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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

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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智能马桶控制系统设计与实现

智能马桶控制系统设计与实现

作者：刘小波杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来随着全国居民收入的稳步提升,国民的消费能力显著加强,人们对科技便利产品的需求不断上升,智能化成为家居产业的发展重点。在智能家居产品中,智能马桶因其舒适便捷的特点而备受消费者青睐,是销量增长最快的家居产品之一。然而,智... 详细信息

近年来随着全国居民收入的稳步提升,国民的消费能力显著加强,人们对科技便利产品的需求不断上升,智能化成为家居产业的发展重点。在智能家居产品中,智能马桶因其舒适便捷的特点而备受消费者青睐,是销量增长最快的家居产品之一。然而,智能马桶作为典型的跨界融合产品,在我国的发展时间短,与国外知名品牌相比,在舒适度、技术水平和造价成本上,仍然存在一定差距。具体表现为多数零部件依赖进口,导致制造价格过高,马桶控制系统大多模仿国外的系统,存在对国外技术的依赖问题。国内对智能马桶的研究缺少自身的创新能力和技术积累,不利于智能马桶国产化的发展。因此研发一套功能齐全、创新性强的智能马桶控制系统,对我国智能马桶行业的发展有着重要的研究意义。首先,本论文综述了智能马桶的研究背景和国内外的发展状况,对智能马桶的机械结构和功能事件原理进行了详细说明。针对现有智能马桶控制系统设计的局限性,提出了本文的智能马桶控制系统设计方案,将智能马桶控制系统划分为八个子系统,使得每个功能模块的硬件设计相互独立,增加了系统的可扩展性。同时,根据智能马桶零件多,功能杂的特点,设计了一套基于SCI的串行总线通信协议,定义了设备、部件和节点的概念,简化了控制系统的硬件设计,实现了不同部件之间的通信。然后,重点研究本系统的主机控制板和从机控制板的硬件电路和软件程序设计,其中硬件电路设计包括微处理器GD32E230C8T6核心电路、电源模块电路、总线通信电路的设计,以及主机控制板上串口选择器电路、传感器信号电路、加热模块电路、烘干风机电路、除臭风扇电路和脉冲阀电路,从机控制板上电机控制电路和辅助功能电路的设计。软件程序设计部分包括移植Free RTOS实时操作系统,对马桶具体功能的实现引入任务管理机制,编写了总线通信协议的架构,使用了PID控制算法对电机速度进行调控和循环冗余校验算法对总线传输数据进行校验。最后,在实验室搭建了智能马桶控制系统的测试平台,硬件上对系统的电路波形信号进行了测试,软件上对系统总线通信数据进行了校验,并将设计的电路板组装在实物上,对智能马桶的整体功能进行了测试。经过与智能马桶机械部分的联合调试,实验验证了本设计的智能马桶控制系统能够准确的完成智能马桶的日常功能,达到了预期的设计要求。相比与传统的智能马桶控制设备,本文所有的电路皆为自主设计,减少了硬件成本,保证智能马桶功能的实时性,为后续智能马桶控制系统的研究提供了坚实的技术支持。

关键词：智能马桶控制系统总线协议 freertos操作系统任务管理

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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

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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

泊车机器人嵌入式控制系统与导航定位技术研究

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泊车机器人嵌入式控制系统与导航定位技术研究

作者：刘嘉琪长安大学

学位级别：硕士

随着城市快速发展和汽车保有量的大幅增加,传统车库普遍存在利用率低、管理系统智能化水平不高等问题。研究传统车库智能化改造方法,对于增加停车位数量、缓解城市停车难的问题以及提高停车管理服务水平具有重要实际意义。本文以陕西省... 详细信息

随着城市快速发展和汽车保有量的大幅增加,传统车库普遍存在利用率低、管理系统智能化水平不高等问题。研究传统车库智能化改造方法,对于增加停车位数量、缓解城市停车难的问题以及提高停车管理服务水平具有重要实际意义。本文以陕西省重点研发项目“车库智能改造无人系统关键技术研究”为依托,展开对泊车机器人的具体研究工作,主要研究工作包括:在对泊车机器人功能需求分析的基础上,设计泊车机器人与载车板的机械结构;在机器人运动学分析的基础上,根据泊车机器人的机械结构特点,提出了机器人总体运动控制方案;在完成了机器人主要部件选型工作的基础上,设计控制系统的硬件电路;基于freertos多任务调度机制,在基于STM32单片机的底层控制子系统中实现了多路驱动电机的协同控制;在控制板RK3399中,基于Linux操作系统的V4L2接口,实现了引导线图像的实时采集,设计了基于视觉巡线的导航算法、位姿校正算法、安全避障算法以及基于二维码的定位算法;完成了一台泊车机器人样机制作。样机在搭建的实验测试场地进行了全面的测试。实验结果表明:该泊车机器人结构设计合理、在大载重状态下运动灵活、运动控制功能满足项目需求,达到项目规定的各项性能指标要求。

关键词：泊车机器人全向运动控制视觉巡线导航二维码定位 freertos操作系统

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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

履带式探测机器人底盘控制系统设计及路径规划研究

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履带式探测机器人底盘控制系统设计及路径规划研究

作者：袁建楠南京理工大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,履带式机器人在军事、工业、服务业等各个领域的应用越来越广泛,特别是在军用作战与探测领域具有可观的潜在应用前景。履带式机器人的主要研究点涵盖了运动控制和自主导航控制,本文对其控制系统的设计以及在部分环境未... 详细信息

随着科技的发展,履带式机器人在军事、工业、服务业等各个领域的应用越来越广泛,特别是在军用作战与探测领域具有可观的潜在应用前景。履带式机器人的主要研究点涵盖了运动控制和自主导航控制,本文对其控制系统的设计以及在部分环境未知时的最优路径规划问题进行了研究。具体的研究内容如下:(1)对履带式机器人底盘建立运动学模型,分析其运动性能。结合机器人所需实现的功能,对机器人的动力器件、控制器件与传感器等进行选型,为后续控制系统的设计与算法的实现奠定基础。(2)对机器人的控制系统和主流PID控制算法存在的超调量较大与实时性不理想等问题进行研究。以STM32F427芯片为核心,建立履带式探测机器人底盘的控制系统。采用嵌入式实时操作系统Free RTOS将整个控制系统划分为4个模块:上位机通信模块、陀螺仪数据结算与上传模块、远程遥控模块与运动控制模块,分别对各模块进行软件与通信协议的设计。在运动控制模块中,针对传统PID控制存在的超调量较大、时滞性等问题,采用灰色预测算法进行改进,进一步减小了系统的超调,增强了系统的稳定性。此外,还通过实际测试将机器人运行过程中的速度曲线打印出来,根据波形进行控制算法参数的调节并验证了改进算法的效果。(3)针对A*算法在全局路径规划存在的计算量较大、轨迹曲折并且过于靠近障碍物的问题,提出了融合地图预处理与轨迹二次优化的改进算法,有效的提升了原始算法的搜索效率,并使生成的路径距离更短且更为平滑。在进行局部路径规划时,采用DWA算法与改进后的A*算法相结合的思想,并利用子目标点朝向评价因子改良代价函数,提升了路径的有效性与平滑性,实现了基于改进A*算法的局部避障。(4)通过实际试验测试验证了本文提出的算法。利用激光雷达建立了两种环境的栅格地图,并采用ROS导航系统框架验证了改进后的A*算法与DWA算法,测试了履带式机器人底盘在地图信息已知和部分未知情况下的全局规划与局部避障能力。试验结果表明改进后的算法是有效且实用的。

关键词：履带式机器人 freertos操作系统 PID 全局路径规划局部路径规划

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