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。

基于微型数据采集器的一体化天平研制及应用

针对传统应变天平模拟信号传输方式存在抗干扰能力弱、传输距离短、线缆复杂等问题,开展了基于微型高精度数据采集器的一体化数字天平研制及应用。通过将微型高精度数据采集器嵌入测力天平,并且在微型高精度数据采集器中集成具有浮点运算能力的微控制单元,结合天平静态校准公式实现了天平实际力/力矩的实时解算和输出,并且实现了天平测量信号由模拟方式传输向数字方式传输的转变,提高测试系统的抗干扰能力。通过风洞内抗干扰测试表明,在常规高超声速风洞较为复杂的电磁环境下一体化天平信号传输几乎零干扰;通过开展高超升力体标模风洞试验验证表明,一体化天平试验重复性好(精度高),数据规律与常规天平测量结果一致,轴向力系数、法向力系数和俯仰力矩系数最大偏差分别为2.1%、1.8%和3.6%。

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。

基于STC8H的USB接口RFID读卡器设计

设计了一种具有HID接口的RFID读卡器,该读卡器采用带硬件USB接口的STC8H单片机作为主控,采用多协议射频芯片FM1722作为读卡芯片,读卡器具有接口方便、读写速度快、性价比高、支持卡类型多等优点,可以用在物流、交通、身份识别、安全控制等领域。

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。

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.

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。

一种改进型增长-跳跃的镍氢电池满充判定算法

镍氢电池的充电进程是其生命周期的重要一环,充电的饱和程度对电池的使用寿命具有显著的影响,且在充电过程中表现出来的端电压、温度等参数反映了电池的充电状态,然而市面上的平价电池充电器大部分采用稳压限流直冲方式,电压和电流波动较大,且不人为断电就会一直充电,这可能会缩短镍氢电池的使用寿命,同时专用的模拟集成IC充电芯片设计的电路复杂,维护性较差。本文设计了一种恒流下能在小型单片机上运行的改进型增长-跳跃满充判定算法,可以在电池充满或者是轻微过充后判定满充,从而实现健康充电,延长电池的使用寿命。

山区弯道会车检测预警系统设计

山区道路地貌条件复杂多变,道路狭长、弯多、斜坡陡,再加上道路视距差等原因,山区道路行车风险大,安全性要求高,设计一款用于山区弯道检测预警的交通系统尤为重要。当车辆进入弯道时,山区弯道检测预警系统能够进行实时监测,并通过控制红绿灯指挥车辆通行或等待。弯道中的屏幕上通过提示对向来车行车距离,来缓解司机对前面交通状况还没有充分认识的问题,用不同状态图片显示的方式告知驾驶员此时弯道的行车状况。山区弯道会车检测预警系统采用STM32单片机为核心进行数据转换与分析,采用太阳能进行辅助供电,以达到节能的目的。结合当下,社会对山区弯道交通设施的研究和建设还比较少,因此具有较高的价值。经过实验调试与测试,系统运行稳定,信号采集和输出正常,交通指挥精准,达到设计任务要求。

基于Cortex-M3的串口与CAN转换模块的设计与实现

针对采用控制器局域网络(CAN:Controller Area Network)总线的自动操舵系统和采用串口通讯的航海导航设备之间通讯的不匹配问题,设计了一种基于Cortex-M3嵌入式平台的通信转换模块,实现了串口与CAN总线数据的双向转换功能。同时对传统CAN收发器CTM1050存在的信号稳定性不足、波特率精准度低等问题,提出并实现了一种硬件电路的替代方案,提高了数据通讯的时效性和稳定性。基于CAN2.0B扩展帧,设计了自动操舵系统内部CAN总线协议。该协议可根据报文信息优先级分配标识帧,保证了总线数据的有序传输。实验结果表明,该通讯模块功能使用正常且通讯效果良好,具有一定通用性,可在多种需要转换的设备系统上推广使用。

基于STM32单片机的工频空压机改造及其节能控制系统设计

工频空气压缩机(以下简称工频空压机)因不能调整电动机的转速而无法调节气体输出量,在负荷变动较大时,易造成能源浪费。因此,基于STM32单片机,设计一套空压机多机控制系统(包括变频机、工频机),对工频空压机进行变频改造,并利用物联网实现远程数据采集、控制及数据保存等功能,以减少压缩空气的浪费,提高电能的利用率。

智能IC卡热量表的研制

以ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ（Ｍ３８２２３）８位微处理器为例，介绍了智能ＩＣ卡热量计量表的系统组成及工作原理．该表用于以热水为介质的供暖系统，结合ＩＣ卡技术及后台管理软件，方便地实现了供热取暖系统中的科学计费及控制功能．

基于单片机的步进电机控制系统

根据滚子研磨机的工艺要求,开发了该设备的步进电机控制系统。分析了步进电机起动、停止时的加减速曲线特性;采用STC89C52单片机,以S加减速曲线为基础,实现了步进电机的加减速控制和换向控制;实现了步进电机转速的LCD显示、加工时间的数码管动态显示。研究结果完全满足滚子研磨机的加工需求,并对采用单片机开发步进电机控制系统提供了一定的借鉴。

16×16 LED点阵驱动电路设计

为驱动16×16 LED点阵,以ATMEL公司生产的AT89C51系列单片机为核心,阐述了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计,以及使用说明等;采用了Proteus软件进行仿真,程序调试采用Keil软件,使用动态显示的方法有效地显示出了汉字;实际电路制作时,在不改变原程序的前提下,对仿真电路进行改进,通过引入NPN三极管,有效地克服了单片机输出功率小的问题,与仿真结果一致,达到了预期的目标。

基于X9241M数字电位器的程控滤波器设计

以AT89S52单片机为控制核心,采用X9241M数字电位器,通过软件选择数字电位器中不同阻值的电阻设计截止频率可设置的程控滤波器.实验结果表明,程控滤波器的截止频率步进在6 kHz^20 kHz时,满足截止频率误差不大于10%的指标要求,该系统可用于采集系统信号的滤波处理.

多控制器结构单片机实验系统研制与应用

为满足实验实践教学和应用开发的需要,设计了一种采用多控制器结构的单片机实验系统。该系统由4个单片机实验分区以及公用串行外设区、外部通信接口区、串行总线、电源电路组成,可通过串行总线实现多个单片机之间的相互通信和设备共享。实践证明,该实验系统能支持多个单片机同时工作,外设种类丰富,人机交互性好,通信能力强,能够更好地调动学生的学习兴趣,提高学习效率,改善学习效果。

用于智能汽车的小型LD激光测距仪

介绍了一种采用半导体激光二极管(LD)为光源的小型激光测距仪的系统组成、工作原理及其关键技术。所研制的测距仪具有结构简单、成本低廉的特点,可广泛应用于各种智能车辆中作为防撞雷达使用,也可应用于各种测距精度要求不高的场合。

基于AT89C51单片机的高精度测温系统的研制

对特殊的环境温度进行测量,不仅要求测量的实时性,而且要求测量的精确度,使测量的温度达到既定的标准。因此作者介绍了一种应用铂电阻进行高精度的温度测量系统,系统中以Pt100铂电阻作为测温传感器,采用最小二乘法来消除测温系统的非线性,并应用24位Σ-Δ高性能模数转换器AD7714对所输入的模拟信号进行模/数转换。AD转换器AD7714的应用保证了0.001℃的测量分辨率,最小二乘法的非线性优化使系统的测量误差小于0.01%。

基于FDC2214的手势识别系统

基于手势的交互方式在人机交互中发挥着越来越重要的作用,手势识别是大多数手势交互系统的核心技术。提出的手势识别系统采用STM32F103单片机最小系统作为主控芯片,结合FDCC2214电容式传感器,通过I2C方式采集FDC2214收到的电容值,在STM32中进行加权平均算法实现手势信号的训练与识别,最终由OLED液晶显示具体模式测试结果。系统通过训练模式,可以对训练人的手势进行存储记忆,进而在判决模式下实现对训练人猜拳游戏(石头、剪刀、布)和划拳游戏(1,2,3,4,5)的识别。经过测试,手势识别系统运行良好,识别率高,且能达到实时性的要求。

基于AD7746的微电容检测系统设计

针对木材含水率检测线中的测量微电容的方法繁琐且精度不高的问题,从硬件、软件两方面着手,对其进行设计.硬件的核心部分是电容数字转换芯片AD7746,AD7746利用I2C串口协议和作为下位机的微控制器通信,上位机中的Matlab软件利用串口设备对象和下位机通信,构成一个在线实时高精度的微电容检测系统.该系统应用于木材含水率检测线中,能够精确测量单一平面电容传感器的微电容状态,极大地提高了木制品的质量.