基于Linux RT的矿用本安型智能相机系统研制
这是一篇关于智能相机,图像处理,煤矿安全,实时操作系统,X86架构的论文, 主要内容为智能相机是一种将图像采集、图像处理、数据通信等功能综合应用于一体的高度集成化视觉检测系统,能够提供可编程、功能自定义、系统稳定、模块化设计且易于实现的机器视觉解决方案。随着现代工业自动化需求的不断增加,智能相机的应用场景也更加多样化。因此,论文提出研制基于Linux RT的矿用本安型智能相机系统,将其应用到煤矿开采领域实现增强对矿用设备或工作人员的安全检测,为煤炭安全提供重要保障。论文主要的研发工作如下:首先,进行系统的需求分析,从矿用本安型智能相机系统的设计目的出发,发掘实际的应用需求,对矿用本安型智能相机系统的结构进行分解,按功能将各部分结构进行模块化设计,完成总体框架设计。在此基础上,设计以X86架构为核心的系统硬件平台,搭建基于NI Linux RT系统的软件运行环境,采用Lab VIEW软件设计满足矿用需求的应用软件,具体实现了对煤矿除尘喷雾装置的状态检测功能,并且通过STM32扩展丰富的外设接口,提高智能相机与外部设备之间的信息交互能力,使其更加适用于工业环境。煤矿除尘喷雾状态检测功能实现的过程包括:从PC端通过无线通信远程将程序部署至X86架构平台运行,程序首先对系统控制模块进行配置,进行除尘喷雾图像采集,对采集到的图像进行滤波处理,滤波后的图像进行颗粒滤除后对喷雾边缘进行检测,拟合出边缘直线并计算喷雾角度判断其工作状态,将采集过程中的图像信息按需通过以太网传输至PC端。最后搭建试验平台对系统进行测试,实现了NI Linux RT系统的搭建,实际验证以太网图像传输功能以及煤矿除尘喷雾的状态检测功能。结果表明,软件功能运行正常,能够实现对煤矿除尘喷雾状态的检测。图[52]表[4]参[61]
基于RT-Thread的农机具作业数据采集系统设计与实现
这是一篇关于农机具,作业数据采集,RT-Thread,APM32,实时操作系统的论文, 主要内容为自动获取农机具的作业质量数据的农机作业监测终端在农业生产中的应用越来越普遍,大大提高了农机作业效率和作业合理性,增强了农业抗风险能力,使得农机作业补贴资金的发放更加精准到位,农机户收入得到增加,提升了其使用农业机械的积极性,对加快实现农业现代化具有十分重要的意义。针对农业生产过程、农机管理及社会化服务组织等对农机具的工作指标检测、运行状态记录和作业质量评判等生产需求,本文面向传统农机具的智能化改造,开展农机具检测点布置、异构信号实时采集系统构建、多源数据同步获取算法设计等关键技术研究。开发了基于RT-Thread实时操作系统的农机具作业数据采集系统,采用耕深传感器、液位传感器、流量传感器、记数传感器、转速传感器,获取农机具在旋耕、播种、喷药不同作业场景下的作业数据;本研究所开发的农机数据采集终端提高了数据采集的实时性和参数间的关联性,可为传统农机作业质量评判、作业面积计算和作业补贴核算提供技术支撑。本文主要研究内容如下:(1)农机具作业数据采集系统的总体方案设计。通过实践调研,确定了系统数据采集需求,以旋耕、播种、喷药3种工作场景为本设计的数据采集对象,确定了旋耕工作场景下采集数据为耕作深度数据、动力输出轴转速数据,播种工作场景下采集数据为播种通道的播量数,喷药工作场景下采集数据为药箱液位数据、喷头流量数据,并测量了农机具的机械结构尺寸,用以设计数据采集传感器的适配支架;对农机具作业数据采集系统总体方案进行了设计,基于系统的数据采集功能和实时同步采集性能提出了数据采集系统设计要求,通过对比分析选择了系统的主控芯片和数据采集传感器,最终确定了系统以应用程、操作系统层、驱动层和硬件层的四层模式作为系统结构。(2)农机具异构数据实时采集系统的硬件设计。根据数据采集系统所要实现的功能,基于APM32F103ZET6芯片使用Altium Designer和嘉立创EDA软件完成了系统的硬件设计。确定了APM32控制器最小系统电路的构成要素并进行了电路设计,包括时钟电路、复位电路、电源电路和调试电路,根据数据采集模块中传感器接口型号设计了接口电路,根据按键模块、通信模块、显示模块、存储模块功能确定了外设型号并完成了电路设计,根据各模块电路原理图完成了PCB的设计绘制和打样制作,并在PCB上焊接相关电子元器件,完成了数据采集。(3)多源数据实时采集系统软件设计。基于APM32F103ZET6完成了RT-Thread内核移植,采用打印时间戳的方法获取传感器数据收发之间的延时时间,配置了系统线程的优先级和时间片,实现数据的实时采集,采用RT-Thread的多线程技术实现UART、IIC、TTL模拟信号和数字脉冲等多源异构信号的采集同步,保证了数据间的关联性,以流程图的形式阐述了系统主程序流程以及3种工作模式下数据采集线程的调度流程。以One Net为远程监控云端,采用Wi Fi通信模块,将数据通过MQTT协议上传到云端,设计过滤器实现数据结构转换和筛选,完成可视化界面的设计,实现作业质量数据的远程在线显示、收集和存储。(4)农机具作业数据采集系统试验验证与分析。为了验证数据采集系统的工作性能,根据系统总体方案、硬件设计及软件实现,对数据采集系统进行了试制和调试,并开展了验证试验;使用逻辑分析仪对系统用进行实时性能测试,试验结果表明旋耕模式下完成一组数据采集的时间为76.27ms,播种模式下完成一组数据采集的时间为21.54ms,喷药模式下完成一组数据采集的时间为124.84ms;田间试验包括数据采集装置测试,One Net云端服务器测试和手机端APP软件测试,结果表明,旋耕模式下耕作深度平均值为20.06cm,动力输出轴转速平均值为645.53r/min,耕深数据测量相对误差在1.1cm以下,播种模式测量精准度在95%以上,喷药模式喷头流量平均值为0.1593L/min,药箱液位数据变化为42cm～20cm,田间试验过程中远程监控可视化界面以及手机APP端数据接收正常,数据采集实时性较高,系统运行稳定可靠。
基于STM32的批量自动测试系统的设计与实现
这是一篇关于批量测试,STM32,实时操作系统,上位机的论文, 主要内容为由于国防科工类电子装备产品的特殊性,在产品综合筛选试验过程中,以往采用手动测试或单台设备测试的方式,测试时配电与断电过程繁琐,并且需要在规定时限内完成各项性能指标的测试,测试时间短并且测试项目多,需要耗费大量的时间与人力。为提高测试的并行度、降低人力成本、减少测试过程中人为因素造成的误差,现提出一套批量自动测试系统设计方案,实现产品的批量自动化测试功能。主要工作内容如下:(1)完成测试板卡的硬件设计。以STM32作为控制核心,以批量自动测试系统需求为目标,对测试板卡的电源电路、采样电路、存储电路、配电逻辑电路、通信电路等电路的元器件进行选型。在选型基础上,对原理图进行设计,最后由原理图,完成PCB的设计。(2)完成测试板卡的软件设计。围绕系统需求,依据硬件设计,完成各个模块的驱动程序的开发并移植Lw IP协议栈和Free RTOS到STM32平台。随后,按照项目需求设计了不同的任务,用于实现批量测试系统的各种业务逻辑。针对系统中同优先级任务较多且使用时间片轮转调度算法频繁切换造成的额外开销的问题,实现了一种改进的STCF调度算法,降低了任务平均周转时间以及任务切换开销。(3)完成批量测试系统的上位机设计。以C Sharp语言为核心,以系统需求为导向,以软硬件设计为基础,形成了分层架构以及扁平化界面的设计方案。首先,实现了Server端的TCP与UDP通信,实现对上位机接收到数据包进行处理和解析。在此基础上,实现了测试控制功能、校准功能、信息显示功能、软件配置和测试表格导出功能等功能。随后,通过实现Log4Net实体类,实现多线程日志机制。最后,对于生成的发布文件,使用ILMerge工具,处理成单个可分发、可执行文件。最后对系统进行了软件和硬件的联合测试。测试结果表明,批量测试系统能在确保稳定运行的基础上,满足项目验收需求。系统采用嵌入式技术,对批量自动化测试系统进行设计与实现,开发过程立足实际工程项目,并已在工程中得到应用,相关技术和方法可以推广到相关领域,具有一定的工程应用价值。
煤矿安全监控系统综合接入分站的设计与开发
这是一篇关于安全监控,分站,实时操作系统,以太网,MODBUS,CAN的论文, 主要内容为随着经济社会的快速发展,煤矿资源成为了越来越重要的战略资源。在煤炭开采过程中,煤矿安全监控系统不管是在国内还是在国外,都是保障煤矿生产安全的重要措施,这一系统的开发也受到了安全生产部门和煤矿企业的高度关注与重视。本文针对煤矿安全监控系统中井下分站部分,设计与开发了一种基于嵌入式设备的包括以太网,CAN,MODBUS等多种通信方式与协议的实用分站。论文分析了当前煤矿安全监控系统在我国需求的迫切性和技术改造升级的重要性,同时结合国内外煤矿安全监控系统的发展历史,剖析了监控分站数据传输处理方式的演变过程。基于公司的实际项目,给出了综合接入分站的总体设计需求。结合分站设计需求,设计出分站的硬件解决方案。针对综合接入分站多任务的实际需求,分析了 uC/OS-II嵌入式实时操作系统的原理和移植策略。完成了基于LPC1788硬件平台的uC/OS-II实时操作系统的移植和配置,建立了分站的基础多任务操作平台。针对分站的以太网,CAN通信需求,完成嵌入式TCP/IP协议栈LWIP的移植和CAN软件设计。能够实现基于操作系统的TCP通信和CAN通信并完成服务器分站解析协议设计。其中在TCP/IP的基础上,结合企业具体需求,针对组态设备,专门进行了应用层MODBUS TCP功能的开发,满足了应用层的MODBUS通信需求。同时完成存储,看门狗等软件的开发。对分站的具体功能和模块,进行针对性的功能和数据测试。主要包括测试平台的搭建,嵌入式多任务系统的测试,网络通信模块的测试,MODBUS TCP测试,CAN通信的测试和其它各功能的测试。目前分站基础功能的设计与开发己经完成,通过搭建平台进行实际测试,并对测试结果进行分析,得到如下结论:系统运行稳定,数据传输,存储以及各重要功能已经实现并达到了预期要求。
TTE网络端系统实时系统设计
这是一篇关于时间触发以太网,实时操作系统,时间同步,混合流量调度的论文, 主要内容为随着空间电子技术的发展,未来航天器将采用分布式综合模块化电子系统,这将是占领太空网络战略至高点的关键技术保证。总线网络作为卫星、航天器的“神经中枢”,在信息传输的过程中起着至关重要的作用。海量的数据处理,高速的信息传输,复杂的应用场景,对航天器总线网络的可靠性、实时性、多源融合网络数据流传输的要求越来越严格。传统的卫星以及航天器普遍采用1553B数据总线进行模块间信息的传输,其效率低下、互联繁琐、平台性能低、难以适应未来航天器的发展需求。卫星电子系统采用分布式模块化设计,需要解决系统间协同化管理问题,另外总线网络需要具有强大的实时信息处理和交换能力。时间触发以太网(TTE)是在以太网802.3协议基础上利用分布式时间同步技术,通过时间触发控制实现端节点之间信息的确定性传输。时间触发以太网内各个端系统节点提供本地时间信息,然后在交换节点生成一个全局时钟,进而为时间触发网络提供无竞争的网络数据传输服务。在实时性方面,时间触发以太网是通过预配置调度表的方式提前对整个网络进行静态配置,保证各个TTE网络端系统节点在全局时钟调度下,周期性的进行数据帧的确定性传输服务,减小了网络传输冲突而造成的延迟,保证了数据收发的强实时性。可以预见,利用时间触发以太网在实时性、可靠性、时间确定性、容错性上的优势,能够为卫星及航天器提供在复杂网络应用环境下安全关键的信息传输服务。本文通过对时间触发以太网SAE AS6802时间同步协议、网络分层体系结构以及分布式时间同步技术特点的研究,设计时间触发以太网端系统Vx Works驱动程序及应用测试程序。驱动程序提供周期性的网络同步中断,及关键数据帧通信的中断处理机制,可提供给应用软件进行实时调度设计。在保证数据帧通信服务质量方面,对关键数据帧与非关键数据帧的接收和发送缓存区,进行分离处理,使得不同类型的数据帧通信之间不会相互串扰。应用层软件在对不同业务数据帧的混合流量调度上,采用多线程,多优先级设计,保证了最小化传输延迟和抖动,满足时间确定性网络传输特点。最后通过搭建时间触发以太网多优先级级联测试场景,完成多优先级、不同服务质量数据帧的业务通信,及相关网络参数的测试工作。最终测试结果表明TTE网络端系统驱动程序和应用测试程序,满足系统设计要求,能够为航天器通信采用TTE网络提供实时、确定、可靠的通信技术解决方法。
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