用于人员入侵监测的物联网系统设计
这是一篇关于低功耗,数据可靠传输,物联网云平台,远程升级,人员监测的论文, 主要内容为人员监测系统在我们生活中十分常见,例如道路交通、社区安防、边疆国防等领域都有着广泛的应用。传统的光感传感器监测方式很容易受到烟雾、雨雪等天气的影响,而且大多数设备间采用开放式数据交互,容易造成数据的窃取和篡改。此时,开发一种不受周围环境影响、低功耗且数据安全的人员监测系统,用以满足多场景的需求具有十分重要的实际意义。毫米波的波长较短,具有抗干扰能力强、携带信息量大的特点,而且毫米波雷达具有保护用户隐私的优点,在汽车、安防等领域广为使用。本文采用毫米波雷达传感器作为数据采集设备,数据通过可靠传输方案发送至ESP32主控板,主控板将数据解析、处理后,分别发送给物联网云平台、存储设备和Web前端。同时,用户可以通过主控板对传感器、舵机、存储设备等外设进行控制,物联网云平台又将数据透传给系统服务器,用户登入系统后,可以实时查看监测信息、历史消息、设备日志等数据。该系统适用于全天候、全天时室外安防,比如边疆国防、厂区监测、站台监控等。在本次设计中,作者的主要工作由硬件设计和软件功能设计及实现两个部分组成。主要内容有:人体定位算法流程设计,并对算法进行优化;设备间数据可靠传输方案设计,包括数据加密方案和SPI(Serial Peripheral Interface)可靠传输协议两部分。有效保证用户的数据安全,填补了SPI协议无检错机制的漏洞;设计低功耗方案,通过主控模块自身的模式切换和传感器的电源控制,延长了系统的续航能力;增加多种舵机控制系统,提高了舵机旋转精度,方便设备的安装和调试;设计远程固件升级系统,包括设备端和控制平台的实现,为管理员更好的控制设备固件版本提供便利;云服务器的开发,搭建了物联网平台、建立系统服务器、设计数据库、前端界面等工作,用户可以通过浏览器查阅监测节点信息以及历史记录。最后对系统进行了测试。先是通信功能和传感器性能进行测试,然后对低功耗设计和舵机精度控制方案进行测试,分别从主控端、物联网云平台和云服务器三个部分,对系统的整体性能和功能进行了测试。实验结果表明,低功耗方案可以降低系统能量消耗49%以上;舵机精度控制方案可以将舵机的误差控制在2个步进内,即0.176°,而且有85%的概率达到0误差,有效地提高了舵机的旋转精度,提高了系统的准确度。
基于异构多核的远程动态可重构SoPC设计与实现
这是一篇关于远程重构,异构多核,EAPR,MVC,远程升级的论文, 主要内容为目前基于FPGA(Field Programmable Gate Array)嵌入式系统已广泛应用于航空、智能家电和数据采集等领域，尤其在航空领域系统远程升级维护极其重要。由于嵌入式系统硬件资源有限，需通过静态或动态重构实现硬件资源复用。静态重构会终止整个系统运行，影响系统效率和稳定性。而动态重构能在不影响其它功能情况下，实现新功能配置，对嵌入式系统发展尤为重要。单核处理器往往能较好处理某一任务，但异构多核系统组合具有不同优势的处理器，可高效完成复杂计算任务。 本文提出并实现了基于异构多核的远程动态可重构SoPC(System on a Programmable Chip)系统，其硬件子系统采用EAPR(Early Access Partial Reconfiguration)方法设计实现，软件子系统设计遵循MVC(Model View Controller)框架的业务逻辑与数据显示分离思想。首先对硬件子系统进行了模块化设计，其中包括有32位符号整型加法器和乘法器可重构IP核及其接口模块、远程重构所需的以太网、内部配置访问端口ICAP和CF卡接口控制模块等的设计实现。运用所设计的这些功能模块实现了基于单MicroBlaze软核的远程动态可重构SoPC。此后使用MicroBlaze核和PowerPC硬核构成异构多核架构，PowerPC主处理器负责硬件资源局部重构等工作，MicroBlaze处理器负责软件程序运算验证工作。最终融合所设计的各个功能模块，经布局布线配置完成完整的硬件子系统。软件子系统运用YUI等Web前台技术完成了页面展示和事件响应；通过XHR注入技术实现了Web命令异步传输；使用C语言实现了包括动态部分重构、多核交互验证、文档浏览、更新配置文件等功能的后台Web服务。 两个SoPC都具有远程局部重构加法器、乘法器和空操作功能，可进行远程系统升级和切换，Web网页能实时显示操作响应时延和重构状态信息。系统操作方便易于维护，尤其设计的异构双核架构和在线升级使系统扩展性强，有效降低了系统重构时间。实验证明两系统在Virtex5ML507FPGA上运行稳定，且系统在线传输速率、远程局部重构时延及Web响应时延评估数据表明该方案可应用于远程重构实际场景。
基于异构多核的远程动态可重构SoPC设计与实现
这是一篇关于远程重构,异构多核,EAPR,MVC,远程升级的论文, 主要内容为目前基于FPGA(Field Programmable Gate Array)嵌入式系统已广泛应用于航空、智能家电和数据采集等领域，尤其在航空领域系统远程升级维护极其重要。由于嵌入式系统硬件资源有限，需通过静态或动态重构实现硬件资源复用。静态重构会终止整个系统运行，影响系统效率和稳定性。而动态重构能在不影响其它功能情况下，实现新功能配置，对嵌入式系统发展尤为重要。单核处理器往往能较好处理某一任务，但异构多核系统组合具有不同优势的处理器，可高效完成复杂计算任务。 本文提出并实现了基于异构多核的远程动态可重构SoPC(System on a Programmable Chip)系统，其硬件子系统采用EAPR(Early Access Partial Reconfiguration)方法设计实现，软件子系统设计遵循MVC(Model View Controller)框架的业务逻辑与数据显示分离思想。首先对硬件子系统进行了模块化设计，其中包括有32位符号整型加法器和乘法器可重构IP核及其接口模块、远程重构所需的以太网、内部配置访问端口ICAP和CF卡接口控制模块等的设计实现。运用所设计的这些功能模块实现了基于单MicroBlaze软核的远程动态可重构SoPC。此后使用MicroBlaze核和PowerPC硬核构成异构多核架构，PowerPC主处理器负责硬件资源局部重构等工作，MicroBlaze处理器负责软件程序运算验证工作。最终融合所设计的各个功能模块，经布局布线配置完成完整的硬件子系统。软件子系统运用YUI等Web前台技术完成了页面展示和事件响应；通过XHR注入技术实现了Web命令异步传输；使用C语言实现了包括动态部分重构、多核交互验证、文档浏览、更新配置文件等功能的后台Web服务。 两个SoPC都具有远程局部重构加法器、乘法器和空操作功能，可进行远程系统升级和切换，Web网页能实时显示操作响应时延和重构状态信息。系统操作方便易于维护，尤其设计的异构双核架构和在线升级使系统扩展性强，有效降低了系统重构时间。实验证明两系统在Virtex5ML507FPGA上运行稳定，且系统在线传输速率、远程局部重构时延及Web响应时延评估数据表明该方案可应用于远程重构实际场景。
燃料电池重型卡车整车控制系统开发
这是一篇关于燃料电池重型卡车,整车控制器,能量管理策略,远程升级,硬件在环测试的论文, 主要内容为随着我国“双碳”战略目标的提出,汽车作为我国碳排放的主要来源之一,需要向绿色、低碳的方向进一步发展。燃料电池具有零排放、效率高等特点,随着环保意识的普及和燃料电池技术的发展,使得燃料电池重型卡车在交通运输领域引起了广泛的关注。本文针对燃料电池重型卡车整车控制系统展开研究,旨在提高燃料电池重型卡车智能化水平,提升车辆续驶里程,减少氢气消耗量,提高车辆经济性。本文对燃料电池重型卡车展开研究,针对整车控制器及各控制单元,设计了燃料电池重型卡车整车CAN通信网络拓扑结构,制定了整车CAN通信协议,并完成了网络负载率的仿真验证。对燃料电池重型卡车整车控制器硬件资源进行分析,选取英飞凌TC275作为主控芯片,完成了整车控制器硬件原理图绘制及印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)设计,完成控制器硬件的焊接工作并进行了功能测试。在MATLAB/Simulink中完成了整车控制器应用层模型搭建。设计了基于规则的燃料电池能量管理策略,同时为了探究不同能量管理策略对于整车经济性的影响,设计了基于模糊控制算法的能量管理策略,使用粒子群算法对所设计的模糊控制器的隶属度函数进行优化,在CRUISE软件中搭建了整车仿真模型并对能量管理策略的控制效果进行了仿真,结果表明基于粒子群算法优化的能量管理策略的等效氢气消耗量相比于优化前降低了1.23%,相比于基于功率跟随的能量管理策略降低了2.53%。搭建了整车控制策略应用层模型,生成嵌入式C代码,在Hig Htec软件中完成了底层驱动代码的编写,并与应用层程序进行集成。通过对燃料电池重型卡车远程升级系统进行功能需求分析,完成了远程升级功能设计与开发,包括4G模块网络通信实现、基于传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,TCP/IP)的远程通信协议制定、数据加密算法的实现、UDS(Unified Diagnostic Services,统一的诊断服务)协议的网络层与传输层结构实现以及基于UDS协议的Boot Loader程序设计,并使用Python开发了远程升级客户端。搭建了实验室测试平台,对燃料电池重型卡车远程升级系统进行测试,搭建了硬件在环测试平台,对燃料电池重型卡车整车控制器进行了硬件在环测试,测试结果表明,所开发的整车控制器能够满足功能需求,达到了设计目的。
基于异构多核的远程动态可重构SoPC设计与实现
这是一篇关于远程重构,异构多核,EAPR,MVC,远程升级的论文, 主要内容为目前基于FPGA(Field Programmable Gate Array)嵌入式系统已广泛应用于航空、智能家电和数据采集等领域，尤其在航空领域系统远程升级维护极其重要。由于嵌入式系统硬件资源有限，需通过静态或动态重构实现硬件资源复用。静态重构会终止整个系统运行，影响系统效率和稳定性。而动态重构能在不影响其它功能情况下，实现新功能配置，对嵌入式系统发展尤为重要。单核处理器往往能较好处理某一任务，但异构多核系统组合具有不同优势的处理器，可高效完成复杂计算任务。 本文提出并实现了基于异构多核的远程动态可重构SoPC(System on a Programmable Chip)系统，其硬件子系统采用EAPR(Early Access Partial Reconfiguration)方法设计实现，软件子系统设计遵循MVC(Model View Controller)框架的业务逻辑与数据显示分离思想。首先对硬件子系统进行了模块化设计，其中包括有32位符号整型加法器和乘法器可重构IP核及其接口模块、远程重构所需的以太网、内部配置访问端口ICAP和CF卡接口控制模块等的设计实现。运用所设计的这些功能模块实现了基于单MicroBlaze软核的远程动态可重构SoPC。此后使用MicroBlaze核和PowerPC硬核构成异构多核架构，PowerPC主处理器负责硬件资源局部重构等工作，MicroBlaze处理器负责软件程序运算验证工作。最终融合所设计的各个功能模块，经布局布线配置完成完整的硬件子系统。软件子系统运用YUI等Web前台技术完成了页面展示和事件响应；通过XHR注入技术实现了Web命令异步传输；使用C语言实现了包括动态部分重构、多核交互验证、文档浏览、更新配置文件等功能的后台Web服务。 两个SoPC都具有远程局部重构加法器、乘法器和空操作功能，可进行远程系统升级和切换，Web网页能实时显示操作响应时延和重构状态信息。系统操作方便易于维护，尤其设计的异构双核架构和在线升级使系统扩展性强，有效降低了系统重构时间。实验证明两系统在Virtex5ML507FPGA上运行稳定，且系统在线传输速率、远程局部重构时延及Web响应时延评估数据表明该方案可应用于远程重构实际场景。
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