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基于岸基激光雷达的水位智能监测技术

山东大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 90-95,102页

作者：陈晓燕齐明杰程之恒张昱庄绪彩陈亮田源济南市水利工程服务中心山东济南250099 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 山东省交通科学研究院山东济南250000

针对传统水位监测方法耗费人力物力极大且难以满足夜间、雨天等恶劣环境下实时监测的难题,基于激光雷达研发水位智能监测技术,通过在岸基搭建激光雷达数据采集平台,以相对水平角和垂直方位角为参数选择感兴趣区域;研发算法分析用户数据... 详细信息

针对传统水位监测方法耗费人力物力极大且难以满足夜间、雨天等恶劣环境下实时监测的难题,基于激光雷达研发水位智能监测技术,通过在岸基搭建激光雷达数据采集平台,以相对水平角和垂直方位角为参数选择感兴趣区域;研发算法分析用户数据报协议(user datagram protocol, UDP),自行解析雷达数据,提取水面有效点云信息;拟合离散点云,构造水面方程,计算水位高度,并修正。对该算法进行实地试验,试验结果表明,本研究提出的水位智能监测技术可有效进行水位监测,平均绝对误差为0.057 m,均方根误差为0.073 5 m,平均百分比误差为7.588%。

关键词：水位监测激光雷达 UDP 最小二乘法点云

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面向托卡马克破裂预测的实时数据采集系统设计

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南方能源建设 2024年第3期11卷 96-109页

作者：张沛龙叶伟杰郑玮丁永华王俪晔杨玉林华中科技大学电气与电子工程学院强电磁技术全国重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院磁约束聚变与等离子体国际合作联合实验室湖北武汉430074

[目的]等离子破裂是托卡马克核聚变装置运行中的重大威胁。破裂缓解系统可以降低等离子体破裂对装置的危害,其动作时机高度依赖于实时运行的等离子体破裂预测系统对等离子体破裂时刻的预测。基于深度学习的神经网络已被用于训练等离子... 详细信息

[目的]等离子破裂是托卡马克核聚变装置运行中的重大威胁。破裂缓解系统可以降低等离子体破裂对装置的危害,其动作时机高度依赖于实时运行的等离子体破裂预测系统对等离子体破裂时刻的预测。基于深度学习的神经网络已被用于训练等离子体破裂预测模型,其实时运行需要来自多种诊断的大量实时数据。[方法]文中提出一种实时数据采集系统的设计方案。该系统基于模块化结构进行设计,分为多通道采集模块、ADC转换控制和数据读取模块、数据分组与封装模块和数据传输网络模块。数据传输网络模块基于运行在FPGA上的10 G速率的硬件UDP网络协议栈进行构建。该硬件UDP协议栈具有确定性的数据传输过程,使得系统具有很低的传输时延。[结果]该实时数据采集系统的采样率可以达到每通道2 MSa/s,数据吞吐速率超过9.3 Gb/s,数据传输延迟小于10μs。[结论]该实时数据采集系统可以为破裂预测程序提供快速传输的实时诊断数据流。高采样率使得系统可以对辐射、电子温度等1维诊断进行实时传输,提高数据时间分辨率。高数据吞吐率可以提高诊断数据的传输数据量,低数据传输时延可以减少破裂预测模型获取诊断数据的时间。

关键词：托卡马克破裂预测数据采集 UDP 实时传输

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国产FPGA通用以太网控制器的设计与实现

小型微型计算机系统 2024年

作者：胡明志尹震宇王军张飞青徐光远李东吉辽宁省国产基础软硬件工控平台技术研究重点实验室沈阳化工大学中国科学院沈阳计算技术研究所

目前由于国际芯片供应链的不稳定性，我国在FPGA领域面临着重要的工程应用替代挑战，尤其是在人防工程领域，大规模的工程项目急需国产FPGA技术来满足需求。因此，本文针对实时通信领域，特别是物联网网关的以太网控制器应用，进行了国... 详细信息

目前由于国际芯片供应链的不稳定性，我国在FPGA领域面临着重要的工程应用替代挑战，尤其是在人防工程领域，大规模的工程项目急需国产FPGA技术来满足需求。因此，本文针对实时通信领域，特别是物联网网关的以太网控制器应用，进行了国产化替代的研究。首先，在中科亿海微国产FPGA上，设计了基于流水线处理的兼容ARP、UDP、IP、ICMP等多种协议的UDP协议栈以及基于真双端口RAM和异步FIFO的兼容三速以太网的处理模块，实现了三速以太网控制器在国产FPGA上的部署及应用。并且考虑到国产FPGA现有的IP库不全的因素，本设计只采用了常用的FIFO和RAM的IP进行设计，方便了后续移植到其他国产FPGA上的需求。最后，本设计对部分模块进行了仿真测试，仿真测试表明，该控制器可以实现UDP协议传输、主动ARP、被动ARP、ARP表查询、ping、多协议优先级仲裁等功能，足够满足物联网网关中以太网控制器的使用需求。

关键词：物联网网关国产FPGA 以太网控制器 UDP

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基于岸基激光雷达的水位智能监测技术

山东大学学报(工学版) 2023年

作者：陈晓燕齐明杰程之恒张昱庄绪彩陈亮田源山东大学齐鲁交通学院济南市水利工程服务中心山东省交通科学研究院

传统水位监测方法耗费人力物力极大且难以满足夜间、雨天等恶劣环境下实时监测,针对这一难题,本研究基于激光雷达研发水位智能监测技术,通过在岸基搭建激光雷达数据采集平台,以相对水平角和垂直方位角为参数选择感兴趣区域;研发算法分... 详细信息

传统水位监测方法耗费人力物力极大且难以满足夜间、雨天等恶劣环境下实时监测,针对这一难题,本研究基于激光雷达研发水位智能监测技术,通过在岸基搭建激光雷达数据采集平台,以相对水平角和垂直方位角为参数选择感兴趣区域;研发算法分析用户数据报协议(user datagram protocol,UDP),自行解析雷达数据,提取水面有效点云信息;拟合离散点云,构造水面方程,计算水位高度,并修正。对该算法进行实地试验,试验结果表明本研究提出的水位智能监测技术可有效进行水位监测,平均绝对误差为0.057 m,均方根误差为0.073 5 m,平均百分比误差为7.588%。本研究创新了基于激光雷达的水位智能监测技术,具有一定创新性和推广价值。

关键词：水位监测激光雷达 UDP 最小二乘法点云

基于STM32和UDP协议的药品管理终端设计和实现

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基于STM32和UDP协议的药品管理终端设计和实现

作者：徐瀚文南京信息工程大学

学位级别：硕士

药品是医疗体系中最基本也是最重要的资源,药品管理是开展医疗活动流程的重要组成部分。因此,国家层面对于药品管理体系的重视程度也与日俱增。随着药品品种增加、计算机技术不断发展,传统的人工药品管理模式已经无法满足社会需求,智能... 详细信息

药品是医疗体系中最基本也是最重要的资源,药品管理是开展医疗活动流程的重要组成部分。因此,国家层面对于药品管理体系的重视程度也与日俱增。随着药品品种增加、计算机技术不断发展,传统的人工药品管理模式已经无法满足社会需求,智能化药品管理手段成为医院降低人工成本、提升运营效率和服务质量的重要手段。而在医疗机构中各类药剂、药片最常用瓶类包装形状便是圆柱型。本文基于上述情况设计出一款能够对圆柱型瓶装药品进行盘点和管理的新型药品管理终端。本文从介绍药品管理的意义开始,通过市场调研分析现有药品管理设备的缺陷,从而确定本设计的功能需求和研究目标。本文中首先根据点光源直射照度距离平方反比定律,确定透射式光电传感器的设计方案并使用COMSOL仿真软件加以验证;硬件部分包含主控芯片模块、电源供电模块、药瓶监测模块、信号预处理模块、温度监测模块、LCD显示屏模块、UDP数据传输模块等电路的设计并完成PCB的布局走线和焊接;软件部分完成Free RTOS在MCU上的移植,并根据功能需求开发相应任务,使用Qt creator开发对应的PC端药品管理软件;最后对终端的整体功能进行测试,测试结果表明:本终端的各项功能都能较好的满足预期需求。相比传统的药品管理模式,本药品管理终端具备以下功能:对环境进行实时监控,一药一孔自动计数自动盘点,利用UDP协议将PC端管理系统和多个药品管理下位机设备连通实现一对多在线管理,自动更新药品信息,药品取用历史数据自动保存可追溯等。在此终端的基础上,可配合机械臂操作,从而减少人工操作环节,降低药品的丢失率和用药错误率,大幅提升对于圆柱型瓶装药品的管理效率。同时使用高集成度的嵌入式方案设计,具有可靠性高、成本低、功耗低、寿命长等优点,值得在中小型医疗机构及医药管理领域推广。

关键词：药品管理光电传感器 FreeRTOS UDP

O-GIcNAc transferase regulates centriole behavior and intraflagellar transport to promote ciliogenesis

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Protein & Cell 2020年第11期11卷 852-857页

作者： Fan Yu Te Li Yanchao Sui Qingxia Chen Song Yang Jia Yang Renjie Hong Dengwen Li Xiumin Yan Wei Zhao Xueliang Zhu Jun Zhou Department of Genetics and Cell Biology College of Lifle SciencesState Key Laboratory of Medicinal Chemical BiologyTanjin Key Laboratory of Protein ScienceKey Laboratory of Bioactive Materials of the Ministry of EducationNankai UniversilyTianjin 300071China College of Pharmacy State Key Laboratory of Medicinal Chemical BiologyNankai UniyersityTianjin 300071China State Key Laboratory of Cell Biology Shanghai Insttute of Biochemistry and Cell BiologyCenter for Excel lence in Molecular Cell ScienceChinese Academy of SciencesShanghai 200031China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Institute of Biomedical Sciences Shandong Provincial Key Lab-oratory of Animal Resistance BiologyCollaboralive Innovation Center of Cell Biology in Universities of ShandongCollge of Life Sciences.Shandong Nomal UniversityJinan 250014China

Dear Editor,O-GIcNAcylation is a nutrient sensor that is particularly sensitive to environmental glucose(Hardiville and Hart,2014).Glucose can be converted to UDP-GIcNAc through the hexosamine biosynthetic pathway,providing a substrate for O-GIcNAcylation.Two enzymes participate in this reversible modification,O-GIcNAc transferase(OGT),which adds a single GIcNAc residue to the serine/threonine sites of proteins,and O-GIcNAcase(OGA),which removes the residue(Yang and Qian,2017).

关键词： UDP residue remove

FC/UDP数据链路的高性能硬件加速及双冗余技术研究

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FC/UDP数据链路的高性能硬件加速及双冗余技术研究

作者：常远浙江大学

学位级别：硕士

随着信息技术的不断发展和进步,对数据传输速度、处理速度和传输稳定性提出了更高的要求。软硬件协同的方式可以充分发挥软件处理灵活和硬件高速传输的优势,进一步提高数据传输和处理的速度。常用的网络数据传输协议有FC（Fibre Channel... 详细信息

随着信息技术的不断发展和进步,对数据传输速度、处理速度和传输稳定性提出了更高的要求。软硬件协同的方式可以充分发挥软件处理灵活和硬件高速传输的优势,进一步提高数据传输和处理的速度。常用的网络数据传输协议有FC（Fibre Channel,光纤通道）协议和UDP（User Datagram Protocol,用户数据报协议）等,实现FC协议与UDP协议互相转换,提高数据传输可靠性与通用性。由于FC协议和UDP协议在传输过程中会出现丢包、超时和错包等不稳定现象,本文提出双冗余传输构架,以提高数据传输的稳定性。本文从软硬件协同角度提出了一种基于FC/UDP数据链路的高性能硬件加速方案,移植性高且可在多个平台应用。配合双冗余传输构架可以提高系统传输的稳定性,在高性能数据传输系统中有着很好的应用价值。本文针对常用的数据传输协议FC协议和UDP协议,给出了一种FC/UDP数据收发加速方案,将处理器的部分数据处理工作卸载到硬件平台,实现FC/UDP数据链路高速数据传输。同时采用双冗余传输架构以减少数据传输时出现的丢包、超时和错包等现象,提高了FC/UDP数据链路的可靠性。本文完成了FC/UDP数据收发硬件加速和双冗余传输架构设计方案的硬件代码编写。验证和测试结果表明本系统能够实现FC/UDP数据链路的高性能硬件加速,在没有硬件加速的情况下单向传输速率最高为373.24MB/s,双向传输速率最高为106.56MB/s。在有硬件加速时,单向传输速率最高为774.60MB/s,双向传输速率最高为701.97MB/s。同时验证了FC/UDP数据传输双冗余的功能,实现了对于数据超时、错包和丢包的容错处理,提高了数据传输的容错能力。

关键词：光纤通道 UDP 硬件加速双冗余

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管壁扫查圆心定位系统的研究与FPGA实现

管壁扫查圆心定位系统的研究与FPGA实现

作者：叶建生合肥工业大学

学位级别：硕士

随着人工智能、机器学习和识别技术的快速发展,国内外对机器视觉定位技术的研究不断深入。类圆形物体图像作为一种典型的图像,引起了广大学者对其圆心定位的研究。本文结合项目经历,查阅了大量物体识别和视频传输的技术文献,深入调查了... 详细信息

随着人工智能、机器学习和识别技术的快速发展,国内外对机器视觉定位技术的研究不断深入。类圆形物体图像作为一种典型的图像,引起了广大学者对其圆心定位的研究。本文结合项目经历,查阅了大量物体识别和视频传输的技术文献,深入调查了当前国内外图像识别技术的研究现状,研发了一套基于FPGA的管壁扫查圆心定位系统。首先,围绕图像采集、图像显示、图像存储、图像以太网实时传输、数据通信、定位算法和FPGA(Field-Programmable Gate Array)芯片的选型几个方面设计了系统的硬件和软件架构。其次,针对圆环柱体零件圆心点的坐标如何定位和定位数据的异常波动问题,提出了四分位数展布法处理边缘点数据异常值,同时结合缺失型数据集众数替代法和基于最小二乘法拟合圆曲线相结合的方法,得出零件圆心精确坐标值。再次,从系统的电源电路、核心系统电路、存储模块电路、外设驱动电路和通信模块驱动电路几个方面对系统做了硬件设计。从次,编写了图像处理Gauss算法、Sobel算法、形态学滤波算法、帧差法、改进Hough算法,UDP以太网通信驱动器和外设驱动器的Verilog HDL代码;并且对电路做了静态时序分析(STA,Static Timing Analysis)。最后,在搭建的管壁扫查圆心定位系统的硬件平台上,进行基于Modelsim软件的功能仿真和FPGA板级验证,并对系统进行了整机测试,满足了预期要求。文中通过UDP以太网协议进行图像数据传输的方法,对于图像远距离实时传输有一定的使用意义。采用四分位数展布法进行异常数据筛除和众数替代法,以及采用改进Hough算法进行圆心定位,对类圆形零件圆心定位有一定的参考意义。采用流水线操作进行硬件加速算法,对算法加速有一定参考意义。从图像采集到传输再到显示的过程中的硬件电路,对现场图像数据采集工业电路设计有一定的参考意义。

关键词： FPGA 四分位数展布法 UDP 改进Hough算法流水线操作

嵌入式红外与可见光图像融合系统的关键技术研究

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嵌入式红外与可见光图像融合系统的关键技术研究

作者：刘帅沈阳理工大学

学位级别：硕士

面对复杂战场环境下的战略侦察与目标识别等行动,红外与可见光图像融合技术在探测技术领域有着重要的研究与应用价值。由于红外与可见光图像之间的特征相关性较少,融合算法结构较为复杂,所以难以在嵌入式系统中实现部署。本文针对红外... 详细信息

面对复杂战场环境下的战略侦察与目标识别等行动,红外与可见光图像融合技术在探测技术领域有着重要的研究与应用价值。由于红外与可见光图像之间的特征相关性较少,融合算法结构较为复杂,所以难以在嵌入式系统中实现部署。本文针对红外与可见光异源图像融合的关键问题,提出了基于多尺度变换的改进图像融合算法,并与多种融合算法对比进行融合效果验证实验。选择Xilinx Zynq-7020开发平台,对图像融合算法进行移植与优化,搭建图像融合系统和ZYNQ-PC之间实时图像传输系统,实现异源图像融合与以太网传输功能。根据红外与可见光传感器的成像特点,开展了图像预处理方法研究。对红外与可见光图像进行了相应的灰度变换、滤波降噪以及图像增强处理,通过边缘检测对比实验,验证了预处理方法在突出图像边缘轮廓特征上的有效性。为了解决复杂背景下典型坦克目标的配准问题,分析了红外与可见光图像的特征提取与匹配的理论原理。利用CSS角点检测算法进行特征点检测,采用在轮廓角主方向上提取SIFT特征描述子的方法进行特征点匹配,通过线性一致、RANSAC算法和全局迭代优化完成精确配准。针对传统图像融合方法引起的清晰度低、轮廓模糊等问题,开展了红外与可见光异源图像的融合基于多尺度分析的图像融合方法研究,重点研究了非下采样轮廓波变换（NSCT）与耦合脉冲神经网络（PCNN）在图像融合领域的优势,提出了基于NSCT与改进PCNN的红外与可见光图像融合算法,利用改进的加权锐化滤波器和加权均值滤波器实现对高频信息的进一步梯度分离提取。搭建了ZYNQ与PC机间的嵌入式UDP千兆以太网实时图像传输系统、ARM+FPGA式嵌入式红外与可见光图像融合系统。通过PC端的定制软件,实现了基于UDP协议的下位机与上位机的实时通讯,完成ZYNQ端输出融合图像上传到PC端,并与PC端融合图像进行质量评价对比。在PL端,利用Vivado HLS工具将优化图像融合算法封装为IP核,进行硬件工程Block设计。在PS端,利用Peta Linux工具移植Linux系统、通过交叉编译实现OpenCV、Qt库函数的移植。

关键词：嵌入式系统图像融合 NSCT PCNN UDP