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关键词： 无绝缘轨道电路   补偿电容   故障诊断   灰色关联分析   嵌入式系统  

摘要： 为应对我国铁路网络快速扩展及高速铁路技术发展的需求，针对无绝缘轨道电路中补偿电容故障检测成本高、效率低等问题，设计并实现一款专为轨道电路检测小车量身定制的补偿电容检测及故障诊断装置。首先，深入分析了综合检测车对补偿电容的检测原理，基于电磁感应原理，提出了一种适用于轨道电路检测小车的补偿电容检测方法，其核心思想是以串联电感线圈的方式补偿闭合回路中的电感，实现对补偿电容的检测；其次，基于均匀传输线理论和二端口网络理论建立了无绝缘轨道电路传输模型，并以电阻、电容和电感等电子元件分模块搭建轨道电路的电路模型，验证了传输模型的准确性；接着，仿真得到各故障模式下的反馈信号电压数据，使用Fisher Score确定最优特征参数，构建样本故障特征序列集，确定最佳灰色关联度模型，完成了嵌入式设备与故障诊断算法的结合；最后，装置以STM32F412RGT6芯片为核心，集成了激励信号产生、反馈信号接收、滤波、电压采样、实时通信和故障诊断等多项功能。实验结果表明，装置能稳定生成激励信号，有效接收反馈信号，经滤波电路和电压采样电路处理，能滤除干扰信号，获取目标检测数据，准确判定补偿电容的故障类型，并将检测结果实时发送给上位机。装置搭载配套的轨道电路检测小车，能有效降低人力成本，提高检测效率，对铁路信号部门及铁路建设单位日常维护具有较强的实际应用意义。

关键词： 电化学阻抗谱   阻抗在线监测   故障预警   嵌入式系统   上位机系统  

摘要： 电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)是反映锂离子电池性能的重要参量之一,EIS在线监测系统可用于锂离子电池工况状态的实时评估和故障预警。针对锂离子电池电化学阻抗谱在线监测,设计了一款基于嵌入式微控制器、电池管理芯片以及上位机软件的EIS在线监测系统。该系统能够采集锂离子电池宽频段阻抗特性,实现了0.12~7812.52 Hz频率范围内交流阻抗的在线测量。通过对锂离子电池进行五次重复性实验,相对阻抗偏差最大仅为0.61%(@0.48 Hz)。采用该系统与电化学工作站分别对锂离子电池进行不同SOC下的EIS静态测试,两者的最大相对误差仅为5.91%(@7812.52 Hz,30%SOC)。通过对电池工况的动态追踪,分析了充放电过程中EIS动态曲线,提出将幅值变化速率0.61 mΩ/s作为电池过放阈值,可提前180 s进行过放预警。EIS在线监测系统具有数据可视化、硬件结构简单、检测效率高以及成本低廉等优势,可方便集成于电池管理系统(BMS)中,在锂离子电池状态在线估计及故障预警等方面具有应用前景。

关键词： 专业课程   立德树人   嵌入式系统   课程思政   多元协同  

摘要： 专业课程思政化是高校落实立德树人根本任务的重要举措。本研究以嵌入式系统与设计课程为例,深入探究课程思政的内涵和切入方式,构建多元协同的教学设计,并通过实践对比分析,验证了该模式在提升学生思想素养、专业能力以及培养德才兼备人才方面的有效性,为高校课程思政建设提供参考。

关键词： 智能仪表   工控信息安全   密码技术  

摘要： 智能仪表的网络安全构成工业网络安全领域的核心挑战之一。该类仪表在传统仪表基础上集成了网络通信功能,但其在计算环境的完整性、通信可控性及保密性方面缺乏系统化设计与实施,这对工业网络的整体安全防护构成了潜在威胁。研究提出了采用软硬件代理技术,将智能仪表的通信流程从其本体分离,并整合密码技术以增强通信安全性。该方案对既有系统影响轻微,成本效益高,以期成为工控信息安全领域内一项创新且具备实施可行性的解决方案。

关键词： 调试诊断   CAN总线   嵌入式系统   状态监测  

摘要： 针对工程装备系统复杂、技术含量高、维修作业困难等特点,提出了该装备调试诊断仪的总体技术方案,设计了调试诊断仪的硬件框架,硬件系统基于嵌入式系统体系结构,选用Omap AM3517控制器,利用QT图形化平台和虚拟仪器技术开发了调试诊断仪的检测诊断软件。调试诊断仪通过CAN总线进行数据通信,可完成该装备的在线状态监测、故障显示与作业参数标定功能。论文成果的应用实现了装备故障诊断的实时性与快速性,有效地提高了装备维修保障的质量与效率。

关键词： 低功耗设计   功耗优化   嵌入式系统   静态功耗  

摘要： 阐述低功耗设计在微电子电路中的重要性和主要技术路径,针对功耗问题分析功耗的基本分类以及优化设计的核心原则。系统性总结静态与系统级优化策略,以及实际应用场景中的典型案例经验。

关键词： 嵌入式系统   井下胶轮车   辅助驾驶   智能调度   YOLOv11  

摘要： 煤矿井下因其复杂环境导致运输环节效率低下且具有安全风险,因此研究井下胶轮车辅助驾驶技术,对于提高煤矿运输效率和降低安全隐患具有重要意义。本文结合嵌入式以及人工智能技术,设计了井下胶轮车辅助驾驶智能终端系统,采用STM32采集多源传感器数据与NVIDIA Jetson平台部署YOLOv11模型相结合的方案,将运输全过程数据采集并存储、交通多目标检测和各车智能调度等功能集成于车体。在实际应用中,该智能终端系统可实现矿井环境感知、路况智能判识、多车协同控制,能够提高生产运输效率和降低事故发生率,为矿山智能化建设提供技术支撑。

关键词： 嵌入式系统   大数据处理   ARM架构   FPGA架构  

摘要： 针对大数据处理对嵌入式系统实时性、效率和可靠性的高要求,主要研究了嵌入式系统的架构,以及数据采集与预处理、数据存储与管理、数据通信与传输的优化策略。主要包括:采用高级精简指令集机器(Advanced RISC Machines,ARM)和现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)协同架构,提升系统性能;结合高精度模数转换器和时间片技术,实现高效数据采集;通过嵌入式硬盘接口与分布式存储系统,增强数据存储能力;基于EtherNet/IP和ZigBee的通信技术与TinyOS优先级调度,优化了数据传输效率与完整性。研究结果表明,通过对嵌入式系统进行优化,在复杂应用场景下,嵌入式系统的数据处理能力得到显著提升,大数据处理更加高效、低功耗。

关键词： 硬件在环   在线实验   嵌入式系统   三维建模   现场可编程门阵列  

摘要： 针对硬件类在线实验真实体验感不强、灵活性不足的问题,以嵌入式系统设计课程在线实验为例,设计并实现了一种硬件在环远程在线实验系统。采用三维建模技术模拟线下模块选择、连线等操作,并将相应操作自动投射到后台的实体硬件设备上,同时采用摄像头远程监测硬件设备的实验现象,增强在线实验的真实体验感。采用现场可编程门阵列(FPGA)作为传感器模块与核心控制板之间的桥梁,通过自动生成和下载FPGA配置逻辑,实现传感器模块与核心控制板的透明动态连接,增强系统的灵活性。结果表明,该系统不仅真实体验感强、操作方便,还克服了硬件类实验的时空限制,大幅拓展了学生参与实验的时间与空间,可有效提升实验设备的利用率。

关键词： 广域物联   嵌入式系统   电子信息系统   身份认证  

摘要： 针对广域物联多设备异构互联引发的身份认证延迟与数据篡改问题,研究广域物联技术赋能下的嵌入式电子信息系统访问身份认证方法设计。构建区块链防篡改模型,通过结合属性加密(Ciphertext-Policy AttributeBased Encryption,CP-ABE)实现跨域认证;采用零信任架构分层分析数据流,结合哈希指纹比对机制提升安全性。实验结果表明,所提方法的响应时间小于450 ms,信誉值最终降至20,触发用户黑名单的条件,最高并发处理量达每秒1500次,对恶意行为的检测准确率为99.2%,能够有效保障身份认证的效率和安全性。