New Approach for Hardware/Software Embedded System Conception Based on the Use of Design Patterns

This paper deals with a new hardware/software embedded system design methodology based on design pattern approach by development of a new design tool called smartcell. Three main constraints of embedded systems design process are investigated: the complexity, the partitioning between hardware and software aspects and the reusability. Two intermediate models are carried out in order to solve the complexity problem. The partitioning problem deals with the proposed hardware/software partitioning algorithm based on Ant Colony Optimisation. The reusability problem is resolved by synthesis of intellectual property blocks. Specification and integration of an intelligent controller on heterogeneous platform are considered to illustrate the proposed approach.

Design of House Keeping System for a Certain Micro Satellite

This paper presents the design of hardware and software of the house keeping system for a certain micro satellite. The system uses micro electronic technique, large scale integrated circuits, processors and computers which has the advantages of strong function, high flexibility and reliability, It satisfies the requirements for efficient performance,light weight, small volume,and low consumption of power for micro satellite.

虚拟现实技术在数字媒体交互中的应用

相比于传统媒体技术,数字媒体采用更多的先进技术,是信息量大、操作体验感好、支持用户更多的主动操作。虚拟现实技术可以提供良好的体验感、满意度、实时性,对于数字媒体技术交互过程的改变具有重要的意义。该文首先从硬件角度分析基于虚拟现实技术的数字媒体交互采用的设备,包括计算机设备、头盔、手套、手柄、运动捕捉、模拟驾驶和全息现实等。其次从软件角度分析基于虚拟现实技术的数字媒体交互的设计流程和框架,包括虚拟现实软件平台、模拟和交互软件、内容开发工具等软件环境的支持等。性能测试实验结果显示,基于虚拟现实的数字媒体交互过程设计,最终用户使用满意度达到95%以上,实时性提高12%以上。

触觉代偿理论下的视障儿童绘画玩具设计实践

探究触觉代偿介入下的视障儿童绘画玩具系统设计,创新视障儿童的绘画体验。通过文献研究法得出当前国内外触觉代偿相关研究现状,基于文献及市场调研分析得到视障儿童玩具设计的现状分析,进而得出当前视障儿童玩具对于触觉代偿的设计需求,并归纳出视障儿童绘画玩具系统的设计路径及框架。以使视障儿童绘画行为形成正向有益的良性循环为目标,基于前期研究得出的设计路径及框架,进行视障儿童绘画玩具系统设计实践。触觉代偿指导下的视障儿童绘画玩具系统能够改善并提升视障儿童绘画历程中的综合体验,同时为视障儿童提供了一个新的感知世界和表达自我的视角。

新能源汽车的驱动电机系统研究和设计

通过改变新能源汽车的能源消耗方式,能提高节能减排工作效果,促进新能源开发利用工作顺利进行,保证社会经济实现可持续发展。科学技术的发展决定着新能源汽车的研发进程,驱动电机系统作为新能源汽车的关键点,涉及新能源汽车研发的核心技术,相关人员要注重新能源汽车的驱动电机系统研究和设计,提高设计的合理性。

智能时代下计算机系统结构课程的重构与教学设计

智能时代下信息技术的加速演化对计算机专业人才培养的目标和模式提出变革诉求。从计算机系统结构课程出发,总结建设过程中培养学生软硬件协同的计算机系统能力的思路、举措以及成效。对教学内容和实践项目进行重构,实现经典体系结构与智能系统的交叉融合、课程思政与教学内容的深度融合,取得显著的成效,推动计算机系统能力培养的内容和形式变革。课程经验可被推广至其他课程,以实现计算机专业课以及新工科课程的改造升级。

基于改进关联规则算法的双介质喷嘴离线调试平台设计

以往的双介质喷嘴离线调试平台由于仅对双介质喷嘴特征参数的单个模型进行计算,导致平台的调试时间较长、调试效果较差,因此,设计基于改进关联规则算法的双介质喷嘴离线调试平台。在硬件上,设计微处理器和通信器;在软件设计上,利用最小二乘法对双介质喷嘴的特征进行参数化。在改进关联规则算法的支持下,设定相应的约束条件和离线调试目标,通过计算双介质喷嘴特征参数的一阶数学模型、二阶数学模型和参数状态离散控制模型,得到双介质喷嘴的离线调试函数,从而完成双介质喷嘴的离线调试。通过上述软硬件的设计,完成对双介质喷嘴离线调试平台的设计。在仿真实验中,与以往的双介质喷嘴离线调试平台相比,设计的基于改进关联规则算法的双介质喷嘴离线调试平台调试总时间仅为6.8 ms,调试时间更短,调试效果更好。

基于PLC和调速装置的纸机能耗控制系统设计

为提高造纸机真空部的自动化控制水平,提升造纸企业的成本控制能力,基于PLC和真空度传感器等硬件对变频器功率实施控制,进而实现对水泵和真空泵的动态调整,使水流量和变频器功率维持在较低水平,降低造纸机干燥部运行能耗。为实现该系统的工业应用,提出了纸机能耗控制系统的主程序流程,同时采用WinCC(Windows Control Center,视窗控制中心)组态软件为上位机设计人机交互界面。该操作界面简洁美观、交互友好,可帮助车间工作人员实时掌握纸机真空部运行数据,合理调整真空部变频器运行功率,实现低能耗生产。

基于PLC控制器的纸页水分QCS管理系统设计

为实现针对纸页水分定量工艺的自动化管理,基于PLC控制技术提出了一项纸页水分QCS管理系统。通过PLC控制平台对纸页定量水分控制回路中的各项设备进行自动化控制,并采用TIA Portal V16组态工具建立可视化图形操作界面,进而形成一套完整的纸页水分自动化管理系统。为验证纸页水分QCS管理系统的可行性,对其进行仿真试验分析。经试验研究发现,该系统的水分定量超调时间在6%以下,调节时间在15s以下,数据处理性能良好,界面操作直观,具有一定的应用价值。

对海检测板的国产化设计

介绍了某雷达对海检测板的国产化设计,对可编程阵列逻辑(FPGA)和总线驱动芯片周围部分硬件电路进行重新设计,对软件语言进行翻译,并完成了整机试验验证。新设计的对海检测板国产化率达到100%。

基于5G通信系统的便携式绝缘安全工器具检测装置

介绍了5G通信在电力系统中的应用,便携式绝缘安全工器具检测装置的软、硬件设计,在增加高效和远程自动化检测的同时还保障了人员的安全性。

一种小型履带式管道机器人的研究与设计

针对通风管道人工探查不便的现状,设计了一款专用的小型履带机器人。该机器人通过合理的结构设计,可以在狭窄的管道内实现爬坡和越障功能。开发了基于树莓派和STM32的控制系统,设计了整个机器体的硬件电路和各模块的控制程序,利用Qt Creator软件创建了便于控制与接收数据的上位机界面。通过光纤通信实现上位机和机器人的数据互通。机器人搭载的摄像头模块和轮速计可以在复杂的管道环境中实现定位功能。经过实验与数据采集,表明该机器人整体功能完善,在实际工作环境中运行平稳,能够满足管道机器人的工作要求。

基于FMQL的多通道数据采集实验平台设计与实现

为丰富电子信息类实验课教学内容,提高学生的系统工程能力,激发学生的学习热情和探索潜能,设计了一种基于FMQL的多通道数据采集全国产化实验平台。该平台利用集成FPGA和ARM的FMQL系列片上系统(SoC)芯片作为处理器,采用内部高级可扩展接口(AXI)总线实现采集数据的高速传输。通过该实验平台,使学生深入理解FPGA+ARM的体系架构,培养学生的软硬件协同设计与分析能力,引导学生认识信息技术自主可控对国家安全的重要性与紧迫性,推进新工科挑战性学习与研究型教学体系的建设与改革。

基于AHP和QFD的学龄前儿童植物生长认知产品设计

获取学龄前儿童对植物生长认知产品的真实需求,找到需求与设计特征的对应关系,并完成一款学龄前儿童植物生长认知产品设计。文章使用SET模型分析设计的必要性,通过KJ法调研、分析并整理用户需求,利用AHP层次分析法量化用户各项需求权重,采用QFD质量功能展开将用户需求转化为产品设计特征并排序。依据需求和设计特征排序,完成一款“线上App”+“线下硬件”的学龄前儿童植物生长认知产品设计。该套设计流程可为学龄前儿童产品设计与开发提供参考。

机器人AI芯片设计技术综述

机器人+人工智能将引领新智能技术变革,人工神经网络在机器人感知方面应用潜力巨大。然而,AI算法日益复杂、CPU等通用处理器能效瓶颈问题突出,传统处理芯片无法有效适配大规模神经网络的推理计算任务。近年来,机器人AI芯片凭借高算力、低功耗特性成为神经网络在机器人系统应用部署的理想选择,受到广泛关注。本文面向机器人应用,研究AI算法现状,梳理AI芯片设计技术最新进展,提出技术难点及可行技术路线,探讨机器人AI芯片设计的技术趋势及挑战。

差速轮式移动机器人控制系统设计

差速轮式移动机器人在现代自动化和智能化领域中扮演着愈发关键的角色。为满足不断增长的自动化需求,该文设计一款用于室外环境的差速轮式移动机器人控制系统,该系统综合考虑电源系统、驱动系统、传感器系统、人机交互系统和通信系统的设计,以支持运动控制、环境感知、定位、人机交互和远程通信等核心功能,通过软硬件设计,最终实现可靠稳定的差速轮式移动机器人控制系统。经过测试,各项功能正常,实现预期目标,可为机器人技术进一步发展和应用奠定坚实的基础。

空调系统电气控制单元设计与仿真

空调设备是夏季防暑、冬季防寒的重要设备,对北方和南方的居住环境适宜度调节都具有非常重要的作用。常规控制方法作用之下,空调系统存在响应速度慢,系统满载运行功率高、能源浪费等突出问题。该文针对空调设备的电气控制进行系统研究,并开展相应的实验验证。首先对空调系统的组成结构和工作原理进行分析,给出基于STM32嵌入式电气控制系统的硬件结构和软件设计方案,并给出空调制冷过程、冷却过程、蒸发器工作过程对应的算法模型。实验以5组空调设备为实验对象,以常规控制方法为参照方法,证实在该方法控制作用下,空调设备可以实现快速的功率效应,并且具有较低的满载运行功率,从而达到有效的节能效果。实验结果充分证明该文设计的空调系统电气控制硬件和软件的有效性。

煤矿井下低压供电系统远程集控漏电试验平台设计研究

对目前煤矿井下低压供电系统特征及漏电原因进行了深入研究,分析了导致漏电的影响因素以及由此所带来的危害;在此基础之上通过对远程通信技术、数据采集技术以及漏电检测技术的统筹运用,立足煤矿电力监控系统软件的自身实际,设计了与之相匹配的远程集控漏电试验平台。对该平台的结构进行了详细阐述,并对其中的重要构成部件,如监控系统、漏电试验电阻箱等和相关的软硬件设计进行了具体介绍;并对低压漏电试验的有效性进行了现场有效验证;实际应用结果表明,符合煤矿远程低压漏电试验的相关要求,大幅降低了由于漏电而产生的停电、送电安全风险,提高了煤矿井下低压供电系统的远程在线安全监控能力。

基于SRAM缓存和存内计算的低功耗关键词唤醒系统

为了解决关键词唤醒算法部署在边缘计算硬件会带来较高功耗、给电池驱动的设备带来续航挑战的问题,提出了一种基于存内计算技术和软硬件协同优化的低功耗关键词唤醒系统。在算法层面,基于标准MFCC算法拓扑结构提出了一种三值量化MFCC-CNN联合算法,将MFCC中的全部通用矩阵乘映射到神经网络加速器当中。在电路层面,提出了一种基于SRAM的存内计算核心,用于解决传统冯·诺依曼架构加速器存在的功耗墙和存储墙问题。同时通过复用存内计算核心的SRAM存储功能提出了一种基于查找表实现的缓存电路,用于替代寄存器延迟链电路。SRAM存内计算核心和SRAM缓存电路均采用定制单元实现。在系统层面,基于以上2种定制电路设计了一种低功耗关键词唤醒系统。该系统采用ASIC与定制化电路设计流程设计,并使用28 nm CMOS工艺库对该设计进行了ASIC综合,在250 kHz下,关键词唤醒系统运行10分类任务的延迟是64 ms,整体功耗为645.28μW,其中MFCC流水线的动态功耗占总动态功耗的5.9%,总功耗仅占系统功耗的1.3%。

基于物联网技术的信息系统数据存储系统

为了提高海量数据的存储安全性和可靠性,设计了基于物联网技术的数据存储系统。明确了物联网技术应用框架,理清系统设计需求,利用光纤网络交换机和阵列存储硬盘等设备构建存储系统硬件环境,通过存储层、服务层和应用层设计系统功能化结构,在此基础上,确定出数据的具体业务类型,根据数据写入业务处理流程进行数据写入后,对数据进行存储,完成基于物联网技术的数据存储系统设计。经实验证明,该研究系统下数据的存取性能较好、较高效且可行性较强,架构合理、存储速率速度及时,可实现各种类型数据的存储和管理。