基于神经网络-PID控制的水面无人艇控制系统设计

为了提高在存在外界干扰和障碍物的环境下水面无人艇(unmannedsurfacevehicle,USV)控制系统的准确性和鲁棒性,提出了神经网络-PID控制算法。首先,使用人工势场法规划路径,得到一条从起点到终点的可行路径;然后,利用神经网络的自学习能力修正控制参数,实现控制参数的实时在线调节,精确调控USV沿着规划好的路径行进。在不同环境下进行仿真测试,仿真结果表明,与常规PID控制算法和模糊PID控制算法相比,所提算法降低了超调量和稳态误差,提高了控制系统的实时响应速度与USV的定位和航行精度。所提算法的抗干扰能力和控制精度优于与常规PID控制算法和模糊PID控制算法。

基于夜间环境下的车道线检测

针对夜间道路光线不足、图像亮度较暗、不容易检测车道线的问题,提出一种在夜间环境下的车道线检测方法。第一部分进行夜间图像增强:首先对灰度化的图像进行双重滤波降噪处理,通过比较不同区域的图像灰度值,使用局部直方图均衡化算法增强部分区域对比度,再采用拉普拉斯算子对图像进行增强,图像的纹理和细节得到有效的提升,然后最后通过伽马变换矫正整体图像。第二部分进行车道线边缘检测:对处理后的图像进行Canny算子边缘检测,拟合车道直线部分采用概率霍夫变换。结果表明,该方法具有较强的夜间车道线检测能力,为智能驾驶提供了安全保障。

对光照变化鲁棒的一种运动目标检测方法

鉴于现有的运动目标检测方法对光照变化的敏感性,本文提出了一种在静态场景下对光照变化鲁棒的运动目标检测方法。该方法利用视频当前图像帧的边缘与背景图像的边缘做差分运算,得出运动目标的轮廓,进而对运动目标进行定位与检测。实验证明,本方法在一定程度上能够消除由于环境光照变化引起的"曝光"现象,实时准确地检测出运动目标及其位置,运算速度快,满足实时性的需求。

一种多点无线温度监测报警及调控系统设计

在现代农业养殖领域,温度是一个非常重要的影响因素。为了对所在区间的温度进行实时监测和适时调控,设计一种基于增强型51单片机、DS18B20数字温度传感器、NRF905无线通信芯片、串口通信、Visual Basic 2010的多点无线温度监测报警及调控系统。该监测装置通过无线模块将采集到的温度信息以及检测装置中电池的剩余电量发送给接收装置,接收装置通过串口通信再将温度和电量信息发送给上位机软件,上位机软件向用户显示各种信息,同时用户可以通过计算机软件控制每个监测装置所连接的温度调控设备。仿真结果表明,该系统能实现多点温度监测、温度报警、温度调控、无线传输等功能,尤其在现代养殖领域有广泛的应用前景。

探索高校传感器与检测技术教学改革

传感器就像人体的"电五官",不断地与外界进行信息的交换,同时也成为人们认识自然、改造自然的有力工具。传统的教学方式会让学生感觉内容很枯燥,知识点很乱,这种教学模式已经远远不能满足当前教育的发展以及社会的需求。为了提高教学水平,保证教学质量,对课程教学进行改革是有必要的。传感器的教学改革需要理论教学与实例相结合,教学内容模块化,教学方式微课程化。

改进轻量型网络USV避障系统设计

为了解决传统卷积神经网络(CNN)无法在计算能力有限的嵌入式终端运行以及网络对于小目标检测实时性较差的问题,设计改进轻量型MobileNet-SSD模型。首先,对模型进行学习训练,加载到嵌入式终端,用于检测水面无人艇(USV)行进过程中可能出现的目标障碍物,同时,使用单目摄像头对检测到的环境目标进行距离及方位的测量;其次,根据海洋海事公约设计动态避障策略,通过设置最小与会距离,实时计算USV与动静态目标的位置关系并执行相应的避障策略进行避障;最后,仿真及测试结果证明:本文算法的可行性,可设计一种响应速度较快的实时控制系统。

基于混沌理论和小波变换的微弱周期信号检测方法

根据小波变换具有多分辨率,混沌系统对噪声的强免疫力和对周期微弱信号的敏感性等特性,通过对小波阈值去噪方法和混沌Duffing振子方程的改进,提出小波阈值去噪和混沌系统相结合的微弱周期信号检测新方法。该方法利用小波变换的平滑作用对包含噪声的信号进行有限离散处理,并根据小波分解尺度确定阈值去噪深度,然后把重构的信号作为周期策动力的摄动并入混沌系统,采用混沌振子阵列实现在噪声背景下微弱信号的检测,并采用梅尔尼科夫方法作为混沌判据。该检测方法克服了以往小波分解对尺度确定的盲目性和阈值选择的不合理性以及对混沌临界状态与周期态区别的模糊性;同时能检测多种频率的信号。仿真测试表明:该方法直观、高效,检测精度高,检测的最低信噪比达到-100 dB,频率误差为0.04%左右,改善了湮没在强噪声下的微弱信号检测技术。

基于PWM的LED显示屏像素亮度控制方法

提出了通过综合控制发光二极管(LED)驱动芯片输出信号和全局使能信号的脉冲宽度调制(PWM)波形来控制显示屏像素亮度的方法。在基于二进制位权重PWM的基础上,分别研究了直接输出和全局使能控制LED屏像素亮度时,灰度级数与刷新频率和发光效率的关系。研究结果表明,随着灰度级数的增加,采用全局使能PWM方法控制的LED显示屏刷新频率要远远高于直接输出PWM,但全局使能PWM会带来发光效率降低的问题。采用直接输出和全局使能综合PWM的方法,并根据实际情况合理选择二者比例,可很好的兼顾显示屏刷新频率、灰度等级和发光效率,最大限度提高显示质量,增强显示效果。

基于路径弯曲度动态预瞄搜索算法的车辆路径跟踪控制软件系统设计

为实现农业机械田间作业时的路径跟踪控制,在无人驾驶高速插秧机硬件系统基础上,采用基于规划路径弯曲度的动态搜索预瞄算法设计了路径跟踪控制软件。该算法以作业机械横向偏差和航向偏差作为航向模糊控制器的输入变量,以前轮转角期望值为输出变量,设计航向模糊控制器,实现航向控制;同时结合转向模糊免疫PID控制器对步进电机的PWM频率进行控制,实现水田作业机械的方向改变,从而完成作业机械沿规划路径自动行驶跟踪,并用Matlab/Simulink仿真平台对所采用的路径跟踪控制原理和所设计的模糊控制器进行了有效性验证,结果表明所采用的控制方法是可行的。经试验,插秧机以1 m/s的速度进行直线跟踪时最大的跟踪偏差只有4 cm,且始终围绕零值附近上下波动,计算平均跟踪偏差为0.84 cm,能够满足水田作业机械路径跟踪控制的要求。

基于混沌和小波变换的信号检测方法

针对微弱周期信号提出小波阈值去噪和混沌系统相结合的微弱周期信号检测新方法,该方法利用小波变换的平滑作用对包含噪声的信号进行有限离散处理,并根据小波自适应分解尺度确定阈值去噪深度,然后根据混沌系统对噪声的免疫性和对周期信号的敏感性,把重构的信号作为周期策动力的摄动并入混沌系统,由混沌系统完成微弱信号检测;并改进了Duffing方程,可用于不同频率信号的检测,同时使混沌系统的相轨迹由临界状态变为大尺度周期运动更灵敏。测试结果表明,本方法克服了以往小波分解对尺度确定的盲目性和阈值选择的不合理性;同时通过调节混沌系统频率对周期信号的敏感性提高了信号的检测精确度,其检测的信噪比下限达到-64.7 dB;完全适用于毫伏级下信号的检测应用,证明了提出的方法是合理和有效的。

一种高速插秧机作业面积自动测量系统设计

为实现对插秧机作业区域和作业边界的自动识别以及作业面积的实时自动测量,根据GPS定位信息采集、作业区域及边界的自动识别算法以及作业面积自动求算算法展开研究,并通过VisualBasic.NET2010设计了一种基于STC单片机和GPS定位技术的高速插秧机作业面积测量系统;同时系统设计中对各个硬件模块结构进行了优化,并完成了在C语言环境中驱动程序的编写工作,该系统在机械作业时,通过对GPS定位轨迹信息的分析处理后,能够自动计算机械动态作业面积;试验结果表明:该系统能够完成对工作时间、工作地点和作业面积等相关信息的实时记录的要求,并能完成不规则图形面积测量工作,数据共享度大,价格低廉,且相对误差可达1.25%左右,能适合其它各种农业机械完成对作业面积的测量,一定程度上为精细农业的发展提供了依据。

插秧机作业面积测量远程监测系统软件设计——基于VisualBasic.NET 2010

为实现对插秧机作业区域自动识别和作业面积的自动测量,实时掌握跨区作业插秧机远程作业面积参量值,以VisualStudio平台上的VisualBasic.NET2010为开发环境,开发了一套高速插秧机跨区作业面积远程测量监测系统软件。该软件功能主要包括GPS定位轨迹及作业区域的识别、面积测量、数据通讯、数据显示和数据存贮。系统采用VisualBasic.NET2010语言进行开发,将远程跨区作业的插秧机面积测量监测数据经由GPRS网络进行无线传输到上位机,并采用SOCKET组件和ADO.NET技术实现系统数据通信,完成PC机与下位机之间数据的传输,对测量结果进行显示存储,同时通过系统误差分析完成系统的可行性判断。

白光LED可见光无线通信系统的研究

白光LED技术与可见光通信技术相结合,可以构建出LED可见光无线通信系统。通过对LED白光作为光源的室内可见光通信信道的分析,给出了能有效抵抗多径干扰的OFDM技术的优缺点,以及改进后的OFDM版本,即一种单载波频分复用(SC-OFDM)接入技术;模拟了互补累计分布函数的实验数据,给出了仿真后不同调制情况下的比较图。

基于CMOS图像传感器的AFTB_1大米筛查技术研究

被AFTB1污染的大米具有强烈的致癌作用,会损害人们的身体健康。快速有效地筛查出被AFTB1污染的大米是保证食品安全和身体健康的有效措施,可以促进贸易交流和社会经济的发展。为此,分析了AFTB1的荧光特性,以紫外光LED作为激发光源,采用CMOS图像传感器采集荧光,使用单片机进行数据处理和控制,设计出AFTB1筛查系统。试验结果表明:AFTB1筛查系统具有较高的灵敏度和精度,可以快速有效地筛查出被AFTB1污染的大米。

插秧机作业面积自动测量系统硬件电路设计

为实现对插秧机作业区域和作业边界的自动识别以及作业面积的实时自动测量和其他相关数据采集,对插秧机作业面积自动测量系统电路进行了设计。系统主要由中央处理模块、传感器检测模块、GPS定位模块、无线数传模块、U盘数据存储模块、电源模块以及上位机远程监控模块等7部分组成。中央处理模块的主控芯片采用STC12C5A60S2单片机,主要负责采集和处理GPS定位模块以及传感器检测模块对插秧机的定位轨迹信息、发动机其他工况参数信息,并通过对GPS定位信息的分析处理完成插秧机作业面积的自动计算;无线数传模块主要负责完成与上位机之间的通讯工作;上位机远程监控模块负责通过GPRS组网技术与PC机相连,并能实现对插秧机远程启停动作。结果表明,该系统能实现对插秧机作业面积的自动测量,并能实现对插秧机作业面积的远程监测和启停动作。

基于单片机的四旋翼飞行器控制系统设计

本文以无刷直流电机为核心驱动动力,通过R5F100LEA,陀螺仪,电磁铁,金属探测仪,红外传感器,以及超声波传感器组成核心控制系统。采用脉冲宽度调制信号控制四旋翼控制动力驱动模块,通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究,得到相应的控制算法,然后编程实现,使其能实现自动平稳飞行。

基于模糊逻辑的水面无人艇实时控制系统设计

水面无人艇(unmanned surface vehicle, USV)可以完成复杂水域的资源探测及内陆大型水库的水质资源监测等重要任务,本文使用激光雷达、IP摄像头、电子罗盘、GPS等传感器与外界环境进行实时信息交互,同时制作上位机控制界面,开发一套USV控制系统,可用于目标实时监控检测和跟踪等任务。系统设计主要分两方面:岸基系统和船舰控制系统,包括上位机GUI(graphical user interface)实时数据显示及控制界面,各种传感器的数据采集与传输控制。使用模糊逻辑控制算法对系统进行远程实时控制。测试结果表明该系统能准确地对无人艇进行实时操纵及控制,并具有一定的稳定性,同时能及时反馈无人艇的运行情况,具有一定的应用价值。

一种高效的交错并联Boost PFC研究

升压电感作为交错并联Boost PFC系统的关键元件,其寄生电容的损耗会对系统的效率产生影响。作者针对传统升压电感存在寄生电容大、损耗高的问题,提出了一种具有寄生电容小、损耗低等优点的改进设计方法,设计了一个685W的带交错并联Boost PFC的样机系统。测试结果表明:较之传统方法,作者所提改进方法搭建的系统具有更高的效率,更能适应交错并联Boost PFC的高效发展。

无线传感器网络分簇优化算法

无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)是众多具有通信能力,计算能力和感知能力的传感器,在很多方面都有着广泛的应用。文章通过对目前WSN中层簇式分簇协议的研究,结合经典的LEACH协议,通过分析其优点和不足,在此基础上提出了一种基于C-均值聚类算法(C-MCA)的WSN节点传感器数据的分组策略,并采用基于冗余度的方法来实现多跳路由,优化了传输路径,并节省了传输能耗。最后通过实验仿真验证了其优越性。

改进蚁群算法水面无人艇平滑路径规划

针对水面无人艇的路径规划,首先用仿生学算法对环境障碍物做开运算,提出改进的蚁群算法搜索可行路径得到航路点序列,优化合并没有障碍物的相邻航路点并顺序连接,得到可行且无碰撞风险的全局路径;其次,使用Dubins曲线算法对连接点进行平滑处理,分析其几何特性并找出其不足之处;最后,引入贝塞尔三阶曲线理论对于已经优化过的折线段进行平滑处理,使其在满足最小旋转半径的同时,也满足USV动力学特性,最终得到一条优化可行的路径.仿真结果证明本算法设计的光滑路径在计算复杂度、路径优化等方面都有了较大的提高.