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基于OpenMV的平衡跟随小车模型设计

电子制作 2024年第8期32卷 13-17,107页

作者：李佳奇黎灿贤俞权桂张声岚桂林理工大学机械与控制工程学院广西桂林541004

目前跟随车的使用领域非常受限,样式种类也十分单一,没有一个简单拓展性强的模型,为此设计一个基于OpenMV的平衡自动跟随小车模型,分别对模型的结构、硬件与软件进行设计。模型采用stm32f103c8t6单片机作为核心控制器,运行freertos操作... 详细信息

目前跟随车的使用领域非常受限,样式种类也十分单一,没有一个简单拓展性强的模型,为此设计一个基于OpenMV的平衡自动跟随小车模型,分别对模型的结构、硬件与软件进行设计。模型采用stm32f103c8t6单片机作为核心控制器,运行freertos操作系统。接收处理来自电机编码器信号与陀螺仪传感器反馈姿态信息,利用电机驱动模块,将从视觉模块OpenMV获得跟随目标的信息,进行视觉运算通过串级PID算法实现小车平衡转向前进,当丢失时间超过时间,则制动并提醒人,防止跟丢。通过实验分析结果,设计的模型的稳定性和实用性满足需求。

关键词：自动跟随串级PID算法 freertos操作系统平衡小车

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freertos内存管理方案的分析与改进

计算机工程与应用 2016年第13期52卷 76-80页

作者：刘林朱青何昭晖湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 威胜集团有限公司长沙410205

针对freertos内存管理方案分配时间不确定,切割次数较多,利用率低及合并机制不足等缺点,采用一种"精确切割"和"延时合并"相结合的策略以最大限度减少内存碎片,提高内存利用率。具体实现方法是在freertos中引入TLSF(Two-level Segregated... 详细信息

针对freertos内存管理方案分配时间不确定,切割次数较多,利用率低及合并机制不足等缺点,采用一种"精确切割"和"延时合并"相结合的策略以最大限度减少内存碎片,提高内存利用率。具体实现方法是在freertos中引入TLSF(Two-level Segregated Fit)算法数据结构,采用二级位图索引对动态内存进行管理,并改进TLSF算法的内存分配和释放过程;最后将改进的算法以及freertos移植到STM32开发平台上进行实验测试。测试结果表明该方法提高了freertos的内存分配速度,减少了内存碎片率。

关键词： freertos操作系统内存管理 TLSF算法 STM32开发平台内存碎片

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远程工件检测系统设计

仪表技术与传感器 2016年第10期 66-68,72页

作者：顾雯雯霍孟友刘喻明山东大学机械工程学院山东济南250000

针对传统人工检测工件效率低、准确性不高且工作强度大等问题,设计了一款以STM32F407为处理器并搭载图像传感器、以太网物理层芯片、FLASH存储器等外围设备的远程工件检测系统,可以实现在无人监控的环境下自动进行图像的监控和处理。且... 详细信息

针对传统人工检测工件效率低、准确性不高且工作强度大等问题,设计了一款以STM32F407为处理器并搭载图像传感器、以太网物理层芯片、FLASH存储器等外围设备的远程工件检测系统,可以实现在无人监控的环境下自动进行图像的监控和处理。且为了防止采集图像数据量过大,系统运用了JPEG图像压缩算法对图像数据进行压缩处理从而可方便图像数据的传输与存储;在处理器STM32F407上移植实时操作系统freertos来进行任务的调度和资源的配置;最后通过远程监控平台可以清晰流畅地观察到工件的图像与视频,实现对工件的检测与控制、提高工件检验的效率与准确性。

关键词： STM32F407 JPEG图像压缩算法 freertos操作系统监控平台

基于freertos的白车身焊点计数系统设计与应用

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现代制造工程 2023年第3期 158-161,157页

作者：路向琨翟宝亮刘锋中国船舶集团有限公司第七○七研究所天津300131 天津七所高科技有限公司天津300409

针对白车身制造中手工焊接设备容易出现漏焊、错焊等质量问题,设计了一种基于freertos操作系统的白车身焊点计数系统。通过采集焊接控制器焊接完成信号和安装在焊接夹具上的传感器信号实现对有效焊点的检测,并进一步实现针对人工焊接设... 详细信息

针对白车身制造中手工焊接设备容易出现漏焊、错焊等质量问题,设计了一种基于freertos操作系统的白车身焊点计数系统。通过采集焊接控制器焊接完成信号和安装在焊接夹具上的传感器信号实现对有效焊点的检测,并进一步实现针对人工焊接设备焊点防错的检测及报警,还可通过网络接口进行设备组网,实现与上位机的连接。采用了国产Cortex-M3内核芯片和freertos操作系统,在降低系统软件开发复杂度的同时保证了系统的稳定性和实时性,还可方便移植到其他智能仪器的设计中。

关键词：白车身焊点计数微控制器 freertos操作系统焊接控制器

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基于无人机的空气质量检测系统设计与实现

基于无人机的空气质量检测系统设计与实现

作者：徐教礼西京学院

学位级别：硕士

随着工业化的发展与生态环境的变化,空气污染已经成为所有国家必须面对的严峻问题,对空气污染程度各项指标进行立体式大范围检测也成为一个必须解决的重要技术问题。目前国内外所采用的空气质量检测方法主要有以下几种:便携式的人工检... 详细信息

随着工业化的发展与生态环境的变化,空气污染已经成为所有国家必须面对的严峻问题,对空气污染程度各项指标进行立体式大范围检测也成为一个必须解决的重要技术问题。目前国内外所采用的空气质量检测方法主要有以下几种:便携式的人工检测方式、固定点式的基站检测方式、车载式的移动检测方式。但以上几种检测方式不够灵活,并且检测点规划起来比较复杂,会耗费大量的人力物力,且无法做到对各个地区进行实时检测。且目前国内外使用的空气质量检测仪器使用的CPU外设少,复杂的功能无法实现,实时性差,内存小,无法加入操作系统。为了解决这些难题,迫切需要一种新型空气质量远程无线检测系统。本课题利用无人机所具有的响应迅速、高效机动、覆盖面积广以及不受交通条件限制的优势,结合嵌入式技术,设计出一款搭载于无人机上的空气质量检测系统,不仅能够减少空气质量检测的成本,同时能从立体空间上掌握空气污染物的分布特点,还可以使得系统具有数据采集速度快、实时性好、可靠性高等优势。本课题的研究对于空气污染物的分布特点及其实时检测,以及对空气质量的三维空间大范围检测均具有重要的意义。本文首先介绍了空气质量检测领域的背景和意义,研究了空气质量检测和传输系统的现状,分析了现有的国内外空气质量检测系统的缺点及空气质量检测系统的发展趋势,研发出了一种以ARM作为主控芯片的空气质量检测系统。该系统不仅能够进行多通道的空气质量检测,还能通过云平台的数据透传,进行稳定的数据远程传输。该系统不仅传输速度快,同时能够保证系统在运行时无线设备永久在线。在硬件设计方案上,整个系统分为两个部分,第一部分是搭载在无人机上的采集端,第二部分是地面基站的接收端。系统采集端主要实现的功能是对二氧化氮、氨气、硫化物、苯系蒸气、烟雾浓度、GPS等参数进行多通道数据采集、数据处理,并实现数据的远程无线发送功能。地面基站接收端除了实现显示和存储数据外,还对外预留了串口、网口、USB口,方便系统后续其它功能的开发。软件设计分为以下几个部分,首先是在原有的ARM内核库函数的基础上进行freertos操作系统的移植,利用该操作系统具有较强的任务调度及系统资源优化分配等功能有效地提高了数据的采集及传输效率,其次在分析现有操作系统任务调度算法的基础上,提出了一种新型的Earliest Deadline First算法。进一步研究了STM32的多路通道数据采集的软件实现,将传感器采集的数值进行温度补偿和防脉冲平均滤波,从而减小数据误差,有效抑制了随机干扰。本设计同时还在云服务器上搭载了云平台,在此之上建立起了数据透传组,实现了借助CPU的USB2.0接口将M750无线设备的发射端和接收端数据连接到云平台。最后本系统还设计了上位机软件,方便系统各项数据的查看与分析。本设计通过硬件和软件的结合,实现了多路通道的数据采集、传感器调理电路的调试、云平台数据透传等功能。本项目研发的基于无人机的空气质量检测系统可以采集空气中二氧化氮、氨气、硫化物、苯系蒸气、烟雾的浓度等这些污染气体的参数。选用的STM32F407芯片配合freertos操作系统,可以提高程序运行速率。选择的M750无线设备支持4G网络,传输速率快,能够满足实际需求。本系统的研发能够为研究空气中污染物的分布特点,及空气污染的来源与整治方案提供有效数据支持,本课题的研究对于空气污染物的分布特点及其实时检测,以及对空气质量的三维空间的大范围检测和保障人类的身体健康均具有较强的实际应用价值和广阔的应用前景。

关键词：空气污染无人机 freertos操作系统云平台透传组

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基于振动分析法的变压器故障诊断研究

基于振动分析法的变压器故障诊断研究

作者：惠豪西安理工大学

学位级别：硕士

随着近年来我国电力市场经济的快速发展,电网容量在不断增大,电力行业是国民经济发展中最重要的基础能源产业,是各国经济发展战略中的优先发展重点和基础产业。电力变压器的安全性是实现电网系统的安全、可靠、品质和经济运转的重要保... 详细信息

随着近年来我国电力市场经济的快速发展,电网容量在不断增大,电力行业是国民经济发展中最重要的基础能源产业,是各国经济发展战略中的优先发展重点和基础产业。电力变压器的安全性是实现电网系统的安全、可靠、品质和经济运转的重要保障。传统方法都是根据阻抗、电容、电感、互感和绝缘老化产生的气体变化来监测变压器的状态。振动分析法在分析故障时不仅快速性良好,而且相比其他方法,没有接入电气量,具有不直接影响整个电力变压器实际正常工作系统运行的巨大优势。本文从变压器常见故障和故障分类入手,介绍了检测变压器绕组和铁心的传统方法,且相比较传统方法,提出了振动分析法。通过建立绕组的数学模型来进一步说明在漏磁场和短路电流影响下绕组的受力情况以及绕组振动加速度幅值、负载电流和频率的关系;通过研究硅钢片在磁场的磁致伸缩现象,来说明铁心振动加速度幅值、电源电压和频率的相关性。采用理论分析和实测验证相结合的方法,研究了正常运行和故障运行时绕组和铁心的振动信号特征,用振动分析法对电力变压器的绕组和铁心进行了故障监测。所研究的主要内容有电力变压器发生的故障分类及其振动机理,接着建立了振动故障监测平台,其中包括加速度传感器的选取和安装,电路的设计,最终采集到了变压器正常工作时的振动数据。为了解决加速度传感器、运算放大器、工控机等价格昂贵的问题,设计了一种基于STM32的嵌入式数据采集系统。通过应用单片机STM32F103c8t6,AD7606模块、使用freertos操作系统来进行采集。算法上,通过解包络对振动数据进行分析,论证通过振动数据可以得到变压器故障的有无和故障类型的合理性。最终对实际采集到的变压器的正常数据进行希尔伯特一黄算法分析,应用经验模态分解得到本征模态函数和残余量,对分解所得的各本征模态函数作希尔伯特变换来得到时间、频率、幅值三维时频谱图,预测变压器发生故障的潜在风险。最终得到当希尔伯特一黄变换最终的包络谱图,针对此大型变压器而言,当变压器处在稳态运行时,在50赫兹左右达到频率的峰值。当正常运行的变压器处于刚开电的瞬间,在60赫兹左右达到频率的峰值。由此可以定性分析出,当变压器在多少赫兹达到峰值时和变压器的状态有一定关联。对每个大型变压器进行算法分析得到日常的数据,然后当出现和日常的频率值相差较大时,推测它有故障的风险或者已经产生了故障。

关键词：变压器故障振动故障监测平台 freertos操作系统希尔伯特-黄本征模态函数

基于LwIP协议栈的嵌入式远程监控系统设计

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基于LwIP协议栈的嵌入式远程监控系统设计

作者：杨佳杰上海交通大学

学位级别：硕士

随着互联网技术和嵌入式技术的不断发展,以互联网为核心的嵌入式系统将应用于各行各业,嵌入式设备接入网络开始成为被广泛关注和研究的课题之一,本课题的研究就是这样一种基于LwIP协议栈和嵌入式系统的远程监控系统,系统由监控终端、网... 详细信息

随着互联网技术和嵌入式技术的不断发展,以互联网为核心的嵌入式系统将应用于各行各业,嵌入式设备接入网络开始成为被广泛关注和研究的课题之一,本课题的研究就是这样一种基于LwIP协议栈和嵌入式系统的远程监控系统,系统由监控终端、网络服务器和传感器等设备组成。论文首先介绍了国内外远程监控技术的发展情况,并在此基础上提出了一种基于LwIP协议栈的嵌入式远程监控系统的设计方案,系统采用B/S的监控模式,采用ST公司的STM32F429作为嵌入式硬件系统的控制单元,采用freertos嵌入式操作系统和LwIP网络协议栈作为软件平台。论文接着详细介绍了系统的硬件系统,内容包括系统框图,主控芯片的最小系统电路,以太网模块、显示模块及数据采集模块的接口电路等;然后介绍了系统的软件设计过程,系统使用STM32CubeMX开发平台并在此基础上移植了freertos操作系统及LwIP协议栈,介绍了设计操作系统任务及设备驱动软件的过程;论文接下来详细分析了LwIP协议栈的运行机制,确定了系统协议的总体设计并基于应用层协议与网页开发等技术,完成对Web服务器、监控页面及NTP客户端的设计。最后对系统的设计方案进行了软硬件实现,对系统进行调试并就实现效果进行分析及说明。测试结果表明,该系统运行稳定,满足了设备远程监控的发展需求,该系统的开发过程及方法具有一定的应用价值。

关键词：远程监控 LwIP协议栈 freertos操作系统 Web服务器 NTP协议

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电力系统一次调频变送装置及控制策略的研究

电力系统一次调频变送装置及控制策略的研究

作者：苑家玮西安理工大学

学位级别：硕士

电能是现代社会发展的基础,而我国是一个用电大国,因此电能安全稳定运行是必不可少。近年来,火电厂陆续出现投切超大负荷或者外围线路发生故障,产生瞬间涌流,导致模拟变送器输出信号出现过冲等现象,引起AGC退出,严重危害电网稳定运行。... 详细信息

电能是现代社会发展的基础,而我国是一个用电大国,因此电能安全稳定运行是必不可少。近年来,火电厂陆续出现投切超大负荷或者外围线路发生故障,产生瞬间涌流,导致模拟变送器输出信号出现过冲等现象,引起AGC退出,严重危害电网稳定运行。产生故障的根源在于一次调频中传统变送器无法克服时分割乘法器带来的反向过冲,同时,随着我国新能源快速发展在电网中占比日益提高,新能源已经成为影响电网稳定运行的重要因素之一,2018年国家发布了新能源系统参与一次调频的文件。因此研究和改善电力系统一次调频具有重要意义。本文针对电网的实际需求,开发了一款一次调频变送装置,研究了符合一次调频规定的控制策略。首先,论文介绍了电力系统及一次调频的相关概念,搭建了火电厂、新能源场站的模型并阐述了本文的拓扑结构。其次,设计了一次调频变送装置的硬件电路,包括频率信号调理电路、模入模出电路、CPU核心电路、模拟风电厂平台等。在软件和数据处理方面,基于freertos操作系统的大框架下实现各子程序;改进了自适应的卡尔曼滤波算法,移植了 BP神经网络算法,实现了变送装置的频率同等精度预测;编写了一次调频的相关控制策略。并针对电网考核设计了一款辅助分析系统,与变送装置通信实现实时数据、曲线的显示,智能计算有效越限次数、积分电量。最后本文对装置的功率、频率精度、模入、模出精度、新能源后台系统、辅助分析系统等进行了实验测试,结果表明装置能够准确测量发电机二次侧数值并实现相应输出及控制,同时鲁棒性强,对电力系统火电、风电、光伏的一次调频具有重要意义。

关键词：一次调频变送装置 freertos操作系统自适应卡尔曼滤波信号调理

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海洋浮标微系统结构设计与集成技术的研究

海洋浮标微系统结构设计与集成技术的研究

作者：张津漠哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

海洋浮标是一种能够自动采集海洋环境信息的探测平台,它具有全天候、长期连续、定点进行监测的特点,是无可替代的现代海洋环境立体监测系统的关键部分。本课题设计了一种浮标微系统,对浮标系统的结构进行设计和仿真,提高系统结构的稳定... 详细信息

海洋浮标是一种能够自动采集海洋环境信息的探测平台,它具有全天候、长期连续、定点进行监测的特点,是无可替代的现代海洋环境立体监测系统的关键部分。本课题设计了一种浮标微系统,对浮标系统的结构进行设计和仿真,提高系统结构的稳定性,同时对系统的数据采集电路进行设计和集成,保证系统能够准确、实时采集水下信息,实现区域海洋环境信息的监测。论文首先根据浮标中各模块功能对其在浮标中的布局进行设计,之后选取了三种不同浮标外形通过AYSYS下的AQWA模块进行了水动力学的仿真,通过调整浮标重心,进一步提高稳定性。为了研究浮标从高空入水时各模块所受的影响,通过LS-DYNA模块对浮标入水时各部分所受的冲击力进行显示动力学仿真,通过添加整流罩的方式改善了入水的安全性。针对水下信息的探测需求,本文设计了包括水下采集系统、定位系统和存储系统的整体方案。水下采集系统设计并实现了水听器及TMR磁传感器接口电路的集成,通过24位的ADC(模数转换器)AD7175-8实现了模拟信号的转换。基于MSP430的定位系统集成了加速度传感器和GPS模块,用来检测浮标的位置和运动姿态。实现了传感器模块的驱动程序设计并将采集到的信号通过串口上传。基于freertos的存储系统软件设计实现了SD卡的挂载与驱动,该系统通过spi总线驱动并读取AD7175-8转换完成的数据,通过串口接收定位系统上传的信息并实现了各类信息的存储。最后,论文给出了各模块功能测试的过程,测试结果表明,系统各模块均满足设计需求,能够实现对水下信息和浮标状态信息的有效采集,具有良好的稳定性。

关键词：浮标微系统水动力衍射显示动力学 freertos操作系统 MSP430