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关键词： 嵌入式系统   智能服装   单片机技术   消防服   盲人服  

摘要： 作为一类多学科交叉技术融合的特殊类型服装,智能服装相较于传统服装的作用范畴更为广阔。目前针对智能服装的研究局限于某特定类别智能服装的设计研发,对服装的设计也注重于功能设计及实现,对服装整体设计流程及设计理念涉及较少。据此针对基于嵌入式系统的智能服装这一特殊服装类别,根据现有研究现状,剖析基于嵌入式系统的智能服装所需关键技术与器件,并据此进行该类别智能服装设计流程解析,提出一套可用于该类别智能服装的设计流程。流程划分为服装设计要点分析、服装载体设计、嵌入式硬件系统设计、嵌入式软件系统设计、嵌入式系统测试、服装与硬件结合设计、服装系统的测试与改进。利用该设计流程,设计并实现了一种可用于保护消防员人身安全及协助消防员协同合作的智能消防服。该消防服从消防员日常工作环境与工作特点入手,从服装舒适性、警示性、有毒有害气体监测、消防员协同合作等角度进行设计要点分析。从面料、服装结构等角度改善服装舒适性;以Arduino Lite处理器为核心,外扩气体监测模块、GPS、Wi-Fi、无线对讲、显示屏等模块,通过嵌入式软件设计后,使消防员与指挥人员可监测环境中有毒有害气体是否超过警戒值,同时可查看自己及队员间的实时位置,并提供对讲功能。经过测试,该消防服外层织物、防水透湿层织物、隔热舒适层织物的测试结果均符合相应国家标准;对有害气体的监测灵敏度高;在昏暗环境(光照强度0.5lx、1lx、5lx)均可达到“良好”的警示效果;相较于普通消防服,在主客观测试下舒适度更高,在七分制评分下评分高0.669;交互性能满足实际需求。服装功能完备,反馈机制完整,对保障消防员的人身安全具有积极作用。利用该设计流程,设计并实现了一种面向盲人出行难点的智能盲人服。该智能服装系统从服装警示效果、探路功能、摔倒监测、摔倒保护、未起身报警功能几方面进行设计。该系统硬件以Arduino Lite处理器为核心,利用距离传感器进行障碍物距离判定,在距离过近时使用蜂鸣器警示穿着者;利用三轴加速度传感器及SVM算法,对摔倒的判定进行阈值核算;利用高压二氧化碳气瓶及气囊,在摔倒时保护盲人颈部、胯部、手肘、膝盖等部位;结合GSM模块,在穿着者未能及时起身时将定位信息发送至监护人手机或网页端,以保护穿着者人身安全。测试结果显示,盲人服相较于普通服装在厚重感、宽松感方面的舒适性差;盲人服在距离20m以内的昏暗环境中具有“良好”评分的警示效果;服装探路功能对左右障碍物辨识度可达100%;设置传感器合加速度与合角速度阈值为2.8G及60deg/s时,系统对摔倒判定成功率可达100%;未起身报警功能可有效保护无法自行起身的穿着者,并可通过短信与网页显示及时通知监护人。

关键词： 教学   码表   自行车   STM32   GPS   ANT+  

摘要： 结合单片机技术和无线电协议的教学,开发了一个先进码表产品。描述了一个基于STM32F407的自行车码表系统。系统通过GPS模块接收并记录设备持有者的移动速度、坐标和海拔等。系统中的n RF24ap2芯片模块支持ANT+协议,通过ANT+协议能与使用相同协议的其他产品配对,接收运动员心率、功率等信息。系统通过LCD显示屏实时更新信息。

关键词： 实验教学   单片机   案例研究  

摘要： 物理实验是高中物理教学内容的重要部分,是辅助学生理解知识的重要手段,也是提高学生学习物理兴趣的重要方法。目前,在我国大多数高中学校物理实验教学中,受成本的制约,采用的电磁学方面的仪器往往存在精度不高,操作不方便,物理现象不明显等缺点,导致学生学习兴趣不高,教学效果不好等弊端。本文在传统的高中物理电磁学实验教学中引入单片机技术,来提高测量精度,优化操作过程,突出物理现象,激发学生兴趣,提升学生的物理核心素养。本文综合利用文献分析法、问卷调查法、案例分析法,对单片机技术应用于高中物理电磁学实验教学进行了案例研究,创新提出了单片机技术应用于高中物理电磁学的六个原则和三个方法。六个原则为科学性原则、直观性原则、安全性原则、准确性原则、经济性原则和操作方便性原则。三个方法为替代法、创新法和移植法。依据以上原则与方法,本文精心设计了高值电阻测量、非线性元件伏安特性测量和螺线管磁场测量三个教学案例。在“高值电阻测量”案例中,我们利用单片机与继电器等元件制作了一个智能控时开关,大幅提高了实验的精度。在“非线性元件伏安特性测量”案例中,利用单片机与高精度模数转换器等元件制作了数字电流表与电压表,消除了传统物理实验中的内接法、外接法带来的实验误差。在“螺线管磁场测量”案例中,利用单片机与霍尔传感器等元件制作了一个特斯拉计,使学生可以定量的测量磁感应强度。实践证明,使用本研究设计的教学案例以后,实验效果非常良好,学生的学习兴趣有了明显的提升。期望本论文的研究工作能够给一线物理教师在物理实验教学方面提供一些借鉴作用。

关键词： 校企合作   项目载体   职教“金课”   单片机技术  

摘要： 以国家政策、学生需求和新技术新工艺为课程建设原则;以小微企业机电设备控制系统设计、测试、安装和调试为课程目标;以满足需求、激发兴趣和具备挑战性为原则来选择教学载体;线上学单片机技术和C语言程序的知识、系统调试方法,线下训练单片机控制系统设计调试技能;微课视频中,教师与学习者互动、与教学内容互动,课程有温度;有企业工作经历的教学团队对课程内容和教学方法有明显的促进作用。

关键词： 无人船   运动控制   LOS制导律   遗传算法   PID   单片机技术  

摘要： 无人船作为一种自动化、无人化的智能终端越来越受到人们的关注,一方面因为我国水系面积广阔且水资源丰富,需要智能设备对水资源和生态系统进行管理、监控以及保护,无人船的应用不仅可以解放人力,还可以提供更加精准高效的作业。另一方面,我国海洋科技强国的发展战略目标是将我国从海洋大国建设成为世界海洋强国,无人船作为海洋科技领域研究的热点,在技术领域的突破与创新举足轻重。基于此,本文对小型无人船运动控制的理论与算法展开了研究,并着重于该运动控制系统的实践与应用研究。本文在研究无人船运动控制问题时,主要采用了理论研究、仿真分析和实验验证相结合的方法,对数学模型、航向保持以及路径跟踪等关键问题上进行了深入研究,在此基础上设计出具有自主运动控制能力的无人船系统,完成了运动控制系统的硬件搭建与软件调试,最后通过仿真与实船试验去验证该系统的有效性和优越性。本文的主要工作内容与研究成果如下:(1)在构建无人船运动数学模型时,首先引出无人船平面运动基本方程,为了降低模型的复杂度,提高求解效率,在平面运动基本方程两端分别进行线性化处理,并通过纵荡与横摇、艏摇的解耦操作,简化其为三自由度的运动数学模型。在进一步的数学模型推演中,对无人船的流体力学导数进行无量纲化处理,最终得出无人船状态空间型线性数学模型。针对环境载荷干扰问题,引入符合均匀分布的白噪声作为干扰源,并建立的干扰数学模型使得无人船的运动控制更近于实际的运动控制过程。(2)在航向保持算法的研究中,根据传统LOS(Line of Sight,LOS)制导律的缺陷,即无法补偿因环境载荷对船的作用而引起的漂角,在制导环节中引入积分项形成ILOS(Integral Line of Sight,ILOS)制导律。为了使得无人船能够获得更好的回转性能,在积分项中采用变前视距离的策略。最后通过李雅普诺夫直接法进行稳定性分析,证明该航向保持算法在横向误差为零时渐进稳定。(3)在跟踪控制算法的研究中,针对PID(Proportional Integral Derivative,PID)控制器参数无法灵活调整的问题,提出一种基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化PID控制器参数的方法。在遗传算法的设计中,基于无人船的初始位姿状态产生初始种群,以此提高算法计算速度。同时,根据无人船的横向偏差与航向偏差建立目标函数,使得适应度函数的取值更为合理。(4)本文设计的运动控制器包含航向保持环节和PID控制环节,以ILOS制导律作为航向保持环节,以PID-GA作为控制环节。航向保持环节输出理想的航向角作为控制环节的输入,并最终输出推进器的转角。运动控制的仿真试验是在Matlab2019a环境下进行的,分别采用了传统方案与本文提出的控制方案进行跟踪对比试验,结果表明本文方案的优越性。(5)本文对无人船的实船运动控制系统展开了研发与设计,无人船实船系统由船载系统和上位机两部分构成。船载系统主要包括主控制器、卫星定位模块(Global Positioning System,GPS)、惯性导航模块(Inertial Measurement Unit,IMU)、无线通信模块以及执行机构,详细分析与研究了主控制器和各模块的工作原理、实际操作时的软件接口方式以及数据遵循的格式协议,并完成了软件设计、硬件搭建以及整机调试。上位机是基于MFC(Microsoft Foundation Classes,MFC)的框架进行功能开发的,可实现GPS卫星定位信息的获取与保存,使得无人船的动态信息可视化。(6)在上海海洋大学校内的静水湖泊进行了无人船的实船下水试验,本文预设了五个路径点构成一个闭合的不规则路径作为无人船跟踪运动控制的期望路径。为了能够使得数据便于计算与可视化,将GPS卫星定位坐标进行了坐标转换,并用Matlab2019a进行了数据处理。在最终的实船试验中,无人船能够对预设路径点构成的多边形闭合路径进行跟踪控制,完成了目标航行任务。

关键词： 单片机技术   电气传动控制系统   自动化控制  

摘要： 本文主要根据单片机的强大优势进行阐述,并说明在电气传动控制系统的应用。由于传统的手动控制将退于幕后,自动化控制将在各个领域升起,得以分析出单片机技术之所以受到国内外重视,是因为它性能强大,能够实现智能化控制。随着时代发展和科学技术水平提高,单片机在生活中处处可见,可以应用于办公自动化和通讯交通等功能,几乎可以说是电子领域里最常见的一种应用。所谓单片机技术,它能够读写内存,以控制为主,十分实用方便。单片机受众广泛,目前还处于不断进行改革创新进程中,优势十分明显,比起容易发生事故的传统电气设备,单片机将替代于电气设备中传统系统中的线路控制技术。

关键词： 汽车组合仪表   CAN总线   MC9S12DP512  

摘要： 汽车组合仪表能够在汽车行驶过程中实时向驾驶员提供诸如车速、发动机转速、燃油量、发动机冷却液温度、各种危险报警等反映汽车工作状况的各种信息,是驾驶员与车辆进行信息沟通的重要媒介,对安全行车及控制油耗起到了至关重要的作用。本文系统介绍了以飞思卡尔公司的MC9S12DP512为控制核心、基于CAN总线的汽车组合仪表实现方案,并阐述了该系统的硬件电路设计及软件实现。

关键词： 单片机技术   智能电子产品   应用  

摘要： 随着我国城市化进程的不断加速与社会经济持续快速发展,电子产品的应用越来越广泛,电子技术迎来了前所未有的发展机遇.如何采取较为有效的方法和策略,进一步提升电子技术中单片机的开发与应用,已成为电子技术业界关注的课题之一.本文主要对单片机技术在当前智能电子产品中的应用做探讨,并对未来单片机与智能电子产品的发展做出展望.