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基于μc/os-Ⅲ和emWin的供电综合保护器设计

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传感器与微系统 2021年第12期40卷 101-104页

作者：吴尧辉冯冲吴昊珍河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000 河南理工大学许继电气股份有限公司煤矿井下智能供电系统实验室河南焦作454000 郑州工商学院河南郑州451400

针对供电保护器实时性要求和智能化需求,使用STM32处理器,基于μc/os-Ⅲ实时操作系统和图形交互界面emWin完成供电综合保护器设计。根据供电保护器的功能需求对系统软硬件设计,划分为优先级不同的数据采集处理、保护动作、人机交互等应... 详细信息

针对供电保护器实时性要求和智能化需求,使用STM32处理器,基于μc/os-Ⅲ实时操作系统和图形交互界面emWin完成供电综合保护器设计。根据供电保护器的功能需求对系统软硬件设计,划分为优先级不同的数据采集处理、保护动作、人机交互等应用任务。基于μc/os-Ⅲ实时操作系统对保护器各功能任务通信及同步管理,emWin库开发使保护器拥有美观图形交互界面同时也保证实时性要求。使用μc/Probe软件对系统运行性能参数检测,验证基于μc/os-Ⅲ和emWin的保护系统能够可靠稳定地运行,具有较高的实时性,且各子程序相对独立的设计,有利于后期优化。

关键词：供电综合保护器 μc/os-ⅲ操作系统 emWin库 μc/Probe软件实时性

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基于STM32智能小车的设计与实现

基于STM32智能小车的设计与实现

作者：方国贤武汉轻工大学

学位级别：硕士

近年来,无线网络通信技术、无线视频监控技术、图像采集技术以及嵌入式技术日臻成熟,人们对智能化产品的需求随之不断增加。智能小车采用无线网络通信,相比传统的通信方式,具有布线简单、成本低等优势,能够应用在一些复杂的环境中。本... 详细信息

近年来,无线网络通信技术、无线视频监控技术、图像采集技术以及嵌入式技术日臻成熟,人们对智能化产品的需求随之不断增加。智能小车采用无线网络通信,相比传统的通信方式,具有布线简单、成本低等优势,能够应用在一些复杂的环境中。本文设计了一款以STM32系列开发板作为核心控制器,μc/os-III操作系统为软件平台的具有自动避障功能的智能小车。以STM32主控制器来对直流电机进行驱动,驱动车载系统上的摄像头对图像信息进行采集,控制小车的运行;以WIFI信号为媒介,采集到的视频信息实时地传输到Android手机或者Pc上位机显示;而实现手机或者Pc上位机控制小车的关键在于它们可以将相应的控制信号准确地传递到主控制器。系统的硬件设计与软件设计共同构成了总体设计。其中,软件设计是μc/os-III操作系统的移植、硬件驱动程序设计、自动避障算法、Pc上位机和Android手机控制端的设计。硬件设计主要是设计系统中的电路,具体包括超声波避障模块设计、视频采集模块设计、电机驱动模块设计、无线路由器模块设计和STM32最小系统模块设计等几部分。在自动避障算法中,对目标障碍物的确定需要借助区域生长的方法,并且以图像采集模块采集到的周围环境图像信息为依据。根据障碍物与智能小车之间位置关系提出了基于固定区域分割思想的避障算法。智能小车的软硬件系统测试结果表明,小车的各项功能达到了预期设定的目标,系统的运行状况良好。本系统的实现对于防盗系统以及智能家居今后的发展具有重要意义。

关键词：智能小车机器视觉 μc/os-ⅲ操作系统避障算法

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雷达水位观测数据采集系统设计

雷达水位观测数据采集系统设计

作者：李桂彬国家海洋技术中心

学位级别：硕士

本文主要介绍了基于雷达液位传感器的海洋水位观测系统的构建。文章首先介绍了海洋潮汐现象,并结合实际情况介绍了潮位观测对于经济建设及自然灾害预防的重要的意义。文中介绍了目前常见的潮位观测技术的测量原理,以及各种观测技术自身... 详细信息

本文主要介绍了基于雷达液位传感器的海洋水位观测系统的构建。文章首先介绍了海洋潮汐现象,并结合实际情况介绍了潮位观测对于经济建设及自然灾害预防的重要的意义。文中介绍了目前常见的潮位观测技术的测量原理,以及各种观测技术自身的优缺点。重点介绍了雷达液位测量的原理与雷达液位测量技术应用于海洋潮位观测的可行性。本文基于ST公司的STM32F103处理器,设计了一型雷达水位数据采集装置。主要实现对雷达液位传感器获得的水位数据的采集,处理与存储。考虑了多种适用于海洋观测领域的雷达水位传感器的不同接口方式所造成的兼容性问题。考虑了对水位观测数据误差的修正与噪声的处理。考虑了系统的可靠性问题,并采取相应的措施进行处理。在硬件电路设计部分,完成了以STM32F103处理器为核心的雷达水位数据采集装置的电路设计,完成了多种雷达液位传感器接口电路的设计工作,主要实现了SDI-12,RS-232/RS-485,模拟量4-20mA的硬件电气接口。重点介绍了SDI-12总线协议的框架结构与在本系统中的实现方法。在软件设计部分,本文研究了嵌入式操作系统μc/os-Ⅲ的性能特点与运行机制。完成了μc/os-Ⅲ在处理器STM32F103上的移植。结合μc/os-Ⅲ的系统优点与观测系统性能要求,对系统的软件运行方式进行设计。完成了多种传感器接口程序与其他功能模块程序的设计。基于多年水位观测的实际经验与雷达液位传感器自身特点,研究海洋潮位观测数据的噪声消除方法,提出针对不同噪声种类的解决办法。对水位观测系统采取了计量检定与现场测试相结合的方法,验证系统的有效性与可靠性,并检验相应的潮位数据噪声滤除方法的实际效果。

关键词：潮位测量 SDI-12总线 μc/os-ⅲ操作系统雷达水位观测

基于力反馈的血管介入遥操作手术机器人运动控制

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基于力反馈的血管介入遥操作手术机器人运动控制

作者：陈冰上海交通大学

学位级别：硕士

目前,血管介入手术日益普遍,对介入诊疗的要求也越来越高。在血管介入手术中,医生需要长时间工作在X射线环境中,而X射线会给医生带来例如DNA损伤、白细胞计数减少等损伤。为了减少高危手术环境对医生的伤害,需要开发一种可以代替医生完... 详细信息

目前,血管介入手术日益普遍,对介入诊疗的要求也越来越高。在血管介入手术中,医生需要长时间工作在X射线环境中,而X射线会给医生带来例如DNA损伤、白细胞计数减少等损伤。为了减少高危手术环境对医生的伤害,需要开发一种可以代替医生完成血管介入手术的远程遥控机器人系统,在此机器人系统中,精确的运动控制和系统力反馈是满足临床要求和提高手术质量非常关键的技术基础。本文首先简述了整个机器人系统的机械结构设计和主从控制方法。机器人系统基于STM32处理器构建了多站点通讯系统,基于cAN总线协议,设计了主从控制的遥操作构架。主端为医生操作平台,集成了多种操作方式和手术信息反馈方式。从端为手术动作执行平台,由多机械手组成,每只机械手都可以完成直线运动、旋转运动和夹持运动,充分满足了实际手术要求。随后,本文着重介绍了系统从端夹持机械手的运动控制方法。从端机械夹持手依据仿生学设计,模拟医生实际操作的手术动作。在夹持机械手的运动控制方法上,设计了无刷直流电机的控制方案、步进电机控制方案,以及复合运动控制方案。其中无刷电机的控制分为速度PID控制和位置PID控制,并且详细介绍了运动学模型和PID控制模型。文中电机的PID控制方法按照实际手术情况做了多次验证和改进,同时展示了直线运动、旋转运动和夹持运动三种基本手术动作的控制结果和精度。复合运动包括连续推拉动作和连续旋转动作。在比较了裸机运行和目前常用的多种操作系统方案后,软件系统引入了基于多任务实时操作系统μc/os-Ⅲ,在stm32上的移植方法,提升了系统的快速响应性。机器人系统的力反馈模块包括机械结构设计和软件设计,介绍了力反馈结构设计方案和力反馈软件实现方法。整个机器人系统的整机测试结果显示,机械手的直线运动速度精度可以达到0.3cm/s,旋转运动角位移精度可以达到1°,机械手位置控制的精度可以达到0.5mm,同时力反馈的执行时间控制在300ms以内。最后对整个血管介入手术机器人的系统验证,通过一个体外实验和一次动物实验,对机器人系统的进行了临床应用的初步测试。最后对整个血管介入手术机器人的系统验证,通过一个体外实验和一次动物实验,对机器人系统的进行了临床应用的初步测试。与目前的同类型机器人系统相比,本文所述的血管介入手术机器人系统的优势在于多机械手结构提供了高灵活性的操作空间,精确的运动控制可以提升机器人系统的安全性,实时操作系统的嵌入增强了机器人系统完成复杂多任务的实时性,力反馈结构能极大程度增加操作者的临场感,机器人系统可以很好的满足临床手术操作需求。

关键词：血管介入手术机器人遥操作 PID控制 μc/os-ⅲ操作系统力反馈

基于DSP+ARM电能质量检测装置的研究与开发

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基于DSP+ARM电能质量检测装置的研究与开发

作者：武宗方西安工程大学

学位级别：硕士

随着智能电网建设工作的不断推进,各类大功率电力电子设备的广泛使用,在电网中引入了大量的谐波污染,这些电能质量问题的存在不仅会影响电气设备的使用寿命,严重时甚至会破坏电力系统的正常运行。因此,能否对电网电能质量状况进行有效... 详细信息

随着智能电网建设工作的不断推进,各类大功率电力电子设备的广泛使用,在电网中引入了大量的谐波污染,这些电能质量问题的存在不仅会影响电气设备的使用寿命,严重时甚至会破坏电力系统的正常运行。因此,能否对电网电能质量状况进行有效的检测则是改善电网电能质量的前提。本文通过对我国所颁布的电能质量分类标准进行了深入的了解,并研究了电能质量检测装置的发展状况,采用了基于DSP与ARM相结合的电能质量检测装置的设计思路,并从信号的检测算法、系统硬件电路设计、软件系统的设计三个方面进行研究与设计,主要研究工作如下:(1)检测算法方面:通过对常用的电能质量检测算法,在电力系统检测方面的优缺点进行了分析比较,特别针对电网中存在的暂态扰动谐波问题,使用小波包变换与快速傅里叶变换(FFT)相结合的分析方法进行处理,弥补了快速傅里叶变换在时域分析中的不足,并通过仿真建模的方法,验证了这种方法在谐波检测中的可行性。(2)系统硬件电路设计方面:针对电路中存在的高频噪声污染设计了一种二阶低通滤波电路,来保证采样信号的准确性;提出了一种可以实现对输入信号进行同步采样的锁相倍频电路,通过实时跟踪输入信号的频率变化,并经由DSP来同步控制AD模块的采样频率,避免了传统采样设计中频谱泄露问题的出现;根据使用需求,完成了系统整体硬件平台的搭建,为检测算法的运用以及软件系统的导入提供了必要的硬件保障。(3)软件系统设计方面:完成了DSP部分对AD采样中断控制程序,以及小波包变换和快速傅里叶变换在DSP中运行子程序的设计,并结合相关硬件电路对ARM模块完成μc/os-ⅲ操作系统的设计与移植,以便对所设计的电能质量检测装置进行整体控制。最后通过实验对比的方式对该装置在电压、电流、频率以及谐波检测方面的性能进行了测试,达到了设计的预期目的。图45幅,表6个,参考文献60篇。

关键词：电能质量小波包变换 FFT μc/os-ⅲ操作系统

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短距离无线数据传输系统的设计

短距离无线数据传输系统的设计

作者：赖鹏厦门大学

学位级别：硕士

无线数据传输是在有线数据传输的基础上,通过射频技术实现无线数据传输,为数据传输的无线化,移动化,数字化提供了快捷方便的渠道,是数据传输的有效手段和应用广泛的技术。现今,市面上无线数据传输的产品传输距离可以达到数十米到几百米... 详细信息

无线数据传输是在有线数据传输的基础上,通过射频技术实现无线数据传输,为数据传输的无线化,移动化,数字化提供了快捷方便的渠道,是数据传输的有效手段和应用广泛的技术。现今,市面上无线数据传输的产品传输距离可以达到数十米到几百米,从产品的成本、性能、应用场合、功耗等方面来看具有很高的应用价值和广阔的前景,但现今市场上的无线数据传输产品普遍存在着成本高、传输距离短、性能不稳定和抗干扰能力不强等缺点,如何实现低成本、高性能和传输距离远的无线数据传输系统是一项具有挑战意义的工作。论文拟解决现今数据传输产品的传输距离短、成本高、性能不稳定等问题,提出了一种基于μc/os-ⅲ操作系统,使用基于ARM cortex-M3架构的处理器STM32,采用DPMR数字对讲机协议标准的通信协议,来实现短距离无线数据传输的方案设计。论文首先讨论了无线数据传输的工作原理,设计出无线数据传输系统的总体架构框图,详细阐述了硬件各模块电路的设计,包括控制电路设计、射频收发电路设计、功率放大电路设计和射频收发切换电路设计等。其次,对软件设计进行阐述,提出了软件设计的总体架构框图,对μc/os-ⅲ操作系统和DPMR协议进行了概述,并对系统软件进行分层设计,详细介绍了应用层AT指令的设计,中间层控制协议、串口收发处理和RF收发处理的实现,和底层射频收发器cc1125的驱动设计。最后,把整个μc/os-III操作系统移植到自主设计的数传模块硬件平台上,并对系统进行综合测试,达到了预期系统性能设计指标,实现了最大发射功率达到1W、邻道抑制达到-60dBm,通信距离达到1km的性能良好的短距离无线数据传输系统。

关键词：无线数据传输射频功率放大 DPMR μc/os-ⅲ操作系统