Lw-PTP:面向MCU的轻量级精确时钟同步协议实现技术

在嵌入式网络系统中,实现精确的时钟同步对于事件排序、实时通信、同步采样和驱动等应用至关重要.PTP作为IEEE1588标准定义的精确时钟同步协议,因同步精度高、稳定性好等特点逐渐成为嵌入式网络系统的主流支持协议.然而,嵌入式网络系统因成本、体积和功耗等方面的约束,其核心部件—微控制器(MCU)的计算和存储资源有限.现有PTP协议并未专门针对嵌入式网络系统进行定制优化,在部署时可能会超出部分MCU的计算和存储资源上限.针对上述挑战,本文提出了一种面向MCU的轻量级精确时钟同步协议实现技术—Lw-PTP,采用共享存储机制减少数据处理过程中的拷贝,并使用移位操作实现的近似计算处理替换部分精确计算处理,从而减少对计算和存储资源的占用.实验结果表明,在相同条件下,Lw-PTP相比于与传统PTP实现,能够降低至少20%的存储资源开销和至少60%的计算资源开销,同时仍然能够实现数十纳秒级高精度时钟同步.

eSeis节点单元MCU及关联硬件故障分析与维修

MCU是eSeis节点单元中最核心的器件,它控制着整个节点的工作。节点几乎所有的活动(包括数据采集、数据存储、数据下载、通讯、产生工作电压等)都受MCU的控制。因此,当MCU出现软件或硬件故障时,总会导致它所控制的部分电路功能异常。本文详细叙述了MCU的核心功能原理、可导致的节点故障类型,以及不同故障类型中是否由MCU引起的判断方法,同时,也简单叙述了一部分典型故障的维修方法。

资源受限MCU的轻量化部署策略和实现

为实现低资源嵌入式设备的图像分类识别,针对能实现简单图像识别任务、对图像识别准确率要求不高,且要求低成本的场景,将卷积神经网络(CNN:Convolutional NeuralNetwork)部署到资源受限的微控制器单元(MCU:Microcontroller Units)上。首先提出一种在资源受限MCU上的轻量化部署策略:为降低模型的参数量,提出一种轻量化的神经网络算法;为保证模型大小能适应有限的随机存取存储器(RAM:Random Access Memory),提出了一种基于闪存(FLASH:Flash Memory)扇区的替存储算法。其次,在资源受限的嵌入式设备上部署该策略。针对采集图像的质量和采集速度不匹配问题,设计了摄像头外围电路;对采集图像进行基于高斯分布的自适应阈值二值化处理并对图像样本完整性进行校验。实验结果表明,该系统取得大约80%~89%的识别准确率。虽然该准确率低于训练精度10%左右,但在上述对精度要求不高的实际场景中可以较好地应用。

一种基于MCU主控可移动式施工环境监测设备的设计

通过对现有的施工环境监测装置进行分析和研究,了解到市场现有的环境监测装置只能在固定范围内进行环境参数的测量,需要较为复杂的安装且安装后不可移动,大大增加了环境监测数据的不准确度和环境监测过程的能源消耗。本文通过理论计算和数值建模的方法,对可移动式施工环境监测设备的节能性进行校验,运用合理的技术,选取合适的材料,进而设计出可移动式施工环境监测设备。

基于双MCU与双端口SRAM的高速传感系统设计

随着半导体设备的广泛使用,对传感器测量系统的需求也大大增加,传统的传感器测量系统将MCU(微控制单元)与传感器组合使用,用于实时采集、处理和分析数据,但是受限于存储容量、处理速度、测量精度等无法满足高速实时处理数据的需求。基于此,设计了一种基于双端口SRAM的高速传感系统,使用双MCU结合双端口SRAM结构实现更高的数据吞吐量和更快的处理速度。测试表明,在相同主频和相似程序工作流程下,双MCU传感系统比单MCU传感器测量系统的工作时间更快,且双MCU系统完成相同工作所需的时间随着芯片的主频的降低,差距成倍增加。研究结果为采用低主频芯片实现高实时性响应系统提供了思路。

基于毫米波雷达的生命体征信号检测实验教学设计

为了提高学生嵌入式系统的软硬件设计能力,设计基于毫米波雷达的非接触式生命体征信号测量实验。一方面,基于调频连续波(FMCW)雷达机制,采用MATLAB进行生命体征信号建模及呼吸率与心率时频信号提取的仿真实验;另一方面,采用60 GHz毫米波雷达模块,基于STM32单片机进行系统电路设计、PCB设计与实物制作,完成参试者呼吸率及心率的数据采集与OLED显示。上位机采用Qt Creator进行软件界面与功能设计,通过蓝牙模块与单片机进行无线数据通信,以30 s为周期执行呼吸率和心率数据的读取与显示。最后,搭建测试环境,对系统功能进行验证及其设计指标的测试与评估。该实验项目与生活实际紧密相关,注重理论与实践相结合,在系统整体设计与跨平台设计中培养学生的综合实践能力与协作能力。

基于单片机的超声波测距系统设计

基于超声波测距的渡越时间检测原理,实现对近距离障碍物无接触的实时测量,本文提出一种基于STC89C52RC单片机实现温度补偿的超声波测距的设计方法。该超声波测距系统工作稳定,同时具有低成本、高精度、微型化等优点,可应用在道路限高、液位测量、倒车雷达预警、机器人自动避障、工业场地等应用场合,具有一定实际应用价值。

M68HC08 MCU通用编程器的设计与实现

在灵活应用基板-适配器方案的基础上,提出了一种新的针对M68HC08系列MCU的通用编程器的软硬件实现方法。该编程器采用新型可编程振荡器芯片LTC6903程控输出可变的高精度频率,设计新颖。

IP网络视频会议系统中MCU的设计与实现

多点控制单元(MCU)是基于IP网络的视频会议系统的重要组成部件,它提供多点会议的管理功能。文章主要介绍用软件方法设计并实现集中型多点会议形式下的MCU,并给出相应的软件测试结果。

编译型嵌入式Python的设计与实现

针对面向微控制器的解释型MicroPython具有实时性弱、占用存储空间大和可移植性较差等问题,提出一种将Python语言转化为C++语言并将构件层与应用层分离的编译型嵌入式Python方案,设计基于抽象语法树及类型注释的源码映射机制。在此基础上,设计嵌入式Python编译器,实现集成开发环境AHL-GEC-IDE(for Python版),完成Python源文件的编辑、编译、链接和下载。实践结果表明,该编译型Python方案可行,为嵌入式人工智能领域提供了一种实时性较高、编辑编译方便、可移植性较强的编译型Python集成开发环境。

MCU控制的光伏电池测试仪设计

为了检测太阳能组件或组件阵列的各项性能参数,提出一种利用数控电阻测试光伏电池输出特性的方法。测试仪采用数控电阻器、高精度ADC和微控制器结合的方案,与传统的电子负载相比,具有便携、精度高、智能化和测量时间短等特点。利用制作的样机,在自然光照条件下进行了光伏电池测试实验,并在Matlab环境中对光伏电池模型进行了仿真验证。通过样机试验结果和仿真结果比较,结果表明测试仪具有较高的精度。

新能源汽车驱动电机控制器深度解析

文章针对新能源汽车驱动电机控制器的结构原理进行深度解析,阐述电机控制器的基本结构、基本功能,深入分析逆变电路的逆变原理、能量回收整流原理、正弦交流电产生原理和变压与变频原理,介绍电机控制器驱动电路与控制电路的基本组成与结构特点,对职业院校新能源汽车技术专业教师和新能源汽车维修行业维修人员具有一定的参考和借鉴意义。

基于FPGA+MCU的全数字式滑移脉冲信号发生器的研制

介绍了一种基于现场可编程逻辑门阵列FPGA和微控制器MCU设计的高性能全数字式滑移脉冲信号发生器的系统结构,详细说明了仪器软、硬件各部分的设计思路和实现的技术。通过对标准核能谱仪多道脉冲幅度分析器的检测试验,该仪器达到了高精度、高稳定性的技术指标,满足了用户的生产需求。

一种面向微控制器上环境声音分类的DNN压缩方法

环境声音分类(Environmental Sound Classification,ESC)是非语音音频分类任务最重要的课题之一。近年来,深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)方法在ESC方面取得了许多进展。然而,DNN是计算和存储密集型的,无法直接部署到基于微控制器(Microcontroller Unit,MCU)的物联网设备上。针对这一问题,本文提出一种用于资源高度受限设备的DNN压缩方法。由于DNN模型参数规模较大无法直接部署,因此提出使用剪枝方法进行大幅压缩,并针对该操作带来的精度损失问题,设计一种基于模型中间层特征信息的知识蒸馏方法。基于STM32F746ZG设备在公开的数据集(UrbanSound8K、ESC-50)上进行测试,实验结果表明,本文方法能够获得高达97%的压缩率,同时保持良好的推理精度和速度。

基于MCU和CPLD的智能移动机器人控制系统

针对移动机器人控制系统设计和开发要求的复杂性,从成本低、易开发、易调试和高集成性的角度出发,提出了一种基于微处理机控制单元(MCU)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)的智能移动机器人控制系统设计。给出了自动避障、电机驱动控制、红外遥控等关键功能的设计实现方法,着重对基于CPLD的超声波检测模块、红外编码模块、壁障模糊控制器的设计等进行了详细的论述。同时,还给出了系统主程序和超声测距子程序软件设计流程。实践结果表明,该移动机器人控制系统可使硬件结构大大简化,并具有功能丰富、集成度高、性价比高等特点。

基于Agent的MCU负载均衡方法

针对视频会议系统中多点控制单元(MCU)负载均衡问题,提出一种基于Agent的MCU负载均衡方法和一种具有较低MCU级联的组优先负载分配算法。该方法通过负载Agent和负载均衡Agent收集区域内MCU的动态负载信息并执行负载均衡操作,使MCU的负载得到平衡。实验结果证明该方法与FRFA算法相比,传输时延约减少8%。

基于MCU和DSP的无人机控制系统设计

为了实现无人机飞行控制系统导航控制能力强,实时性好,小型化,低成本,小体积的目标,设计了一种基于TI公司的DSP(导航计算机)和MCU(控制计算机)组合的飞控系统方案.导航计算机采集姿态传感器信号、GPS定位信号及目标信息并处理得到控制指令,控制计算机实现基于PID算法进行舵机指令分配.通过了大量地面实验和动态试验,试验结果表明该系统性能良好,满足设计要求.

基于MCU的风光互补独立电源系统

结合实践论述了风光互补能源的合理性,给出了基于MCU的风光互补独立电源的硬件构成以及软件流程。并对其中的关键技术:如双标三阶段充电的流程、逆变模块的MCU实现硬件构成等详加阐述。同时也结合实例,介绍了风光互补独立电源系统的实际应用。

Kinetis系列MCU时钟系统结构与配置研究

内嵌ARMCortex TM-M核的Kinetis系列微控制器具有复杂的时钟系统,时钟系统中多功能时钟发生器、锁相环、锁频环、晶振系统等功能模块协调工作时能为应用系统提供稳定的时钟源。通过对K60时钟系统的结构和配置方法的剖析,以及对多功能时钟发生器运行机制的梳理,提出了时钟源性能的测试方法以及芯片系统各功能模块时钟源的选择方法,为Kinetis相关芯片应用设计过程中的时钟系统配置以及时钟源选择提供了借鉴与参考。

基于多MCU通信的实时数据采集处理系统的设计

提出了一种基于多个MCU通信的实时数据采集处理系统方案,该系统由数据处理单元与多个现场采集器组成,且以点对点的方式串行通信,在数据处理单元内部,各个通道的数据以双CPU并行通信方式进行处理,处理结果以串行方式送入监控主机。实际运行证明,该方案具有良好的实时性。