用于单片机实验教学的红外激光气体检测仪

为了实现科研反哺教学、促进教学与科研的深度融合,研制了一种基于嵌入式多核处理器和数字信号处理器的实验教学用红外激光气体检测仪。该检测仪包括光学系统和电学系统,其中电学系统包含光谱信息感知模块和嵌入式控制模块。利用研制的检测仪开展了氨制冷冷库现场的泄漏氨气浓度的检测应用。结果表明,与传统气体检测仪相比,该检测仪实现了检测仪的网络化与智能化,而且性能满足实验教学要求。

基于四电极多频率扫描的生物阻抗法人体成分测试仪设计

生物阻抗包含丰富的人体病理和生理电信号,可以作为医务人员准确判断病人症状和治疗疾病的主要依据。基于此,提出一种基于Cole-Cole理论的人体多种参数测量系统。构建人体阻抗模型,通过碳纳米材料电极对人体阻抗进行采集分析,得到人体的各种成分参数。通过信号发生电路产生注入人体的低频信号,利用幅度检测电路检测流经人体电流产生的电压,采用分段检测法测得人体不同分段的阻抗信息;信号经放大电路输入RT1052微处理器,对数据和人体成分参数相关性进行分析,得到人体各种成分参数并显示测量结果。通过对系统进行测试分析,得出所设计系统能够准确地对人体蛋白质、脂肪等参数进行测量,误差范围可以控制在5%以内,具有很好的应用前景。

基于嵌入式技术的液体泄露检测系统研究

液体管道在地下土壤环境中容易受到腐蚀,这会影响管道的使用寿命和使用安全,为此通过多个液体检测传感器、油位传感器、温度传感器等硬件设备研究液体管道的性能检测。基于嵌入式技术实现检测的硬件和软件设计,其中硬件包括中央处理器、存储器、计算器、控制器、A/D转换模块、D/A转换模块和多路传感器接口等关键部件,实现数据信息的采集、计算与检测。中央处理器以S3C6410的内核为微处理器(ARM11)的处理器,通过串行外围设备接口(SPI)总线传递到嵌入式软件中的Linux内核空间。通过伯努利方程实现数据信息的故障判断。实验表明,本研究对液体管道检测的精度最高,对接精密度高达99.2%,提高了检测的工作效率。

基于嵌入式技术的施工升降机多电机同步控制方法

为提升施工升降机的自动化控制水平,设计基于嵌入式技术的施工升降机多电机同步控制方法。选取型号为STM32F407的嵌入式芯片,作为多电机同步控制的嵌入式微处理器。利用偏差耦合控制方法,将施工升降机的一台电机速度,与其它电机速度信息反馈结果作差处理。设置多电机速度偏差作为速度补偿信号,利用滑模速度控制器,使电机的速度误差快速收敛直至趋于0,确定电机控制量。嵌入式芯片依据电机控制量,向电机驱动单元发送电机控制命令,电机驱动单元接收控制信号后,控制施工升降机的电机运行参数调节,实现施工升降机多电机的同步控制。实验结果表明,采用该方法控制施工升降机多电机,跟踪误差和同步误差可以降低至10 r/min,多电机同步控制性能优越。

RVTDS:面向微处理器的追踪调试系统

软件调试是嵌入式系统开发中最具挑战性的难点之一。在进行高复杂性、高实时性系统调试时,单步-断点时间开销大,易破坏程序执行行为;采用串接机制的JTAG接口,在实现对处于工作状态的复杂多核处理器的并行访问时存在缺陷。片上追踪调试技术通过专用硬件非侵入地获取程序执行状态,有效解决了上述问题。现有的片上追踪调试技术相关研究以追踪完整信息为主,易产生大量无意义的数据;此外,也未考虑压缩后的数据在窄总线上的传输问题。文中设计并实现了一种基于RISC-V指令集的面向多核微处理器的非侵入式追踪调试系统RVTDS,通过复用RISC-V核内平台级别中断控制器,解决多核微处理器高速并行调试时的数据丢失问题;提出了面向片上总线的数据流追踪方案和基于指令位域匹配的控制流过滤机制以实现信息筛选,提供总线带宽统计功能;提出了基于差分编码的数据压缩方法,数据平均压缩率达82%以上;提出了一种数据打包方案以实现窄总线上的数据传输问题,每拍有效数据平均可容纳约1.5个路径信息。系统验证结果表明,RVTDS与传统片上追踪调试方法相比,追踪数据量小,可以灵活高效地完成复杂多核微处理器多种片内运行信息的采集、传输和存储。

基于嵌入式技术的油气管道检测及劳损故障判断

油气管道在地下土壤环境中容易受到腐蚀,会影响油气管道的使用寿命和使用安全,为此通过多个油膜检测传感器、油位传感器、温度传感器等硬件设备实现油气管道的性能检测。基于嵌入式技术实现检测的硬件和软件设计,其中硬件设计包括中央处理器、存储器、计算器、控制器、A/D转换模块、D/A转换模块和多路传感器接口等关键部件,实现数据信息的采集、计算与检测。中央处理器以S3C6410的内核为微处理器(ARM11)的处理器,通过串行外围设备接口(SPI)总线传递到嵌入式软件中的Linux内核空间。通过伯努利方程实现数据信息的故障判断。实验表明,本设计对油气管道检测的精度高,对接精密度高达99.2%,提高了检测的工作效率。

基于B/S结构的多核微处理器实速故障诊断技术

针对目前使用的g-超条件诊断度技术、强鲁棒性开路故障诊断策略受到多核微处理器并发不确定性影响,导致诊断效果差的问题,提出了基于B/S结构的多核微处理器实速故障诊断技术。构建基于B/S结构的多核微处理器,并对其故障诊断原理展开详细分析。设置微程序改变目录产生过程,通过监控读写事务的等待时间,判断死锁故障。以单输出响应为例,在输入激励作用下,基于扫描链的故障输入激励与输出响应诊断链路故障。由性能评估结果可知,该技术除了处理管道吞吐项目比标准时间长1 s外,其余所有项目处理时间均在标准时间范围内,具有良好的诊断效果。

基于CNN的多核芯片低功耗验证系统设计

针对目前设计的多核芯片低功耗验证系统验证过程损失较大、验证精度较低等问题,基于CNN设计了一种新的多核芯片低功耗验证系统。通过微处理器、写缓冲器、程序存储器和SDRAM中断控制器组成硬件结构。微处理器外部连接3个接口,通过静态设计降低功耗,写缓冲器对数据进行替换。采用单片机在上电复位时利用SDRAM中断控制器控制系统电路。引入CNN技术,通过集中度验证、低功耗特征重现、验证系统建立完成系统软件操作。实验结果表明,基于CNN的多核芯片低功耗验证系统可将验证过程损失降低10%,精度提高15%。

基于模糊控制的多功能交通控制系统

为适应中国交通控制的需要，设计和研制了一种基于模糊技术的多功能交通控制系统，能够根据人工指挥交通的丰富经验合理地进行多相位交通信号控制。应用表明：该系统使用方便可靠，能有效地改善交叉路口的通行能力。

多核、多线程处理器的低功耗设计技术研究

随着微处理器设计技术和半导体制造工艺的进步,芯片的规模和复杂度急剧增大,超高的功耗密度时系统稳定性造成很大影响,功耗壁垒已经成为提升微处理器性能的最大障碍。本文介绍了低功耗设计的基本原理、研究内容、设计方法,分析了CMP和SMT体系结构的功耗需求和特性,讨论了不同的功耗优化策略在两种体系结构下的适用程度以及对性能造成的影响。针对多核、多线程体系结构,着重从系统级、结构级和电路级等不同抽象层次时典型的功耗优化技术做了讨论。最后,展望了未来微处理器低功耗设计技术的发展趋势。

移动机器人分布式超声探测系统设计

设计制作了一种基于多处理器的移动机器人分布式超声环境探测系统.该系统由上位工作模式控制模块和下位智能超声传感器阵列组成.下位智能超声传感器选用收发一体式超声传感器,每个传感器均由独立的微处理器控制,完成实时数据处理、抗干扰处理、故障报警以及并行数据通信等功能.上位工作模式控制模块可以根据不同的控制策略,使下位传感器阵列采用“阈值比较法”和“改进型递推均值滤波”算法及EERUF方法并行循环工作模式,实现不同方向传感器分组并行工作,提高了探测的实时性和准确性,以及对移动机器人控制的鲁棒性.仿真和实验的结果都验证了该系统的可靠性和有效性.

多微处理器系统中的一种新的通信机制

本文对共享存储器的多微处理器系统与消息传递的多微处理器系统进行了比较，提出了存储信箱的通信机制，并用此通信机制构造了一个多ｉ８６０微处理器系统模型，并对此系统模型进行了性能分析．

CAN总线的机器人传感器网络设计

研发了基于CAN总线的移动机器人传感器网络,有效地保证了移动机器人多传感器信息通讯的实时性和稳定性.详细阐述了该移动机器人的体系结构和传感器网络的组成,同时设计了一套CAN网络通讯协议,实现了传感器节点的多主通讯,在很大程度上改进和提高了移动机器人的性能.

一种面向微处理器验证的分层随机激励方法

针对日趋复杂的微处理器功能验证,提出一种基于分层思想的受限随机激励产生方法,通过测试层、场景层、功能层和指令层的多层约束,实现随机激励在不同粒度范围的高度可控性,精炼测试空间,加快验证的收敛速度。采用可配置的功能库,将处理器功能行为单元作为随机激励的构建基础,产生逻辑功能与通信接口结合的随机激励,实现系列处理器的验证复用。CKCore处理器验证的实验结果表明,该方法与受限随机激励相比,在功能覆盖率相同的情况下,激励编写量减少60%;在仿真时间相同的情况下,功能和代码覆盖率分别改善10%和5%以上,有效提高处理器验证的质量和效率。

振动台数字控制系统中的多微机并行处理技术

本文在深入分析振动台对数字振动控制系统要求的基础上，提出了在数字振动控制系统中采用多微机主从式并行处理的方法，并阐述了ＰＣ３８６微机分别与ＴＭＳ３２０Ｃ２５信号处理器和Ｚ８０微机系统实现数据通讯的控制策略。

可现场GPS定位的手持式γ能谱仪的设计

针对目前现场γ能谱测量仪需要满足便携式、低功耗、高灵敏度等应用要求,设计了一款基于C8051F340片上系统微处理器的手持式现场γ能谱仪。该能谱仪采用低功耗的电源设计方案,并集成GPS现场定位功能;同时,采用软硬件结合的方式实现γ能谱测量的自动稳谱。其系统结构采用多功能一体化的设计方案,非常适合野外现场工作。高灵敏度γ能谱的实验结果验证了系统设计方案的可行性。

自主柔性变形蛇形机器人控制系统设计

针对搜救机器人对多信息获取与处理、远程监控与运动控制的实时高性能需求,设计了以ARM微处理器STM32为核心、多传感器融合的自主柔性变形蛇形机器人控制系统,实现了机器人的远程监控与运动控制、多传感器环境信息采集等功能。整个控制系统具有良好的扩展性、硬件可裁剪性。通过模拟灾难废墟场景实验,结果表明:蛇形机器人控制系统可实现多信息的实时准确无线通信,在不同的环境中,具有良好的多步态运动稳定性和自主移动性能。

GKD-1通用机器人多微处理机控制系统

本文介绍 GKD-1通用机器人多微处理机控制系统.该系统硬件采用模块化结构,具有易于扩充的特点;软件上采用动态任务调度,并提供了支持分布式程序设计的环境,使系统具有很强的通用性.目前,我们利用该控制器成功地在 PUMA 562 6自由度机械手上进行了力反馈顺应控制实验.并使采样周期缩短到4.883ms.

一种用于核辐射监测信号的多微处理系统

介绍了4兆伏静电正离子加速器的监测防护系统,该系统由多个微处理器与主控机分布式分布,组成高速多通道辐射信号采集控制系统,可以对多点核辐射的能量、强度、剂量率,剂量及剂量当量进行监测。系统的核电路部分采用最新的芯片产品,合理的硬件安排,优化的软件编程,在仅更换不同的探头后,便可探测分析,γX及快中子辐射。在参数稍做调整之后,就可以广泛应用于类似条件的其他场所的辐射监测。

速度-张力型三电机协调同步控制平台研制

为了改进传统的基于PLC总线控制的速度-张力型三电机同步测控平台,进一步提高数据采集以及系统控制的速度和精度,提出了基于多微处理器的速度-张力型三电机协调同步控制平台设计方案,复杂可编程逻辑器件(CPLD)、数据信号处理器(DSP)以及单片机(MCU)相结合为平台服务。利用CPLD的并行特性实现三串口并发同步控制,提高控制系统的快速性和同步性;自主研发了基于状态机的全数字低通滤波模块,测试效果良好,为系统减轻了硬件负担;利用DSP的快速高效的数据处理能力实现复杂的控制算法。仿真和实验表明:控制平台系统稳定,在同等波特率下控制实时性比传统的PLC总线控制实验平台速度提高了3倍多;在同一种控制算法下,调节时间比传统的PLC总线控制平台快0.53 s,系统超调量是传统PLC总线控制平台超调量的13.53%,跟踪最大误差相比传统的PLC总线控制平台减少了60.53%。