基于DSP和FPGA的被动声探测实时采集系统设计

为了给被动声探测技术研究提供实验验证平台,设计了一种可以进行实时数据采集和处理的系统方案.整个系统以数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)为基本架构,由FPGA控制模数转换器(ADC)采集数据,通过USB 2.0电路将数据传送给个人计算机(PC),用于初期的离线验证;FPGA将采集到的数据通过外部存储器接口(EMIF)传递给DSP,用于实时处理.实验证明:系统实现了被动声探测中的实时数据采集、离线数据存储.数据采集与数据处理分别由不同处理器执行,提高了系统的响应速度与处理性能,能够满足探测系统的实时性要求.     

基于偏振控制的硅基颗粒导向系统设计

光学微操控技术已从颗粒的捕获和传输拓展到颗粒的分选和导向等更高级的逻辑操控,硅基光镊技术因能突破衍射极限并操控亚微米量级的颗粒而成为了微操控领域中最重要的手段之一。传统的硅基光镊技术一般采用微环、定向耦合器和多模干涉仪等器件,通过调节波长实现颗粒导向操作。文章提出了一种通过偏振调控的硅基颗粒导向操作方法,通过时域有限差分设计和优化了系统结构参数,并验证了该结构在颗粒导向操作中的可行性。实验装置结构简单、体积小巧,且操控更加方便。     

生物Reichardt运动检测器和感受域模板的 FPGA设计与实现

为了在图像处理中快速地实现运动检测和相机自身运动方式估算,引入了基于生物视觉机制的Reichardt运动检测器模型(EMD)和感受域模板.分析了Reichardt运动检测器模型的基本特性及其缺陷.为了克服模型上的主要缺陷,在应用中选择了一种优化模型,应用该模型可以得到较好的运动检测结果.同时,提出了基于苍蝇视觉系统的6个感受域模板,用以实现简单自身运动方式的估算,如相机自身的平移、旋转等.最后,在FPGA(FieldProgrammable Gate Array)平台上实现了相关的算法.实验结果表明,优化后的运动检测器可以快速地判断局部运动方向,感受域模板可实现在特定背景下的简单运动方式估算;对分辨率为256×256像素的输入图片,本设计中的FPGA系统可达到每秒350帧的处理速率,所产生的延时仅为0.25μs,达到了快速处理的要求.此模型可应用于实时的机器视觉系统,如进行障碍物检测、整体运动方式估算、UAV/MAV的稳定控制等.     

基于声表面波的微操控技术研究进展

微操控技术是指精确控制微纳米颗粒的运动状态,如对细胞、生物大分子、纳米药物等进行捕获、筛选、移 动、分类,其在生物医学、化学分析、材料科学等领域有着重要应用,近年来引起了各国学者的极大关注。声操控是利 用声波操控微粒,具有非接触、穿透性较好、无需对微粒进行化学生物修饰等优点。近年来随着微机电系统(MEMS)技 术和微流控芯片技术的迅速发展,基于声表面波(SAW)的微操控技术受到广泛关注和研究。声表面波芯片因其具有频率 较高、能量局域、易于集成等特点,能够基于显微技术直接观察细胞、微泡等生物微粒的操纵状态,是一个良好的微操 控工具。文章主要介绍基于声表面波的声流、声辐射力效应操控微粒的最新研究进展以及声操控的发展趋势。     

一种嵌入式实时图像跟踪系统设计

该文提出了一套可用于快速视觉信息处理的实时目标跟踪嵌入式视觉系统。系统的硬件设计采用了基于DSP和现场可编程逻辑器件(FPGA)的双处理器结构和基于CMOS的图像采集。软件采用了适于流水线运算的块匹配算法,实现了对目标的快速定位和实时跟踪。     

基于FPGA的实时双目图像采集与预处理系统设计

针对目前智能交通监控系统中动态目标数据量大、噪声干扰多、实时性要求高等问题,设计了基于FPGA的实时双目图像采集与预处理系统。利用FPGA的并行特性和流水线技术,实时采集双通道图像数据,且通过DDR3 SDRAM缓存,再将其用拼接方式输出显示;采用像素排序流水线操作,实现了基于FPGA的并行中值滤波算法,提高了算法处理速度。试验结果表明,所设计的双目图像采集与预处理系统能够实现图像的实时采集与显示,并能快速地进行图像降噪处理。     

基于ZYNQ的高清图像显示及检测系统设计

针对当前基于ARM和DSP的嵌入式图像处理系统前端采集速度慢和图像处理算法不易加速的缺点,设计了一种基于HDMI接口的全高清(分辨率1920×1080)实时视频采集与图像处理系统;采用500万像素级别CMOS摄像头作为前端数据源,主芯片内部采用ARM+FPGA的异构架构,兼备FPGA的并行处理能力与ARM处理器任务调度功能;基于AXI协议设计了自定义数据存储传输的IP核,实现了处理速度与带宽最大化;利用HLS工具将图像预处理算法快速打包生成IP核,在FPGA中实现图像算法的硬件加速,完成图像处理系统平台原型机的设计;与传统的PC机和相机的机器视觉平台相比,该系统运行平均耗时在10 ms以内,实时检测效果令人满意,有效解决了低功耗与高数据带宽和处理速度之间的矛盾,为后端结果分析和边缘加速提供了良好支持。     

基于机器视觉的喷涂机器人轨迹规划与涂装质量检测研究综述

随着智能喷涂技术的快速发展,机器视觉在喷涂机器人系统中的研究和应用引起广泛关注,合理的喷涂轨迹能保障油漆厚度均匀、减少漆膜缺陷产生,并且融合涂装质量检测技术形成闭环的喷涂系统.鉴于此,针对机器视觉在喷涂机器人轨迹规划与涂装质量检测中的研究进行综述.首先,对喷涂系统在现代产品制造中的快速发展所面临的机遇、挑战和机器视觉技术进行介绍;然后,综述基于机器视觉技术的喷涂机器人轨迹规划和涂装质量检测的研究成果,对基于机器视觉的喷涂机器人轨迹规划方法,包括待喷涂工件的三维重建、基于点云数据的喷涂轨迹自动规划和基于视觉伺服的喷涂轨迹补偿进行分析和讨论,并重点介绍机器视觉在涂装质量检测中的应用与研究现状,从数据增强和模型选择两个方面,对不同任务中基于深度学习的涂装质量检测算法性能的改善提供潜在解决方案;最后,总结与展望机器视觉技术在喷涂机器人轨迹规划与涂装质量检测中的研究方法和思路,为喷涂系统朝着智能化、柔性化的方向发展提供参考.     

基于FPGA+DSP的智能车全景视觉系统

为实现智能车全景视觉系统的应用研究平台,设计了一种基于FPGA+双DSP的实时6通道数字图像采集与处理系统.该系统由两片FPGA与两个DSP组成.第一个FPGA进行多通道视觉图像采集的同步控制、逻辑处理,第二片FPGA辅助DSP进行海量图像数据的高速并行处理.两个ZBTSRAM芯片作为数据输入和输出的高速缓存,每通道的...     

基于双目视觉的气动式乒乓球发球机发球轨迹检测方法

针对传统气动式乒乓球发球机的轨迹检测方法检测误差大,存在着乒乓球的落点不理想的问题,提出基于双目视觉的气动式乒乓球发球机发球轨迹检测方法。首先根据摄像机参数建立旋转矩阵,基于双目视觉技术将旋转矩阵处理为投影矩阵,根据矩阵约束条件降低选位误差,标定检测点位;其次考虑发球机的发球方式,计算乒乓球在旋转过程中,旋转力道打破不旋球的平衡受力时所承载的各项阻力;最后建立球体运动状态下的轨迹模型,引入衰减系数,降低轨迹检测误差,以此实现基于双目视觉的气动式乒乓球发球机发球轨迹检测。实验结果表明,与传统检测方法相比,所研究的方法得到的球体落点更加精准,控制误差效果较强,可适用于发球机发球轨迹实际检测。     

yoyo运动的实时轨迹生成

基于NTG（Nonlinear Trajectory Generation）软件包提出了一种机器人yoyo运动实时最优轨迹生成的通用方法,即数值解法,该方法也可以应用于其他类似周期性动态系统的轨迹规划问题。对于这类系统的实时最优控制来说,一个最为关键的问题就是如何实现快速求解最优轨迹,以满足实时性要求。而传统的数值求解方法都很费时。通过把最优问题映射一个较低维的空间进行求解,并且利用多线程编程技术,大大减少了计算所用的时间。仿真结果显示所求得的数值解与解析解完全相同,这也验证了该方法的正确性。单循环yoyo仿真的计算时间为10 ms左右,这表明该方法完全可以应用于实时控制。     

基于误差映射的无线传感器网络同步精度测试方法

传统的时间同步精度测试方法使用查询的方式需要占用无线网络资源,有可能影响系统正常运行。为此设计了基于误差映射的同步精度测试方法。通过使用FPGA对节点对应端口变化监测获得节点间时间同步误差的变化,从而避免了对无线通信资源的占用。实验结果表明,与传统方法相比,该方法可以获得更加实时的测量结果,而且使用更加灵活、方便。     

Position-based force tracking adaptive impedance control strategy for robot grinding complex surfaces system

As a key technology of robot grinding, force control has great influence on grinding effects. Based on the traditional impedance control, a position-based force tracking adaptive impedance control strategy is proposed to improve the grinding quality of aeroengine complex curved parts, which considers the stiffness damping environmental interaction model, modifies the reference trajectory by a Lyapunov-based approach to realize the adaptive grinding process. In addition, forgotten Kalman filter based on six-dimensional force sensor is used to denoise the force information and a three-step gravity compensation process including static base value calculation, dynamic zero update and contact force real-time calculation is proposed to obtain the accurate contact force between tool and workpiece in this method. Then, to verify the effectiveness of the proposed method, a simulation experiment which including five different working conditions is conducted in MATLAB, and the experiment studying the deviation between the reference trajectory and the actual position is carried out on the robot grinding system. The results indicate that the position-based force tracking adaptive impedance control strategy can quickly respond to the changes of environmental position, reduce the fluctuation range of contact force in time by modifying the reference trajectory, compensate for the defect of the steady-state error of the traditional impedance control strategy and improve the surface consistency of machined parts.     

基于单片机的高精度快速积分型AD转换器

针对现有积分型AD转换器存在转换速率较低的问题,提出了一种基于单片机的高精度快速积分型AD转换器的设计方案,详细介绍了AD转换的实现过程。该转换器采用单片机产生各种控制信号,保证了测量过程的精确同步,提高了AD测量结果的稳定性,最快转换速度可达500次/s。实际应用表明,该转换器转换速度快,测量精度高,达到了预期效果。     

快速实时工业以太网的研究

实时工业以太网技术不能满足高性能运动控制领域对高同步精度和强实时性的应用需求。为解决该问题,利用快速实时工业以太网(EPA-FRT)中的快速通信调度和精确同步技术提高网络系统的实时性和同步精度,给出EPA-FRT的6层通信模型及2层网络结构。性能测试结果表明,EPA-FRT系统的通信周期在1 ms内,同步偏差在1 μs内,能够满足高性能运动控制领域对网络通信的需求。     

适用于电网调控系统的轻量级容器技术实现

电网调控系统通过广播/组播方式同步应用状态,传统的开源容器网络无法支持,且传统开源容器体积较大,导致应用迁移和启动耗时长,不能直接用于电网实时调控系统。同时开源容器不支持网络带宽限制,不满足实时系统的可靠性要求。通过研究现有容器技术的实现原理,提出一种轻量级的容器技术,能满足电网实时调控系统的数据同步要求。通过研究虚拟网桥技术实现了跨物理宿主机的广播/组播通信;结合Linux流量控制内核技术和控制组内核技术实现容器网络带宽限制;并通过对私有数据的封装降低容器体积,实现轻量化。最后通过测试验证,该轻量级容器在支持组播/广播通信的同时具备带宽限制的功能,且体积小,迁移快速方便,启动性能上优于传统容器。     

基于转速反馈的动力翼伞纵向串级控制

为提高动力翼伞纵向跟踪效果,并针对现有模型及控制方法的局限性,着眼于实际飞行试验,提出一种基于转速反馈调节的串级自抗扰控制策略.首先在动力翼伞纵向模型的基础上,改进引入无刷直流电机模型,并利用转速测量装置实时更新电机转速信息,应用最小二乘法拟合电机转速与螺旋桨静推力的非线性关系.设计纵向轨迹控制器,内环实现对电机转速的...     

基于ATmega128的多参数室内环境监测仪的设计与实现

为了有效克服目前国内的环境监测仪器可测参数单一、不能实时监测环境的变化、采集精度低以及无报警措施的缺点,研制了基于ATmega128单片机技术和传感器技术的室内环境监测仪.多参数室内环境自动监测仪能够对温湿度、CO、甲醛、CO2、SO2,以及可吸入颗粒等多参数进行动态测量、实时分析、自动分等级报警,并根据测量结果,采取相应的反馈动作.已对监测仪的各个模块进行软硬件调试,系统工作稳定,参数的测量误差均在允许范围之内,可投入使用.     

一种基于弹道曲线模型的脱靶量测试方法

针对传统的脱靶量测试设备体积庞大、不便移动且测试成本高等缺点,提出了一种基于弹道曲线模型的双目立体视觉的脱靶量测试方法。研究了摄像机的成像模型及坐标系变换,分析了摄像机标定的一般方法,构建了摄像机标定模型,并推导了标定参数的表达式。基于双目立体视觉测试技术设计了弹道曲线模型的弹丸脱靶量测量系统,其测量过程简单且标定结果稳定,可实现弹丸运动目标的快速检测,通过对运动目标的空间定位和轨迹拟合实现了脱靶量的测试。实验结果表明:弹道直线模型和曲线模型均能简便地求解飞行弹丸脱靶量,后者比前者更贴近实际弹丸飞行轨迹,可获得更高精度的脱靶量,弹道曲线模型的脱靶量平均绝对误差(MAE)比直线模型降低了大约一半。     

Distributed control and speed sensorless for the synchronisation of multi-robot systems

This paper investigates a synchronization approach to trajectory tracking of networked robotic systems while maintaining time-varying formations. The objective is to control networked robots to track a desired trajectory while synchronizing their behaviors. Combining trajectory tracking and synchronization algorithms, the developed approach uses a cross-coupling technical to create interconnections for mutual synchronization of robots. The main objective of distributed approach is to generate an emerging behavior using only local information interactions. First, a distributed scheme is developed to achieve the networked robots synchronization on undirected graph. Then, the leaderless synchronized tracking problem in the case when only position measurements are available, will be presented. For both cases: In the presence of the velocity feedback or in its absence, the controller, designed by incorporating the cross-coupling technical into a sliding mode control architecture, successfully guarantees asymptotic convergence to zero of both position tracking and synchronization errors simultaneously. The Lyapunov-based approach has been used to establish the multi-robot systems asymptotic stability. A real-time software simulator is developed to visualize the synchronized behaviors. Based on LabVIEW integrated development environment (IDE), a developed human-machine-interface (HMI) allows its user to control, in real time, the networked robots. Simulation and experimental results are provided to demonstrate performances of the proposed control schemes.