六足仿生机器人的设计与实现

所述六足仿生机器人基于SoC FPGA平台实现,结合了机械结构设计、六足步态控制、蓝牙传输技术、弯曲传感器、OpenCL图像处理加速、VR显示等诸多技术。ARM部分作为主控,存储摄像头视频图像,并调用FPGA模块对图像处理加速,通过路由器架设的局域网向VR眼镜输出视频流信息。FPGA部分用于接收蓝牙信号,驱动机器人手臂运动,摄像头拍摄角度切换以及六足行进。实际操作时操作者需佩戴自制的数据手套和VR眼镜。操作数据手套上的方向按键可控制机器人移动。数据手套的每个手指上安装有弯曲传感器,用于控制机械手臂跟随人手实时运动。VR眼镜中放置一个智能手机作为显示终端,实时显示机器人摄像头获取的画面。经过多次实际测试,操作者佩戴VR眼镜及数据手套均可远程操控机器人抓取置于复杂地形中的水瓶。     

基于SoC FPGA异构平台的魔方快速还原系统设计与实现

本设计基于SoC FPGA异构平台,充分利用FPGA和HPS各自的优势,实现了一套高性能的魔方快速还原系统。系统由开发板,魔方还原机械结构,CCD摄像头以及VGA显示器组成。FPGA端实现摄像头图像采集和魔方色块RGB值的获取；HPS端完成颜色识别,运用二阶段算法还原魔方,然后将还原步骤编码之后回传给FPGA,由FPGA中的并行舵机控制模块实现对魔方还原机械结构精准快速的控制,从而完成实体魔方的还原。测试结果表明,对于任意随机打乱的三阶魔方,整个识别以及还原过程在一分钟内完成。     

一种新的2.45GHz频率综合器设计与实现

提出了一种新的基于数字FLL的高速、低功耗2.45GHz频率综合器结构,它由鉴频器、数字控制电路、电流控制振荡器组成.它采用高速鉴频器对振荡器输出信号计数实现鉴频,数字控制电路根据鉴频结果调节振荡器输出信号频率来实现输出信号频率与目标频率的锁定.高速分频器基于异步计数结构,降低了内部模块工作频率,使得系统性能稳定;数字控制电路采用逐次逼近算法,使得锁定速度快;基于差分电流饥饿延迟单元的电流控制振荡器采用电流-电容双控模式,使得输出频率调节范围宽、精度高.该电路结构简单,易于实现,版图面积为13 200μm2.在0.18μm工艺下,仿真结果显示,其锁定时间为14μs;输出频率调节范围为1~4.5GHz;输出频率锁定2.450GHz;功耗为4.622mW.     

一种温度系数低于1×10-6/℃的带隙基准电压源

提出了一种温度系数低于1×10-6 /℃的曲率补偿带隙基准电压源。采用正温度系数电压对具有互补温度系数的BJT射-基极电压进行1阶补偿,向BJT射极注入互补温度系数电流,在输出电流中引入曲率正补偿项Tln T,以实现高阶温度补偿。同时,提出了一种新型曲率补偿的低压实现电路。基于标准0.18 μm CMOS工艺进行电路设计。仿真结果表明,在-40 ℃~125 ℃范围内,常压、低压带隙基准电压源的温度系数分别为3.48×10-7 /℃和4.73×10-7 /℃,电源抑制比分别为-73 dB和-60 dB,最大消耗电流分别为22 μA和19 μA。该新型低压曲率补偿带隙基准电压源的工作电压为0.9 V,面积为0.019 8 mm²。     

人体姿态识别算法在视觉人机交互中的应用

针对当下视觉人机交互应用中所面临的识别过程复杂,交互效率低等一系列问题,提出了一种基于人体构造的姿态识别算法。利用该算法和软硬协同的设计思想,在FPGA平台上实现了一套运用视觉感知进行交互的机器人控制系统。图像采集模块获取双摄像头的画面,图像预处理模块完成降噪和冗余帧的去除,关节识别模块实现对人体皮肤和关节处颜色标记的检测;得到的关节位置信息送入软核,运用空间向量模型识别出肢体动作。最终将识别结果编码后通过蓝牙传输给远端机器人。实际测试表明,该算法能快速准确地识别出绝大部分基本的肢体动作,机器人能实时跟随人体简单运动。     

一种用于GFSK信号解调的自校准时间数字转换器

设计了一种用于解调GFSK信号的时间数字转换器(Time Digital Converter,TDC),该时间数字转换器主要由延时链、D触发器、延时校准电路等组成.TDC对中频信号进行采样,将信息从频率信号转换到二进制码.延时校准电路保证延时单元的延时准确.TDC采用TSMC 0.18μm CMOS工艺实现,版图面积为0.08mm2.仿真结果表明,TDC的最大微分非线性为0.07LSB,最大积分非线性为-0.17LSB,功耗0.9mW,最大抗频率失调范围为±350kHz.     

一种基于PUF的两方认证与会话密钥交换协议

提出了一个轻量级的两方认证及会话密钥交换协议,在一个拥有PUF实体的密码设备（Device）与服务器（Server）之间进行安全认证并建立共享会话密钥。协议采用了模糊提取器来进行认证和密钥提取,同时使用伪随机函数和异或加密来进行消息认证和通信数据加密,有效降低了执行开销。协议中Server只需要获取并存储Device中PUF的一条激励-响应信息,用于后续的密钥更新与交换,避免了因采集大量的激励-响应信息而带来的存储资源的消耗和数据泄露隐患。分析表明提出的协议实现了双向认证和可靠的密钥交换,能够抵抗窃听攻击、篡改攻击、中间人攻击、DOS攻击、建模攻击、物理探测攻击等各种攻击技术。     

一种基于数据存储的流水SHA256硬件实现电路

提出了一种新型的基于数据存储的SHA256全流水数据迭代方式。在全流水SHA256结构中,数据压缩器中的状态寄存器每次更新时只需要计算A和E,而状态寄存器B-D和F-H则可以直接从前一轮中的A-C和E-G得到。且每轮新产生的A和E在经历四级流水传递后将不再被使用,因此A和E生命周期为4个时钟周期。在传统数据迭代的方式中,每次数据更新将会导致A-H共8组寄存器同时翻转。因此,为了减小寄存器的翻转次数,继而降低寄存器的翻转功耗,提出了一种存储方案,即采用锁存器存储每级新产生的A和E,当后级需要使用时,通过选择器选择前级锁存器存储的A和E数据,用于产生本级新的A和E。由此,在进行数据迭代时,每轮只有A和E两组存储器更新,从而可以降低电路的动态功耗。在所提方案中,采用锁存器代替触发器作为存储单元,同时通过由传输门构成的选择器来实现数据的选择。仿真结果表明:在28 nm工艺下,采用数据存储代替寄存器翻转后的SHA256全流水结构功耗降低约27.5%,面积减少约49.2%。     

基于物联网的自助洗车系统设计与实现

针对传统洗车低效率、高消耗等问题,设计实现了一套基于物联网技术的新型自助洗车机系统。系统分为洗车机终端和云服务器端两个部分。洗车机终端以STM32F103VET6作为主控芯片,并利用霍尔流量传感器获取水流量,实现流量计费。GPRS-SIM868模块可实现与远程服务器的无线数据通信,并通过搭载各类传感器采集洗车机的状态数据。同时,云服务器端与洗车机终端建立UDP通信,实现对洗车机终端数据的获取,并通过以Tomcat作为Web服务器、MySQL为数据库建立B/S架构的数据管理系统。用户可以根据洗车机终端LCD显示屏提供的信息,自主选择支付方式、洗车模式以及计费模式。同时,后台管理人员可以通过网络及时了解自助洗车机的相关信息,对洗车机进行实时监控与管理。     

MEMS惯性测量单元航姿更新中的测量误差估算方法

利用MEMS惯性测量单元测量载体的航姿,需要借助精密转台且较难精确估算测量误差,导致成本高误差大。针对该问题,该文利用卡尔曼滤波器在线估算载体的姿态和陀螺仪的偏置,提出一种优化航姿精度的测量误差估算方法。通过推导测量误差的数学模型,分析航姿精度随测量误差变化的关系,得到最优航姿时的测量误差值。采用一种MEMS惯性测量单元,测试载体沿任意轨迹匀速运动5 min的航姿。实验结果表明优化后载体的航姿与参考航姿保持一致,且最后静止时段载体的俯仰角、横滚角和航向角仅偏离参考航姿0.008°, 0.006°和0.6°。