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关键词： 智能净水热水器   控制装置   硬件设计   软件开发   物联网  

摘要： 随着人们生活水平的不断提高，对物质的需求变得十分严格，尤其是自身健康方面，例如饮用水、食品安全和卫生等。其中饮用水的净化加热装置在市场上有各种各样的控制方式，但在处理水质和信息显示方面的相关技术还不够完善，若把传统净水器装置变为绿色环保智能的净水器装置，不仅能方便人们的生活，而且对行业的技术发展具有一定的促进作用。　　在这样的背景下，对智能净水器进行优化升级显得尤为重要。本论文通过比较传统净水器的控制技术，提出了基于物联网的智能控制净水器装置设计，即通过手机二维码实现订单的接受和完成;通过触摸屏显示温度、TDS值、时间等基本信息;通过GA6网络模块，实现下位机与上位机的联网工作。本论文的技术难点是使智能净水器具有网络通讯功能即GA6网络模块以及使服务器具有处理网络连接的功能控制系统服务器端软件。　　本论文的研究工作主要包括:　　(1)对目前净水器技术及物联网相关技术进行研究，根据智能净水器的控制技术，提出本论文的技术架构;(2)对智能净水器控制器物联网的硬件部分进行设计，主要包括STM32单片机最小系统电路设计、智能净水热水器电源电路设计、TDS值检测电路设计、加热棒加热电路设计、电磁阀电路设计以及PCB电路板绘制等;(3)对智能净水器控制器物联网的软件部分进行设计，主要包括单片机主程序设计、液位处理子程序设计、TDS值子程序设计、NTC子程序设计、按键扫描子程序设计以及联网子程序设计;(4)对智能净水器控制器物联网的服务端软件进行设计，主要包括后台数据库设计、微信小程序设计以及JAVA语言程序设计等。

关键词： 信号发生器   硬件设计   软件设计   D/A转换   低通滤波  

摘要： 非线性绝缘介质是指其电导率和(或)介电常数随电场变化而变化的绝缘介质。非线性绝缘材料具有简化绝缘结构设计、减薄绝缘厚度功能,在高电压复杂绝缘结构设计和制造领域具有广泛的应用前景,在高压直流电缆主绝缘和附件绝缘结构以及高压复合绝缘子中具有潜在应用前景。因此,非线性绝缘介质的相关研究受到国内外的高度重视。而受到非线性绝缘测试技术发展的限制,非线性绝缘介质的相关研究举步维艰,因此开展非线性绝缘电介质暂态介电特性测试技术的研究迫在眉睫。对于非线性绝缘电介质暂态介电特性测试而言,需要长时间、非周期、多种复杂高压激励电压信号,而市售任意信号发生器无法满足其需要,因此设计出满足非线性绝缘电介质暂态介电特性测试需求的长时间序列信号发生器具有重要意义。本论文依托于NI Compact RIO硬件平台与Lab VIEW软件开发平台,设计了基于FPGA的长时间序列信号发生器。在硬件设计部分,确定了系统的整体架构,对硬件架构中的核心部件进行选型,并设计了合适的滤波器;在软件设计部分,对硬件平台中的上位机、RT和FPGA分别编程,实现上位机上的构建人机交互界面、波形显示功能;RT上与上位机和FPGA通信功能;FPGA上信号参数计算处理、D/A转换和信号输出功能。最后对信号发生器系统性能进行了信号种类、信号幅值、信号频率、系统稳定性测试。测试结果表明,该论文设计的电压信号源能够产生长时间、非周期、多种复杂激励波形组合的电压信号信号发生器,经线性高压放大器后续放大满足非线性绝缘暂态介电特性测试需求,为非线性绝缘电介质暂态介电特性后续研究奠定了一定基础。

关键词： 射频能量采集   硬件电路设计   能量接收功率  

摘要： 任何电子设备的正常工作都需要能量供给,而传统的无线传感器节点,大多依靠一次性电池来解决能量供给的问题。可是一次性电池,不仅供应的能量是有限的,而且额外的增加了传感器网络节点的后期更换维护成本,还具有一定的环境污染隐患。这不仅限定了无线传感器网络的工作寿命,也不符合当前社会绿色可持续发展的要求。针对这一问题,为了更好的解决无线传感器网络中的能量供给问题,便于其更好的服务社会。本文在广泛调研射频能量采集设备的基础上,自主设计了具备多级存储功能的射频能量采集终端硬件电路,并对硬件电路进行制板、焊接、调试,最终可以支持无线传感器工作,并通过上位机,实时的读取到了传感器节点的数据参数信息。具体研究内容和贡献如下:首先,系统的分析了射频能量采集终端的必要硬件组成及架构,并以此设计了具备多级存储功能的射频能量采集终端硬件电路,根据射频能量采集的基本功能要求,将射频能量采集终端分解为几个必要的模块,并自主设计了电路原理图,针对射频能量采集终端的能量采集天线,能量存储及能量应用模式中的不同设计难点,提出了解决方法。其次,为了测试射频能量采集终端输出是否具有稳定性和实用性,借助了无线传感器节点,使用射频能量采集终端为其供电,并且搭建了的无线传感器节点网络数据传输平台。该无线传感器节点采用PIC处理器控制,包括稳压模块、传感器模块、通信模块、并且采用Mi WiP2P作为信息传输协议,最终实现了对无线传感器的实时数据传输。在测试射频能量采集终端的过程中还结合Friis自由空间能量传播公式,总结归纳出了该系统的能量接收功率,测试了系统的整体性能,为将来射频能量采集的商业化应用提供理论参考。

关键词： 工具管理   嵌入式   射频识别   云平台   WiFi  

摘要： 工具管理一直是飞机装配和飞机维修企业的重大课题。近年来,射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术逐渐成熟,物联网技术的飞速发展,将这两门技术应用于工具管理可实现生产效率的大幅提高。本文介绍了RFID系统结合物联网技术实现对大量工具的高效管理。首先以航空装配企业需求为切入点,研究出航空企业装配车间更高效且稳定的工具软硬件管理系统。在此基础之上希望将此系统推广到其它多种行业,用科技的手段提高生产力,降低生产成本。本文基于嵌入式与物联网技术,设计并实现了一套智能工具柜管理系统。论文阐述了工具管理行业的背景、意义;分析用户对工具管理的需求;简要介绍了RFID技术的发展现状、系统构成、分类以及工作原理。对嵌入式技术、云平台技术进行了简要的分析;然后对系统的硬件设计做了详细的阐述。使用单片机作为控制器,编写单片机系统程序,以一主机多从机的架构实现对电子锁的控制和状态检测。工具识别部分选用多通道的RFID读写器,以C#开发的上位机软件系统实现对RFID读写器、工具柜的控制。配置机智云云平台、Wi Fi模块,开发出移动应用程序(APP)实现在移动终端对工具柜的状态监控。论文工作包括软硬件系统的设计以及在某航空装配车间大量的测试开发工作,整体系统实现工具借用、归还、盘点、维护、监控等功能。

关键词： 船舶通信天线   伺服控制系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 本文针对船舶在航行过程中不断运动产生的方位、角度等实时变化而导致无法实现高效、实时、稳定通信的问题，设计并实现了一种船载动中通天线伺服控制系统。论文首先提出了一种基于Ziegler-Nichol PID(proportional-integral-derivative control)的控制策略，并详细阐述了伺服控制系统中惯性航姿子系统以及转台运动伺服控制子系统的软硬件设计，最终对船载动中通天线伺服控制系统进行了相关测试，测试结果显示，该系统能够实时精准的对航姿变化进行检测，同时能够实现对天线轴向的稳定控制。　　论文的主要研究内容包括:　　(1)提出了一种基于Ziegler Nichols的船载伺服系统自适应PID控制器的频率响应方法。控制电路在正常操作过程中通过输入和输出数据在线识别对象的重要临界频率响应特性，并根据Ziegler-Nichols设置规则更新PID控制器参数。PID控制器的自适应过程可以在线实时校正参数，并确保在操作状态改变的情况下控制回路也能够始终保持在最佳状态。　　(2)介绍了“动中通”天线伺服控制系统的硬件设计。对微型航姿检测系统和转台控制系统进行硬件选型。并通过对相应传感器以及步进电机特性的分析设计硬件电路。　　(3)介绍了“动中通”天线伺服控制系统的软件设计。包括对软件系统中解算模块、数据接口模块设计以及上位机系统的设计。应用Ziegler-Nichol PID的控制策略提升轴向控制精准度。采用MFC技术完成上位机系统设计。其主要实现的功能包括系统状态相关信息的显示、数据/指令的发送和接收。　　(4)完成天线跟踪性能测试。介绍了测试环境，并通过对测试结果的分析得出该系统能够精准的进行航姿检测，在摇摆台测试环境下能够实现实时、精准地对星。

关键词： 多波束成像声纳   三维位置信息   嵌入式GPU   数据处理  

摘要： 随着海洋强国战略体系的提出,海洋探测领域受到的关注日益增长。作为海洋探测的关键技术之一,多波束成像声纳具有测深、避障、定位等多种用途,在水下目标定位、海上应急救援、沉积物打捞等领域有着十分广阔的应用前景。为此,本文研究开发了基于嵌入式GPU的多波束成像声纳数据处理系统。该系统以嵌入式GPU模组Jetson TX1为核心,配合高性能FPGA,实现对四条线阵共400路声学信号的同步采集、传输与数据处理工作。本系统包括数据接收子系统和信号处理子系统两部分,数据接收子系统首先对接收换能器的模拟输入信号进行信号调理和A/D同步采样,再通过Spartan-6 FPGA对采样数据进行DFT计算,并将结果以并行方式传输给信号处理子系统;信号处理子系统通过Artix-7 FPGA实现对DFT数据的接收与缓存,并通过PCIe总线将数据上传至Jetson TX1模组完成波束形成计算和互谱法方位估计,最后将结果发送至上位机进行实时显示。本文对所设计的硬件系统进行测试,各项结果均满足指标。在整机湖试中,系统可以对水下二维声学图像进行实时显示,对目标进行定位并标注三维坐标数据。系统具有成像清晰、实时性强、探测范围广、使用灵活性高的特点,达到了设计要求。

关键词： 智能分拣   AGV   控制算法   软件设计   硬件设计  

摘要： 随着人民整体生活水平的提高,越来越多的消费者为满足个性化需求,在家居装修时选择可自由定制的板式家具。但定制家具在定制成品过程中的难点是工人驾驶叉车的分拣方式效率低且事故率高。因此本文旨在设计一种可以全自动完成定制家具生产中人造板运输的设备,来提高定制家具生产效率并降低生产中的事故率。本文将设计一款使用在定制家具生产环境中的AGV,通过分析现阶段国内外AGV的发展趋势,对比及研究定制家具公司板料分拣运输系统的特征,确定了定制家具AGV的总体设计方案,并确定了其硬件组成及布局、行走方式、避障方式和导航方式,同时对驱动轮系及从动轮进行布局。根据使用需求选定各模块型号,绘制AGV供电系统的原理图和电机驱动系统原理图,提供电机备选方案,以树莓派3B+为控制核心搭建AGV硬件控制系统。运用Mobilenet模型优化传统目标检测模型SSD,构建全新的目标检测模型SSD-Mobilenet,分析其工作过程并推断损失函数,运用公开的Imagenet和COCO2017数据集以迁移学习的方式对SSD-Mobilenet模型进行训练。对定制家具AGV控制系统软件进行设计,确定Ubuntu MATE操作系统为系统软件的开发环境,并且搭建Python 3.5和Tensorflow编程环境,设计各功能模块对应的子程序,具体包括:避障程序、导航程序、变速控制程序等程序。搭建定制家具AGV实验平台,对控制系统进行可行性和性能检测实验,分析实验结果可知,本文设计的定制家具AGV控制系统可实现自动化行驶和避障功能,运行快速稳定,符合预期的设计要求,此系统为定制家具生产领域提供了新的发展方向。

关键词： AD9371   软件无线电   硬件平台  

摘要： AD9731软件无线电硬件平台旨在帮助客户缩减无线电尺寸、重量和功耗(SWa P),同时保持尽可能高的无线电性能。该软件包括一个新的小型蜂窝无线电参考设计,其采用AD9375支持的完整JESD204B到天线无线电信号链。平台支持2×220MHz LTE,每根天线输出功率为250MW,整个系统功耗低于10W,同时总体尺寸非常小(88mm×83mm)。提供器件驱动及能够直接连到FPGA开发平台的完整评估系统。本文重点阐释AD9371软件无线电硬件平台的设计实现,以及底层通信链路的架构及实现思路。以期实现基于该平台设计的扩频接收机,表明软件无线电平台的设计具有广阔的应用前景。

关键词： 科普旅游   自导式解说系统   硬件设计   软件开发   游客体验  

摘要： 在政策重视，市场需求的双重驱动下，中国的科普旅游迎来了快速发展时期。在此阶段，游客出行需求呈多元化态势，对景区个性化产品和深度体验表现更青睐的倾向;同时景区积极发展科普解说基础建设，以满足景区服务和教育双层功能的实现。　　解说就是一种满足游客需求，实现景区教育目的的重要途经，是信息交流、知识传播和景区服务的过程，也是景区、游客、管理人员之间重要的沟通方式。解说包括向导式解说与自导式解说，自导式解说一般又包括文字信息、图片信息、纸质材料、解说媒体设备等组成，具有导向性、教育性、便捷性等特点。既能让游客快速导览景区服务，又能实现科普教育和生态环境、人文价值等方面信息的传达，能提高游客公民素养、环保意识，树立良好的自然观和价值观，是帮助景区管理部门建立景区与游客之间沟通、成长的桥梁。自导式解说系统不仅对人力的要求较低，场所方面限制较小，并且在特殊时期也能继续发挥作用。在未来景区建设、服务提升等方面具有发展潜力。　　本文以南宁青秀山风景区兰园为例，调查研究项目区科普资源特色，通过调查问卷分析游客解说需求量，探讨并通过层次分析法对基础科普解说资源进行量化分级，得出青秀山兰园解说资源因子排序，并以此为依据进行项目区自导式解说系统优化设计研究。根据不同解说受众的解说需求，结合园区资源优势来优化设计自导式解说系统，让游客通过科普体验，深入感受自然、认知自然、尊重自然，达到实现自我成长和保护环境的双重价值。设计的重点在对园区自导式解说系统的模式优化，并着力在解说对象、解说内容、解说媒介这三个“解说核心”来研究探索自导式解说系统在景区中的应用，使青秀山景区兰园成为展示科普解说与生态建设成果、推动地方绿色经济发展的有力平台，以便对今后景区自导式解说系统的优化设计与管理运营提供参考与思路。

关键词： RS码   译码器   分类   深度学习   突发错误   硬件电路设计  

摘要： Reed-Solomon(RS)码是一种常用的差错控制码,在纠随机错误与突发错误方面均具优异性能,广泛应用于深空探测、无线通信、数据存储等领域。然而现有RS码译码方案存在灵活性较低、自适应能力较差等问题,需要更高效、更广泛自适应性的RS码译码方案设计。近年来,深度学习在信道编译码领域展现了一定的潜力。探索基于深度学习的RS码译码方案,有望进一步降低译码过程复杂度,为提升译码环境自适应性、构建高性能数据传输系统提供新思路。本文研究内容包括深度学习分类方案设计与高效分类译码器硬件设计两部分。在深度学习分类方案设计部分,考虑到分类译码时不同错误类型较难区分的问题,探索利用神经网络实现不同错误类型的分类。首先,本文提出一种基于深度学习的错误码元数分类译码方案,在译码前通过神经网络预测错误码元个数,并根据预测结果自动调整译码算法,从而提升译码过程自适应性、降低平均译码复杂度。随后,本文提出一种基于深度学习的突发错误情况分类译码方案,利用神经网络进行码字有无突发错误、突发错误段数的判断,从而提升译码效率与译码系统的环境自适应性。此外,本文在Tensorflow框架下利用Python代码验证了所提方案的可行性与有效性。在高效分类译码器硬件设计部分,本文设计了一款串行突发错误情况分类译码器。为消除流水线结构RS码译码器中存在的空闲等待时间,将分类译码器时序设计为串行结构。通过译码子模块电路复用设计了一种同时适用于随机错误译码与单段突发错误译码的m SPCF模块。随后,采用Verilog HDL语言对串行分类译码器建模,采用Modelsim和VCS仿真工具进行功能仿真。此外,采用Design Compiler、Prime Time、Prime Time PX等工具进行串行分类译码器的ASIC逻辑综合、时序分析及功耗分析。仿真结果表明,本文设计的串行分类译码器以较少的硬件资源消耗实现分类译码功能,同时具有较低的译码延时与较大的吞吐率。