基于ARM的电阻炉炉温控制系统设计

在科学技术突飞猛进发展的背景下,现代工业生产中的电压、电流、开关量等都是重要的被控参数,在冶金制造业中,温度是器件生产过程中非常重要的物理参数,需要对各种加热炉的温度进行严格控制,对其温度变化进行实时监测,确保炉内温度满足制造器件的需求。电阻炉在金属热处理中具有较为广泛的应用,是进行金属锻压加热、烧结的重要工业设备。电阻炉温度控制多采用自动化控制系统,实现智能化管理,保证炉温的均匀度以及零件温度的均匀性,提高生产的可靠性和稳定性。从电阻炉温度控制的难点入手分析,结合电阻炉温度控制系统的设计原则,提出一种基于ARM处理器的电阻炉炉温控制系统设计方案,能够提高电阻炉温度控制的精度,保证工业生产的稳定性。

马铃薯ARM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

ARM蛋白重复序列(Armadillo repeats)广泛存在于高等植物中,它们参与多种细胞过程,如信号转导、核转运以及对多种生物/非生物胁迫的响应。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平下鉴定出了54个马铃薯ARM基因家族成员(StARMs),它们不均匀的分布在12条染色体上。根据其蛋白结构和系统发育特征,将54个StARMs分为3个亚家族。片段重复事件在马铃薯ARM基因家族的扩展中起主要作用。共线性分析发现,StARMs与番茄(Solanum lycopersicum)、拟南芥(Arabidopsis)、甘蓝(Brassica oleracea)、水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)分别有51对、17对、25对、6对和10对直系同源基因,这些基因均在纯化选择下进化。RNA-seq数据分析发现,4个StARM基因在匍匐茎中特异表达,2个StARM基因在根和心皮中特异表达,1个StARM基因在块茎中特异表,还有一些StARM基因参与了马铃薯对生物/非生物胁迫的响应。此外,本研究对3个不同颜色马铃薯块茎组织(薯皮和薯肉)进行了RNA-seq测序,分析了54个StARMs在不同颜色马铃薯块茎组织中的表达模式,并利用qPCR分析了StARMs在3个不同颜色块茎杂交子代薯肉中的相对表达量,筛选出了4个可能参与马铃薯块茎花色素苷生物合成的候选基因。本研究为进一步了解StARM基因家族的特征,深入分析StARM基因在马铃薯抵御生物/非生物胁迫和调控块茎花色素苷生物合成中的功能提供了理论依据。

基于双向目标偏置APF-informed-RRT^(*)算法的机械臂路径规划

针对当前机械臂路径规划算法存在搜索随机性大、目标偏置性差和路径曲折等问题,提出了一种基于双向目标偏置的APF-informed-RRT^(∗)算法。首先在双向informed-RRT^(∗)基础上引入概率自适应的目标偏置策略,降低搜索的随机性,提高采样效率;其次针对路径扩展在双向搜索树中融入人工势场法,减少算法的迭代次数;同时在路径生长阶段,采用动态步长生长策略,即根据搜索树的扩展趋势动态调整步长,避免出现局部最优,并且加快路径搜索时间;最后针对冗余节点采用三角不等式原理进行去除,进而通过B样条曲线对路径进行平滑处理,得到最优规划路径。通过与双向RRT^(∗)、双向informed-RRT^(∗)和双向P-RRT^(∗)等算法在三维环境下进行了仿真对比实验验证,相较于双向RRT^(∗)在时间上节约了41%,在采样点数量上减少了63%;相较于双向informed-RRT∗在时间上节约了58%,在采样数量上减少了68%;相较于双向P-RRT^(∗)在时间上节约了30%,在采样数量上减少了60%。

基于ARM架构的边缘计算服务器关键平台研究

针对现有边缘计算基础网关服务器既不具备安全、稳定、可靠与通用性强等特点,又无法支持边缘计算场景的计算任务等问题,文中首次在基于ARM架构的鲲鹏920芯片的长虹天宫边缘计算服务器TG225B1上,设计并实现了适用于边缘计算场景的iBMC软硬件架构。该架构采用ARM国产化硬件底座,支持边缘网关硬件管理,实现工控多协议的自适应交互框架。对符合性、功能、性能、易用性、维护性、可靠性、兼容性等指标进行测试,表明iBMC架构能较好满足边缘计算服务器的需求。

基于ARM架构柔性直流控制保护系统的低链路延时优化设计

基于进阶精简指令集机器(ARM)架构多核处理器芯片设计了柔性直流控制保护系统新一代平台,提出适用于柔性直流输电的4层控制系统通用架构,给出新平台控制保护主机配置方案及功能配置原则。建立换流器高频阻抗简化模型,推导得到负阻尼频率与控制链路延时的数学关系。分析柔性直流控制系统的链路延时构成,提出一种链路复用的在线延时测试方法;基于多核架构与高速接口,研究控制系统的低延时优化方案。最后,在基于实际工程参数的实时仿真系统中,对ARM架构新平台开展了功能和性能测试,并验证了低延时优化方案的有效性。

基于ARM处理器的温室大棚智能监控系统设计

为了实现温室大棚的智能监测与控制,设计基于ARM处理器的温室大棚智能监控系统。系统分为三个部分:数据采集及设备控制终端、智能网关终端、Android手机客户端,数据采集及设备控制终端以ARM微处理为核心,通过传感器、算法、Wi-Fi等技术,实现温室大棚数据采集、数据处理、数据传输及执行设备的智能控制,智能网关终端实现多个温室大棚数据从内网发送至公网,Android手机客户端实现数据的接收与发送。经测试验证,系统能够实现温室大棚的智能监控。

改进RRT^(*)-APF-DP融合算法的机械臂路径规划

针对基本的快速拓展随机树算法(rapidly-exploring random tree,RRT^(*))存在搜索随机性大、效率低、路径非最优的缺点,提出一种引入人工势场法算法(artificial potential field method,APF)和Douglas-Peucker算法的改进RRT^(*)-APF-DP路径规划算法.在RRT*算法的采样点生成阶段引入变采样范围偏置搜索与步长自适应调整策略,融合重新设计的APF算法的引力与斥力函数,增强路径扩展导向性与绕过障碍物能力.采用重采样策略改进DP算法,优化避障代价与控制点数量.实验结果表明,本算法规划的避障路径满足机械臂的运动要求,且算法规划的避障路径代价、规划时间和路径控制节点数均得到有效改善.

高原地区四点源诱偏系统抗ARM防护性能仿真分析

针对传统反辐射导弹(ARM)攻击仿真模型难以评价高原复杂地形下雷达诱饵的防护效能问题,对传统雷达诱饵诱偏模型进行了改进.首先建立了ARM攻击有源诱偏系统的运动模型,分析了有源诱偏系统对ARM的影响;然后在此基础上,模拟仿真了高原条件下最佳四点源诱偏系统分布模型的抗毁效能.仿真结果表明,通过增大各辐射源高度差可以有效弥补因间距缩短导致的防护概率下降的问题;利用前三角形布站形式,当各辐射源部署间距为100m和高度差为60m时,雷达的防护概率可以达到99.1%,基本满足雷达有源诱偏系统对雷达的防护要求.

融合A^(*)的改进RRT机械臂路径规划

针对RRT(rapidly-exploring random tree)路径规划算法在高维空间的机械臂避障路径规划时随机产生巨量节点,导致算法运行负担大、避障性能差、容易陷入局部极值的问题,提出一种结合A^(*)判断函数的改进RRT算法。对RRT的采样方式进行更改,每次生成一个包含多个随机采样点的序列,并利用改进的A^(*)判断函数进行排序;对每次生成节点进行距离判断,防止陷入局部搜索;利用重复贪心策略删除冗余节点,利用三次B样条平滑路径。在二维、三维地图及机械臂仿真与样机实验中进行算法性能分析,改进RRT算法能够大量减少到达目标位姿时产生的节点,缓解了局部极值,快速稳定地避开障碍物并到达目标位姿,证明了改进RRT算法的有效性和优越性。

基于国产ARM架构CPU的导航卫星精密定轨解算效率优化方法

以国产飞腾CPU为例,讨论在国产ARM架构CPU基础上的导航卫星精密定轨解算效率优化方法。基于导航卫星精密定轨解算流程中钟差约化和法方程求逆耗时较多,分别利用多线程和OpenBlas对上述2个过程进行优化。结果表明,优化后解算效率大幅提升。钟差约化方面,采用100个测站32颗导航卫星进行解算时,原始单历元平均耗时1.105 s,优化后为0.188 s;法方程求逆方面,原始求逆平均耗时2 264 s,优化后仅需78 s。

映射字典导向的64位ARM到RISC-V汇编翻译

RISC-V是一个新兴开放的精简指令集架构,采用模块化设计,具有精简、可靠且支持多平台的优点.RISC-V指令集架构的推广需要其软件生态的支撑,但目前RISC-V的软件生态还不够丰富,亟需建设,软件生态建设过程中需要将其他架构的软件向RISC-V架构迁移适配,现有的ARM到RISC-V汇编迁移辅助工具还不够成熟,存在寄存器使用错误、程序分支控制错误等诸多问题.因此,本文设计和实现了一个64位ARM到RISC-V的汇编翻译工具,通过设计指令映射字典将指令映射关系与工具的其他模块松耦合,实现了工具的高拓展性;根据两种架构的应用二进制接口差异设计了寄存器映射字典,充分利用了RISC-V的寄存器与内存资源.与现有工具相比,本工具更易拓展,并且支持更多指令类型.

基于FPGA+ARM的异构列车数据交互系统

本文设计并实现了基于FPGA的主机与ARM端的数据通信接口。其中,FPGA实现了与主机交互的PCIe接口功能以及与ARM交互的FMC接口功能。本文完成了PCIe接口和FMC接口传输性能测试,同时也进行了主机与ARM的数据回环测试。测试结果表明,本文设计满足了整体的系统设计指标要求,其中PCIe1.0接口速率可达820 MB/s。

基于贪心策略改进RRT^(*)算法机械臂路径规划

RRT^(*)(rapidly-exploring random tree star)算法是机械臂路径规划中的一个重要工具,但在高维空间内的应用表现存在搜索效率低下、对维数的敏感度高、难以快速收敛至优化路径等问题。此外机械臂避障的规划需要考虑到路径的平滑性,但是算法生成的路径往往缺乏所需的平滑性,难以直接应用于实际的机械臂操作。针对这些问题,研究提出了一个基于贪心策略的RRT^(*)算法改进版本。新算法改进了代价函数和重连策略,并在高维搜索环境中,通过贪心算法进行偏执采样,自适应地选取预设路径节点,从而提高搜索效率,增强轨迹的平滑性并进行直接应用。通过Matlab、ROS仿真和机械臂实际应用避障实验,验证了改进的RRT^(*)算法在三维空间中的高效性和优越性,尤其是在搜索效率与路径平滑性等方面。

基于ARM+FPGA的图像采集与存储系统设计

针对传统图像在采集传输速度慢,图像处理功耗高的问题,文中提出一种基于ARM+FPGA的图像采集与存储系统,将采集的图像数据输入到FPGA中,利用FPGA并行数据处理方式,提高其传输速度,再利用AXI总线与ARM进行数据间的高速交互,ARM对数据进行处理,FPGA进行加速。对数据的采集与处理分布进行,有效提升转换速率,降低系统功耗,最后将图像存储到SD卡中,验证了ARM+FPGA平台在图像采集、处理与存储的有效性和准确性。

基于嵌入式ARM的微流控PCR检测系统设计

为了实现微流控设备功能的集成化、提高交互系统的可操作性,提出一种基于嵌入式ARM的微流控聚合酶链式反应(PCR)控制系统及上位机软件的设计方案。系统硬件采用多个嵌入式ARM控制器与功能模块相互协调,制定可扩展的通信机制和协议,实现微流控PCR检测过程中的流路运动、温度控制、荧光信号采集等功能的集成控制。采用Qt结合SQLite数据库设计了上位机软件,利用多线程和节点映射,实现对硬件模块的协调控制以及检测信息存储。实验表明:该系统运行稳定,人机交互效果好,可操作性高,满足微流控PCR的集成功能需求。

基于ARMS-PCR技术检测SLC39A13基因核苷酸多态性方法的建立

为了实现核苷酸多态性(SNP)的精准分型,针对SLC39A13基因rs755555位点,建立基于荧光定量PCR的分子诊断技术。首先,分别设计rs755555位点及内参基因peptidylprolyl isomerase A(PPIA)的Taqman荧光ARMS-PCR检测引物和探针;其次,构建阳性对照质粒;最后,以基因分型精确度为指标,优化引物探针组合,以及检测试剂的PCR反应体系和反应条件。结果表明:野生型最优引物探针组合为WF1、R1、FP1、PIRF5、PIRR5、PIRP5,突变型最优引物探针组合为FMF3、R1、FP1、PIRF5、PIRR5、PIRP5;每个检测样品的最优反应体系为SLC39A13基因上下游引物探针各0.1μL,内标上下游引物探针各0.1μL,10μL PerfectStart^(■)ⅡProbe qPCR SuperMix UDG,5.4μL纯水,4μL样品基因组。重复性实验和70个样品的检测验证,确认了检测体系的可行性,为研发SLC39A13基因rs755555位点多态性检测试剂盒提供了技术基础。

基于DBS-RRT^(*)算法的机械臂复杂狭窄场景路径规划

针对目前RRT^(*)算法在机械臂复杂狭窄场景路径规划中,存在着规划时间长、路径冗长、狭窄环境规划成功率低的问题,提出一种动态偏置采样DBS-RRT^(*)(dynamic biased sampling RRT^(*))算法。首先,DBS-RRT^(*)算法采用动态偏置率,设计智能椭球子集采样作为偏向采样方法,利用自适应生长策略调整新节点的生长方向与步长,实现动态选择采样方法,提高采样效率,减少无效空间探索,改善搜索导向性的效果;然后,通过设计二维实验验证算法的有效性,实验证明DBS-RRT^(*)算法与RRT^(*)算法相比,规划效率更高,规划路径更短;最后,将DBS-RRT^(*)算法应用于复杂狭窄场景中的机械臂仿真实验。实验数据表明,DBS-RRT^(*)算法与RRT^(*)算法相比,规划路径长度减少了26%,规划时间减少了22.6%,成功率提高了32%。DBS-RRT^(*)算法在复杂狭窄场景中,相比RRT^(*)算法,能够更加有效地实现机械臂避障路径规划。

LHAASO模拟作业从X86到ARM计算集群的移植

【目的】随着高能物理实验的推进与先进探测器的研发,产生的科学大数据显著增加,通过对这些数据的分析和模拟,可以发现宇宙运行规律并进一步探索宇宙的起源。【应用背景】科学数据的爆炸式增长对计算资源的规模和性能提出了更多的需求。例如,高海拔宇宙线观测站(LHAASO)自2020年实验开始运行以来,其宇宙线事例模拟作业一直在Intel X86集群上运行,但由于CPU资源有限,仅生产了第一阶段计划数据的一部分。【方法】基于对计算资源的需求和国际局势的变化,利用中国广东省东莞市的ARM架构计算集群,探索了异构计算服务设备在高能物理领域的应用。【结果】本文构建了一个完整的支持高能物理离线数据处理的应用程序生态环境。将基于平方公里阵列(KM2A)、水切伦科夫探测器阵列(WCDA)和广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)实验的离线软件移植到ARM机器上运行,制定跨异地站点和异构计算集群的数据传输和作业调度策略,并评估了模拟作业在Intel X86和ARM集群中的性能和功耗差异。【结论】该环境中,移植的LHAASO模拟作业在ARM计算集群可以正确运行;虽然基于Intel X86架构的CPU单核性能优于ARM CPU,但是对于多核架构的整个服务器来说,ARM服务器性能更好。

核电厂ARMS系统调试及优化研究

随着核能行业的快速发展,核电厂的安全运行日益受到重视。自动辐射监测系统(ARMS)作为核电厂安全监控的重要组成部分,其准确性、稳定性和高效性对于保障核电厂及周边环境的安全至关重要。围绕核电厂ARMS系统的调试及优化,通过系统的分析和实践,探讨了硬件升级、操作系统优化、软件功能增强等方面的策略,并通过严格的系统测试验证了优化措施的有效性。

基于ARM的X射线管用130 kV高压直流电源设计

介绍了基于ARM架构的单片机控制的X射线管用高压直流电源的设计。该电源采用24 V直流输入,输出电压130 kV,最大设计升压增益为5417倍。电源使用多拓扑混合的三级升压电路,通过反激电路、LLC谐振和倍压整流电路等级联组合实现高电压增益,并实现电源的高频率高效率优化。系统使用STM32F407系列处理器作为主控芯片,通过增量式PID算法实现电源输出的稳定调节。该电源具有体积小、效率高等优点,可广泛应用于医疗诊断、工业无损检测和材料分析等X射线成像领域。