冷棚的幕布破损监测与环境监控系统设计
这是一篇关于环境监控,智能冷棚,软硬件设计,嵌入式系统的论文, 主要内容为随着当今社会对互联网、物联网、智能化的快速发展及应用推广,势必也会开拓出农业生产领域的新模式。在对我国北方的冷棚(塑料温室大棚)进行考察了解后发现,大量冷棚的安全性和智能性较差,冷棚幕布容易出现破损,不易及时被人发现,给种植者带来了繁杂劳动等问题,这些很大程度上影响了种植作物质量和人们采用冷棚种植的积极性。因此本文设计一套智能冷棚系统。对冷棚内温度、湿度、光照强度及光照时长等环境变量进行监测和控制。另外针对冷棚幕布发生破损不易被察觉的问题,设计了冷棚幕布破损监测与报警系统,整套系统设计的宗旨在于提高冷棚的安全性和智能性。此次设计是在冷棚种植这种农业生产方式的基础上,采用传感器技术、自动控制技术、测控技术、物联网技术等,开发出一套以ARM为硬件系统核心,搭载Linux操作系统的嵌入式系统。该系统具有对冷棚环境进行现场LCD监控、电脑远程监测、手机端远程监测的功能,具有很高的实用价值。主要工作总结如下:(1)依据系统的设计原则、功能需求、性能需求,对冷棚幕布破损监测与环境监控系统的整体结构进行设计,搭建出系统的设计架构,以便进行技术分析实现相关功能。(2)对冷棚幕布破损监测方案进行分析,最后优选出使用差帧运动检测和云端监测相结合的思路实现该功能,应用差帧算法对冷棚幕布进行初步破损检测,再将判定为幕布破损的图片发至云平台,用户在云平台上查看这些图片,进一步确认幕布是否发生破损,从而实现对冷棚幕布的破损监测。对远程监测的技术方案进行分析和选择,优选出One NET云平台+HTTP协议+智能移动终端的方案来实现系统远端监测功能。(3)完成了系统软硬件设计。硬件设计部分主要包括:系统硬件平台相关电路的设计,对温湿度传感器、光照传感器、图像传感器及调压模块等设备进行选型和介绍。软件设计部分的主要工作包括:搭建系统软件开发平台,移植Linux操作系统,对系统的相关应用程序、设备驱动程序、网络通信程序等进行设计与开发。最终搭建了实验平台,完成了冷棚幕布破损监测与环境监控系统的反复测试。系统实现了对冷棚环境数据的采集与控制,能对幕布破损进行识别,LCD屏能够实时显示冷棚环境数据和设定控制参数,One NET云平台的电脑端和手机端能够监测冷棚环境和冷棚幕布的破损情况,且可查询3.5天的环境历史数据。
基于IMX6ULL-Linux便携式核素识别仪设计与系统实现
这是一篇关于核辐射测量,γ核素识别仪,嵌入式系统,人机交互,IMX6ULL微控制器,Qt的论文, 主要内容为核辐射对人体的危害很大,在核辐射相关地区,对其进行实时监测尤为重要。如今核辐射涉及的环境越来越复杂,如油田、矿洞、井底等,相应的监测需求也越来越高。γ能谱测量与分析是核辐射监测的重要技术手段之一,而γ核素识别仪作为γ射线测量与分析的仪器,传统的γ核素识别仪难以满足日益增长的监测需求,γ核素识别仪的推陈出新很有必要。因此,论文以NXPARM(IMX6ULL)微控制为核心,从功耗、成本、便携性综合因素考虑,设计一款最为适合野外、矿洞等特殊环境下长时间工作的数字化智能γ核素识别仪。主要完成工作如下:(1)针对野外、矿洞、井底等特殊应用场合设计了一套全新的核素识别仪系统。硬件上采用Na I(TI)闪烁探测器作为探头,使用ADC+FIFO+ARM架构实现ARM高速采样接口,在NXPARM(IMX6ULL)微控制上实现数字化多道脉冲幅度分析器及能谱显示与处理。软件上运用ARM-Linux4.1.15内核的嵌入式系统完成驱动程序开发、任务调度及资源管理,应用层程序基于跨平台图形界面库Qt编写,在Qt Creator下采用C++编程实现梯形成形、幅值提取、能谱寻峰、本底扣除等多种核信号与能谱处理算法。本文方案设计的γ核素识别仪相比传统的体积大、功耗高的模拟电路γ谱仪具有体积小、灵活性高、便携等优点;相比当今热门的基于ARM+FPGA异构核方案设计的数字化γ谱仪本文具有成本低、功耗低、发热量小、在野外等地区进行长时间一般性的监控时对电池要求不高等优点。(2)针对数字化核素识别仪应用需求设计了核脉冲以及能谱数据处理算法,联合操作系统与数据库,并开启事务操作实现谱数据存储。在多道脉冲数字系统算法上,采用了单指数梯形成形算法滤波、平均法估计基线、判断时间轴上的间距来剔除堆积脉冲,对每个梯形顶部采用平均法提取幅值,谱数据存储采用Sqlite数据库的方式并通过开启事务操作来优化数据库的读写速度。在能谱解析算法上,采用五点三次平滑法给谱线去噪,寻峰方法采用二阶导数法并设置幅度、斜率等阈值进行筛选,本底扣除采用全谱直接本底扣除方法,采用二次多项式法完成能量刻度,核素识别方法为对核素库中的核素以一定大小的能窗宽进行逐个匹配。(3)针对核辐射监测功能需求构建了一个可正常使用、功能完善的ARM-Linux系统。完成了嵌入式Linux操作系统的裁剪与移植、驱动程序设计、应用程序设计、Qt在ARM平台移植及GUI设计、嵌入式数据库Sqlite设计等大量工作。并测试了仪器的能谱显示、寻峰、核素识别等效果以及测试了仪器的一些基本参数。经过单源和混合源环境下测试,结果表明,能谱显示清晰,该核素识别仪能量分辨率为7.5%(@662ke V),能量相应积分非线性为9.5%,能量刻度平均偏差小于1%,仪器工作稳定,人机交互友好,谱仪性能良好,满足核辐射现场监测需求,适用于多种场合下γ能谱测量及核素识别。
基于无线个域网物品防盗展示平台系统的设计与实现
这是一篇关于防盗展示系统,上位机,嵌入式系统,无线个域网,物联网的论文, 主要内容为针对商场、展览会、博物馆等对贵重物品展示、监控的迫切需求,结合不断成熟的物联网技术,本文设计并实现了智能防盗展示平台系统。该系统主要组成部分有防盗展示设备、电脑端软件、手机端软件、以及无线个域网和云平台。防盗展示设备不但可以实时获取报警信息达到良好的防盗效果,而且可以对价格模板和视频广告进行播放达到及时的宣传效果。防盗展示设备将信息通过无线个域网连接互联网,上传到云平台,云平台将信息实时推送到手机等智能终端,用户可随时随地获取报警信息以及修改展示内容等操作。本文在系统的设计与实现部分主要阐述了,智能防盗展示设备下位机系统和上位机软件的设计与实现内容。其中下位机系统的主要内容有以下几点:(1)轻量级操作系统,实现任务管理、任务间通信、边界控制等功能;(2)IAP程序设计,实现通过无线个域网对嵌入式程序进行无线固件更新的功能;(3)嵌入式系统中加入了文件管理系统,方便了对SD卡上文件的读写操作;(4)报警系统程序设计,对与保护展示物品的多个触发装置的状态进行了实时检测;(5)音视频播放系统程序设计,实现对展示物品的价格、型号、参数等信息以及广告视频进行显示达到产品宣传的效果。其中上位机软件的主要内容有以下几点:(1)采用轻量级关系型数据库SQLite对数据信息进行管理;(2)采用多线程技术实时处理来自防盗展示设备的报警信息;(3)底层系统控制程序,实现对底层嵌入式系统音视频文件播放、停止、删除等功能;(4)视频监控程序,实现获取摄像头的实时视频画面以及收到报警信息后调整摄像头追踪报警源。最后,对系统的功能和性能,尤其对对防盗展示装置中的控制软件和上位机的软件系统进行了详细的测试分析。测试结果表明,系统在功能的实时性、可靠性、功耗方面达到设计要求。
基于Windows CE.net嵌入式软件开发平台的研究
这是一篇关于嵌入式系统,Windows CE.net,驱动程序的论文, 主要内容为如今以ARM处理器作为主CPU的嵌入式硬件平台,几乎已经成为信息产业的硬件标准。一方面,它具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高等特点,另一方面,它为高速、稳定地运行嵌入式操作系统提供了硬件基础。因此由基于ARM处理器的硬件平台和嵌入式操作系统构成的嵌入式系统已经被广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各种领域。 本论文结合实际项目——基于GPS的车载导航设备的开发,该项目以基于GPS的车载导航为应用背景,硬件平台是基于Samsung公司的S3C2440处理器,它是基于ARM920T的高速嵌入式处理器,软件平台是基于Microsoft公司推出的嵌入式操作系统Windows CE.net,二者共同构成一个完整的嵌入式系统。 本论文主要是针对该项目中对软件开发平台的开发进行了分析和研究,也是分为硬件设计和软件开发两部分。硬件平台设计中,对嵌入式系统的开发流程做了简单介绍,并对S3C2440处理器、各种存储器的选择、以及对各个接口设备的选择和设计做了简要介绍。软件开发平台的设计主要是在Windows CE下进行的,包括对Windows CE的BSP的修改开发、Bootloader的开发、OAL层的开发,以及设备驱动程序的开发,此外还包括根据要求对Windows CE操作系统的裁减定制。其中设备驱动程序的设计开发是软件平台开发中很重要的一部分,因此最后我们重点介绍了Windows CE下驱动程序开发的过程,并以触摸屏、键盘、串口等驱动程序的开发为例进行了介绍。
浸入式便携智能危险液体检测仪器研制
这是一篇关于液体检测,介电常数,嵌入式系统,stm32cube.ai的论文, 主要内容为为了防范破坏社会稳定的恐怖主义活动,保障公共场所安全,国家制定了关于公共场所配备安检设备来检测可能存在的危险物品的相关管理办法,对于隐蔽携带的易燃易爆危险液体的检测成为了维护公共场所和交通枢纽安全的重要保障。目前危险液体检测仪器产品种类少,多数为体积庞大、效率低且仅能识别安全危险的台式机器,因此对于便携式液体检测仪器需求逐渐增大。本课题针对高速公路危险液体检测的应用场景,设计了一种可便携、稳定性高、响应速度快、可识别液体成分的浸入式液体检测装置。其中,基于多通道电容传感阵列信息采集技术,获取包含液体介电常数的多维度信息的信号。此外,采用了BP神经网络算法对液体成分进行分类识别,并利用了X-CUBE-AI扩展包来实现神经网络算法在嵌入式设备上的移植。主要研究内容如下:1.设计了浸入式液体检测仪器的硬件系统。其中,设计了一款含有4块可任意组合的电容极板的传感器阵列,以及具有耐强酸强碱能力、抗腐蚀性的传感器外壳。该电容传感器阵列能够多维度表征介电常数与电容之间的关系,可有效解决浸入式传感器由于体积过小带来的边缘效应,进而可靠获取液体介电常数的多方位立体信息;设计了面向高频微弱交流信号的信号调理电路模块,解决了多通道传感器信号变化量微弱抗干扰性差的问题。同时,针对传感器信号的相位特性以及幅度特性依次设计了相位检测电路与放大整流滤波电路对信号调理电路模块进行完善,该模块配合主控芯片的通道选择获取稳定、变化能力强的多通道信号的幅度与相位信息;设计了由主控芯片控制的数据存储模块,完成对液体样本数据库的构建与收集;设计了电源模块,并对电路的功耗、输出精度以及效率等因素进行了分析。2.设计了以主控芯片为核心的软件系统,完成了对信号幅度与相位的数字化,构建了样本数据库与测试数据库,实现了对危险液体类型的有效识别。其中涉及的主要技术有:ADC/DAC采集与时序控制、UC/OS操作系统的任务分配、定时器方波计时与输出控制、TIMER-DMA-DAC联合操作、USB虚拟串口驱动、IIC接口通信、QSPI接口通信以及神经网络算法软件实现。3.设计了以BP神经网络为架构的数据分析算法,实现了液体成分的有效识别。并通过意法半导体公司最新推出的X-CUBE-AI软件扩展包,完成了原始神经网络模型向C模型的压缩转换,实现了神经网络模型在嵌入式芯片上的移植。同时,设计了相位检测算法,完成了对传感器信号的相位特性的获取与数字化转换,进一步提高了分类算法的识别率。4.完成对系统整体的性能测试。其中,按照液体的种类、传感器浸入液体深度情况进行实验探究,记录数据和检测结果确定浸入深度对检测结果的影响程度。最后实验结果表明,在保证便携、安全、低成本的同时,系统可准确有效测出十余种液体成分,检测时间控制在1.5s内,检测准确率平均可达90%以上。
基于GPRS的环境监测平台开发与工程应用
这是一篇关于远程监测,模糊PID算法,嵌入式系统,B/S架构的论文, 主要内容为稳定、可靠的环境监测平台的开发在部分发达国家已经日趋成熟,而我国目前主要依靠进口设备,运行、维护成本高,系统升级、改造困难大。在环保呼声日益高涨的今天,开发稳定、可靠,易维护、智能化的监测平台越来越受到国家环境部门的重视。本文基于水库水环境质量监测的项目背景,研发了基于GPRS技术与嵌入式系统技术的智能环境监测平台,监测指标重点在于水库的水位、水质指标。本文主要完成的工作如下： 根据监测平台应用现场实际情况,以及深入调研各指标检测仪器的性能、特点,决定引入温度控制理论,设计现场检测设备恒温控制方案,采用模糊PID控制的方式,实现温度精确控制,在该设计思想的基础上进行了基于matlab的仿真实验,验证了控制算法的可行性。 本文开发实时在线的多参数监测平台,包括平台的硬件及软件设计。现场监测基站的硬件平台基于先进的STM32处理器与S7-200的PLC,监测基站的设计采用水样采集与水样分析、控制过程分离的工作模式,解决了由于水泵、电磁阀启闭导致的大电流对信号采集电路干扰的问题,同时基站设计中预留大量扩展接口,方便系统升级、优化。基站软件设计主要基于μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统,采用多任务的方式,主要完成了系统移植与任务规划,通过对各任务优先级的设定,使监测基站系统工作效率得到提高、系统资源得到优化。系统设计着重开发了网络通信功能,即基于GPRS与SMS的数据传输与报警模式的开发。本文提出的报警模式是由基站及时、有效的发出报警短消息,主要针对监测参数超限报警,提高管理员对水质指标变化的反应能力。 系统经过现场应用,被证实运行稳定、可靠,能够达到预期的设计目标,文章对未来监测平台的发展与改进做出了展望。
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