到很大关注。而有效的压实作业能够提高路基承载力,避免公路的早期破坏,从而保证公路工程的质量。目前,实际施工中对压实质量的监控手段多为事后抽样监测,存在诸多不足:不能在压实过程中及时地反映压实状况,无法保证压实均匀性,施工效率低。为避免现有压实质量监测手段的不足,论文旨在设计开发一套公路基础建设中连续压实过程监测系统,实现全面的连续的压实过程质量监测。本文首先通过分析“振动轮-土壤”动力学模型,得出振动轮垂直加速度与材料压实度之间的正相关关系,从而提出连续检测压实度的方法,为连续压实监测系统设计提供理论依据。其次,根据需求分析,提出了基于嵌入式技术的连续压实监测系统设计方案。设计了以ARM处理器为核心的嵌入式平台,实现压实过程控制功能以及保证整个系统运行,和由CPLD控制器及其相关电路组成的前端数据采集模块,完成压实数据快速采集与缓存,保证了系统的稳定性。此外,在检测算法上结合数字信号处理的相关算法,对压实数据进行有效处理,提高数据准确性;制定压实质量的评定方案,实现压实过程控制;并基于Qt平台完成应用软件的设计与编程实现,采用模块化思想设计了稳定、利于拓展升级的软件系统,提供友好用户操作界面,能够有效实现公路建设中压实作业过程监测与工程管理。论文最后对课题所做工作进行总结,分析系统所具优势并指出系统有待改进的地方。

关键词： 血液检测   库尔特原理   电源设计   嵌入式系统  

摘要： 随着社会的快速发展,人们对自己的健康状况越来越关注。医生可以根据血液中各种细胞的含量来判断就诊者是否健康,因此血液细胞的浓度已然成为了判断大多数疾病是否存在的参照,准确测量出血液中各种细胞的含量也变的尤为重要。目前血液分析仪是测量细胞浓度最为常用的仪器之一,其检测结果可以作为判断疾病类型的依据,因此必须要研制高精度的检测仪器。本课题测试系统采用库尔特原理,以恒流源为基准,细胞通过宝石孔产生电压脉冲信号,主控板对该信号进行采集、处理及分析得到检测结果。主控板控制核心采用微处理器STM32F207,通过USB或串口可以与PC机相连实现人机交互及数据的传输,同时主控板通过CAN总线与阀控制板、电机控制板及温度控制板连接,它们之间相互协调实现系统功能。本系统也引入了嵌入式实时操作系统RT-Thread,以此来提高各个模块间的协调能力和仪器的执行效率。细胞信号为微小信号,它的测量很容易受到外界干扰,因此对于这种高精度的微小信号测量系统,其供电电源的精度对测量有很大的影响。本系统电源模块采用新的设计,有效解决了电源干扰对测量的影响。信号的测量数据中会存在干扰和误差,本系统检测血细胞的状态,通过曲线拟合确定界标得出最佳计数方案。最后对血液样本进行检测,将检测结果与标准值对比,测试结果符合精度与重复性设计要求。

关键词： 嵌入式系统   人脸检测   人脸识别   Qt  

摘要： 随着科技的不断进步,人们希望在智能门禁、人机交互等应用领域有一种可靠、高效的身份验证方案,而人脸识别系统以生物验证技术为基本技术,具有难以仿冒、简单方便等优点,是解决该问题的最佳选择。传统的人脸识别系统都是以计算机为平台,尽管功能比较强大,但是由于体积庞大,不易携带等因素,使其不能被广泛地应用到对便携性和易用性要求较高的场所。但是基于嵌入式平台的人脸识别系统,不仅成本廉价、功耗低,而且方便携带、灵活性强,具有更广阔的应用前景。本文设计了一种基于嵌入式的人脸检测和识别系统。首先,搭建系统所需的嵌入式开发环境,完成了Bootloader、Linux操作系统内核、根文件系统和摄像头设备的移植。其次,研究基于adaboost人脸检测算法方法、图像预处理的方法和基于加权小波变换和流形正则化非负矩阵分解的人脸识别方法,为人脸识别系统奠定了理论基础。最后,通过移植计算机视觉库Open CV库、图形用户界面Qt库和对系统中各模块进行详细的分析,在Qt用户界面设计了完整的人脸识别系统。系统中为提高识别率和减少运算负担,采用加权小波变换和流形正则化非负矩阵分解的方法提取特征,并将此特征与在PC机上训练获得的、并移植到嵌入式系统中的样本特征脸库进行最近邻方法识别。将整个系统移植到硬件平台上,经过多次测试分析,实验结果表明该系统在识别速度和识别率上都取得了较好的效果,对嵌入式人脸识别系统的研究具有很好的参考价值。

关键词： 机器鱼   鲹科模式   动力学分析   流体力学仿真   结构优化   嵌入式系统  

摘要： 仿生机器鱼依托仿生学、机械学及信息技术等学科的发展,凭借传统水下机器人无法比拟的优点,逐渐凸显出其重要的研究和应用价值。本文以鲹科鱼类游动机理为出发点,广泛参考目前机器鱼系统,设计研制了一种三关节可以升潜的机器鱼,并对仿鱼游动、结构设计及无线通讯等相关技术进行研究。主要完成如下工作内容：首先,分析了鲹科鱼类游动模式,设计了三关节推进机构。构建了机器鱼运动学模型,基于MATLAB软件对机器鱼进行运动学和动力学分析,通过仿真和实验结果的对比,验证了动力学模型的可行性。进而研究了尾鳍摆动频率、关节相位差及关节摆动幅度对推进速度的影响。其次,根据鲹科鱼类游动原理,提出了关节参数优化方案,采用惩罚函数法得到最优尺寸值。设计了基于重心改变法的升潜机构,对俯仰、升潜运动进行了理论分析,并在SolidWorks中完成机器鱼整机建模。在ANSYS Fluent中,通过二维流场仿真确定了半椭圆加抛物线的线型回转体作为机器鱼形体。进而对该形体进行三维流场仿真及结构优化,研究了最大截面直径和位置变化对行进阻力的影响,并采用MEM工艺完成壳体的制造。再次,根据运动功能需求,搭建了基于AVR嵌入式系统平台,使用ICCAVR设计编写了机器鱼游动子程序,实现了机器鱼无线通讯。并对PWM信号和无线通讯程序进行了实验调试,结果证明数据传输可靠有效。最后,完成机器鱼样机装配,建立了水下实验系统,并对比了不同控制参数下的游动性能。结果验证了本文机电系统的可行性和稳定性,为机器鱼领域的进一步研究提供了参考。

关键词： 嵌入式系统   教学   优秀人才   培养   运用   现状  

摘要： 随着社会的发展,嵌入式系统教学模式在优秀人才培养方面起着重要的作用。计算机硬件和软件的结合体是嵌入式系统,这个系统的强大支撑了计算机运用的整个演算过程。高科技的发展,优秀人才注重在其素质的卓越性,对人才采取嵌入式系统教学是时代的必然,国家政府的相关部门、学校和相关的企业应该给予重视。本文通过查阅相关的文献,对嵌入式系统教学存在的现状、未来的发展情况、以及对优秀人才的培养的作用进行分析,得出以下结论。

关键词： 嵌入式系统   微机保护   μC/OS-Ⅱ平台   80C196KC  

摘要： 对于当下严重的环境问题而言,通过智能电网的建设,实现新能源的充分利用和配置,通过沿海核电的建设、西北风电的建设、西南水电的建设,通过特高压实现跨区域电能输送,有效取代传统火电煤电的地位,使电能真正成为清洁能源。并且能够进行长远距离的跨区域送电,与国外实现能源共享与互惠,实现全球能源互联网的新型战略目标。本文基于μC/OS-Ⅱ嵌入式系统平台,采用了80C196KC模块作为嵌入式系统的CPU,采用串口RS485进行对外通信及同不同保护之间配合传输数据的功能,以及采用GAL芯片解决内部与外部速度不匹配的问题,通过电力电子元件设计出来的输入输出模块之间的相互配合,完整的介绍了嵌入式系统在微机保护中的功能所在,为保护的CPU、数据采样及跳闸输出提供了原理解释。使得不同保护之间的ms级延时配合成为了可能。文章简单介绍了嵌入式系统在线路保护、母差保护及主变保护中的应用,根据其不同的保护原理,从而实现不同的保护之间相互的配合。文章在过去研究成果的基础上,结合当下环境保护问题及特高压建设问题,通过软件工程与电力技术的有机结合,利用嵌入式系统的特点,更好的开发智能化电网。

关键词： 视频喉镜   嵌入式系统   Android系统   FFmpeg   Android NDK  

摘要： 内窥镜细分到咽喉部位,可称之为喉镜。喉镜能让医护人员方便地将器械深入体内对咽喉部位进行检查和治疗。目前国内视频喉镜功能单一、图片和视频分类管理较差、操作不够人性化、在视频处理以及图像处理方面关注度较少,因此需要对视频喉镜做进一步的研究。本文采用三星公司S5PV210作为视频喉镜系统的主芯片,基于Android操作系统,主要在三个方面进行了研究：1.视频喉镜系统硬件电路的设计与实现。喉部图像数据由OV3640摄像头进行采集,采集的数据经过硬件电路的处理可以通过LCD显示屏实时显示,也可通过HDMI接口进行大屏显示,还能在SD卡中存储视频文件。硬件电路中还包括LED照明装置、预热装置等辅助硬件电路。2.视频采集编码软件和辅助应用程序的开发。首先将FFmpeg编解码库移植到Android平台,利用Android NDK技术和FFmpeg库实现了将前端摄像头采集的视频数据按照H.264的标准格式进行编码并实时显示采集的视频图像。使用H.264编码标准压缩了视频文件的大小,增加了设备存储视频文件的能力。为提高图片加载和预览速度,利用Android-Universal-Image-Loader完成了多线程图片加载及预览应用程序的开发。为改良采集的图像,对自动曝光以及自动白平衡算法进行了研究。3. Android系统内核及文件系统的裁剪,并优化开机速度。通过对底层驱动的修改完成了按键功能的定制化,裁剪了系统中不需要的驱动、服务和软件,并制作了定制化的开机画面,提高了开机的速度。本项目所设计的手持式视频喉镜系统支持LCD显示、]HDDMI、TV等多方式的视频输出;320w摄像头录制30帧每秒的视频按H.264编码标准压缩,并存储于外置的SD卡内,整个系统满足手持式设备小型化和实用性的需求。

关键词： 嵌入式系统   探测器   无线传输   STM32   NRF24L01  

摘要： 目前大多数使用的自动火灾报警系统建立在CAN总线的基础上,由于其使用有线通信方式进行传输,其电缆很容易受到侵蚀、磨损造成的故障率高,误报率高从而会导致系统故障。为了避免有线火灾报警系统的诸多问题。可以设想构建一种无线传输方式的自动火警报警系统,随着微电子与无线通信技术近年来发展,这可以成为现实。本文介绍了一种基于RNF24L01无线通信技术构建火灾自动报警系统的方法。首先,本文根据建筑环境的特点,在分析当下主流无线传输方式应用于火灾报警系统的契合度,提出了一种以ARM的基于Cortex-M3架构内核的STM32微处理器作为控制核心、以感烟探测器和感温探测器组合起来的复合型火灾探测器为报警数据的采集、以NRF24L01作为传输方式的报警数据的探测与无线传输系统。其次,本文给出了整个系统详细的硬件与软件设计。硬件设计方面,设计一套集火灾报警数据的采集、处理、显示、传输等功能的硬件电路。软件设计方面,考虑到嵌入式操作系统在无线火灾报警系统的应用优势明显,采用基于嵌入式操作系统FreeRTOS平台开发的无线火灾自动报警系统。在深入分析了特点的基础上,采用模块化设计思想,根据NRF24L01无线通信过程给出了软件设计方案,并详细介绍了各模块软件流程,包括系统初始化模块、NRF初始化模块、区域火灾复合探测器初始化配置。最后对整个系统进行了硬件功能与基本通信功能测试,整个系统运行正常,数据传输可靠,报警功能正常运行。