基于PLC的水泵智能控制及能耗监测系统设计

传统的水泵控制方式往往需要手动操作,并且存在可靠性低、备用泵闲置浪费等问题。基于此,本文基于PLC控制原理,研究了水泵智能控制及能耗监测技术,从供水方法、系统构造等方面较为详细地阐述了系统的设计思路以及应用前景。     

基于IGPS和麦克纳姆轮的AGV导航控制系统设计

目前常规使用的舵轮和差速轮自动导引车（automated guided vehicle,AGV）的精度和灵活性低,无法满足在大型高端产品装配过程中精确定位和导航的要求。为了进一步提高AGV的导航精度和柔性,提出了一种基于IGPS （indoor global positioning system,室内全球定位系统）和麦克纳姆轮的AGV高精度导航控制系统。首先通过IGPS高精度定位和坐标计算获取IGPS接收器的位置坐标,其次采用车体中心提取算法和坐标转换矩阵实现接收器坐标位置到车体中心坐标的转换,最后通过对全向移动AGV的建模,采用模糊PI控制方法对AGV的路径偏差进行纠正,实现AGV的精确定位和循迹导航。利用Simulink对模糊PI控制和传统PI控制进行仿真分析,结果表明,相对于传统PI控制,模糊PI控制响应速度快,调整曲线更平滑。同时,在基于IGPS的AGV试验平台进行试验,采用激光跟踪仪对AGV重复定位位置进行测量,结果显示定位精度达到±0.2 mm。研究结果对提高AGV的高精度定位能力具有借鉴意义,也为后续可移动机器人加工模式的研究提供参考。     

基于机器视觉的VVT发动机转子缺陷检测系统设计

针对目前工业生产线上的VVT（variable valve timing,可变气门正时）发动机转子存在尺寸误差和外观缺陷等问题,大多数工厂采用人工方式来测量尺寸和检测缺陷,但人工测量和检测的精度易受外部环境和主观意识的影响,从而产生过检和漏检。为此,设计了一种基于机器视觉的VVT发动机转子缺陷检测系统。首先,针对VVT发动机转子凸台外边缘磕碰点对外径测量的干扰,提出一种基于梯度特征和位置序列的磕碰点检测算法,先通过分析轮廓点的距离-位置序列、梯度-位置序列曲线来筛选并去除凸台外边缘的磕碰点,再采用最小二乘法对筛选后的轮廓点进行圆弧拟合以实现外径测量。然后,针对VVT发动机转子端面上的划痕、划伤等缺陷,提出一种基于改进HOG（histogram of oriented gradient,方向梯度直方图）特征的SVM（support vector machines,支持向量机）分类算法,先采用连通域分析方法得到待检测的目标区域,再提取目标区域的改进HOG特征,并利用SVM进行分类,以实现端面缺陷的检测。实验结果表明,所设计的缺陷检测系统在测量VVT发动机转子外径时的绝对精度可达到0.01 mm,且能够准确地筛选出凸台外边缘的磕碰点;因改进的HOG特征优于传统的HOG特征,所设计的缺陷检测系统在检测转子端面缺陷时具有较低的过检率和漏检率。综上可知,基于机器视觉的VVT发动机转子缺陷检测系统可实现外径的精确测量和外观缺陷的有效检测,基本满足工业检测要求,具有较高的实用价值。     

基于CFD-DEM耦合的水平井PDC钻头水力结构研究

钻采深层页岩气的水平井段多为泥岩、页岩等黏性地层,为提高钻井效率和减少钻头泥包的发生,必须保证井底岩屑被快速运移,这对PDC （polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片）钻头的水力结构提出了要求。为此,基于CFD-DEM （computational fluid dynamics-discrete element method,计算流体动力学-离散单元法）耦合方法,对水平井PDC钻头井底流场进行数值模拟分析,并以岩屑滞留量和岩屑运移比作为评价指标,对直径为152.4 mm的五刀翼PDC钻头的流道形状、喷嘴数量、喷嘴排布方式及喷嘴直径等水力结构参数进行分析。最后,对水力结构改进后的PDC钻头进行现场应用。数值模拟结果表明：流道形状为抛物线型的PDC钻头具有更好的携岩性能;在总喷射面积相同的情况下,PDC钻头应采用较少数量的喷嘴;喷嘴等径排布的PDC钻头的携岩性能优于非等径排布的;在一定范围内,适量减小PDC钻头喷嘴直径有利于岩屑运移。现场应用结果表明,在同区块、同地层的多个水平井段钻进时,水力结构改进后PDC钻头的钻井效率更高。研究结果可为PDC钻头结构优化提供参考。     

集成AD和TRIZ的箱式电梯防疫功能创新设计

箱式电梯狭小空间内人员之间大量的间接接触给2019冠状病毒病的传播带来了隐患,如何抑制病毒在电梯中生存和传播成为亟待解决的问题。为此,通过分析公理化设计（axiomatic design,AD）和发明问题解决理论（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch,TRIZ）这2种创新设计方法的优缺点,面向突破性设计、适应性设计和变参数设计等不同的设计类型,提出了集成AD和TRIZ的创新设计方法。首先,对产品的功能需求进行分析,以确定其归属的设计类型,并利用AD理论对功能需求进行分解,采用TRIZ构建功能-结构树。然后,对初步确定的设计方案进行耦合判断,并利用TRIZ进行解耦,经多次迭代求解后得到最终的设计方案。以传统箱式电梯的公共交互控制面板和密闭运载轿厢为研究对象,面向阻止病毒传播和消杀病毒的功能需求,采用集成AD和TRIZ的创新设计方法对箱式电梯的防疫功能模块进行设计,最终为传统箱式电梯设计了非接触式交互控制模块和分条件消毒灭菌模块。创新设计实例在从传统的机械结构设计拓展到新型的人机交互模式设计方面做了有益的尝试,验证了集成AD和TRIZ的创新设计方法的可行性。研究结果可为产品新功能模块的概念创新设计提供有效的理论支撑。     

基于STM32的金属管道弱磁信号采集系统设计

针对现有金属管道弱磁信号采集方法的数据处理烦琐问题,基于弱磁信号检测技术,利用HMC1001、HMC1002磁阻传感器和STM32F407芯片,搭建了一套集数据采集、数据处理和数据分析于一体的弱磁信号采集系统。首先,介绍了弱磁信号的采集和传输过程;然后,对弱磁信号采集系统的硬件进行了设计,并引入滤波算法和压缩算法,编写了相应的数据处理与分析程序。通过设计的硬件电路和数据处理与分析程序,实现了金属管道弱磁信号的采集、传输、滤波、压缩、存储和实时显示等功能。现场验证结果符合所设计的弱磁信号采集系统的预期,表明该系统具有实用价值。     

框架式3D建筑打印机控制系统设计

针对传统建筑施工存在工作环境恶劣、劳动强度大以及异形构件的制造需要预制模具且难以实现个性化设计的问题,设计了一种框架式3D建筑打印机。首先,考虑到系统的可扩展性,采用STM32H750芯片作为核心控制器,并结合伺服驱动单元设计框架式3D建筑打印机控制系统的硬件结构。然后,提出基于梯形加减速控制的速度前瞻处理方法来规划打印速度,通过分析打印轨迹拐点的角度及其前后运动段长度的限制条件来确定拐点处的最佳打印速度。最后,引入RT-Thread嵌入式操作系统来进行打印任务管理和调度,以提高控制系统的稳定性,并设计了人机交互界面。测试结果表明：采用速度前瞻处理方法的框架式3D建筑打印机的自动化程度和打印效率较高,其可以稳定地打印形状各异的建筑构件,且混凝土成型均匀,无断料或积料。所设计的打印机为混凝土建筑构件的智能化制造提供了一种新方法,具有良好的工程应用价值。     

AUV水下对接系统设计与接驳控制方案研究

为了实现自主水下机器人（autonomous underwater vehicle,AUV）稳定、准确、高效地完成水下对接,提出一种导向罩开合式水下对接装置。针对该装置对接结构的特征所决定的AUV入坞运动的控制要求,考虑到在入坞阶段前向运动起主导作用,分别建立了在静对接、悬浮对接和拖曳动对接三种应用场景下AUV对接系统的动力学仿真模型,重点分析了AUV对接系统在对接时受到的水动力和碰撞力。基于ADAMS （automatic dynamic analysis of mechanical system,机械系统动力学自动分析）和控制仿真软件MATLAB/Simulink联合搭建的水下对接仿真系统,进行在不同接驳控制方案下静对接、悬浮对接和拖曳动对接效果的仿真分析与对比。分析结果表明：在位置-速度闭环控制下,对接能耗、碰撞次数和最大碰撞力均为最小,对接耗时比传统的位置闭环控制减少约50%;在拖曳动对接场景下,在位置-速度闭环控制下对接系统实现了良好的变速跟踪,有利于AUV快速对接。该AUV水下对接系统适用于不同的对接场景,方便无人艇搭载并对AUV进行布放与回收,有利于革新海洋无人系统跨域协同作业模式。     

计量全覆盖的建筑分项能耗监测系统

0引言节能减排是我国当前及未来发展所必须面临并亟待解决的重大问题。从我国能源消耗结构来看,建筑能耗约占社会总能耗的1/3左右。据住建部的统计数据显示,国家机关办公建筑及大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%,但年耗电量约占     

企业能源消耗监测平台研究

为了解决目前企业普遍存在的由于用能结构不合理导致的能源大量浪费的状况,在企业建立起数字化能源消耗监测平台,同时利用建立专家型能效分析算法,帮助企业在准确获取动态在线能源消耗参数的基础上合理调度、利用能源,将能源浪费降到最低.通过实验表明,系统具有成本低、高可靠、低功耗、环境适应能力强等诸多优势,具有广泛的应用前景.     

长沙市住宅建筑冬季逐时能耗实测及能耗特征研究

对长沙市两户住宅从2006年12月1日到2007年2月28日期间的整个冬季建筑能耗进行了详细的逐时测量，对得到的数据按照用途进行了分类与处理，统计处理后得出了住宅能耗的几个特点：（1）冬季住宅能耗中热水与炊事的能耗是最多的，高于空调和照明其他能耗。（2）两户都有因设备的待机而消耗的电量，说明居民的生活方式与节能有很大的关系。（3）通过对两户炊事与热水的能耗的详细比较，得出冬季采用燃气热水器比电热水器节能。同时针对能耗特点提出了几点节能建议。为有关部门进行能源的政策调整和规划提供参考依据。     

基于ARM-WINCE的音视频监控系统设计

监控系统在工业生产和日常生活中有着广泛的应用,设计了一种采用嵌入式处理器与嵌入式操作系统相结合的音视频监控系统。系统硬件平台由CCD图像传感器、GO7007SB视频编码器、S3C2410嵌入式处理器组成,负责视频数据的采集和MPEG-4压缩编码;软件平台采用Windows CE 5.0作为操作系统,软件实现了数据流的RTP封装和发送。详细论述了系统设计、硬件设计和软件设计,实际运行效果表明该系统稳定可靠,能较好地满足监控要求。此设计架构可大大降低开发难度,缩短开发周期,具有很好的可维护性和性价比。     

基于温频（BIN）法对蒸发冷却空调系统季节能耗的研究

根据蒸发冷却空调系统的特点,提出以温频（BIN）法作为分析蒸发冷却空调系统季节运行能耗的理论基础,并介绍该理论的具体方法;结合实际工程,对西宁地区运用蒸发冷却空调系统的季节能耗进行分析。     

基于单片机的蜂箱蜜蜂监测系统设计

针对蜜蜂养殖业及科学研究中存在的蜂箱内蜜蜂数量监测困难的问题,提出一种用于监测蜂箱中蜜蜂数量的监测系统。系统采用STC89C52单片机作为控制核心,用光电传感器H42B6感应外界光线的变化,通过触发单片机的外部中断识别蜜蜂的经过,根据触发顺序判断蜜蜂的进出方向,通过单片机进行数据处理,并将处理后的数据送入串口,最终通过串口调试工具显示在上位机界面上。实验结果证明:该系统能精确地统计出蜂箱中蜜蜂的进出数目,给养蜂者的管理提供准确依据。     

基于CAN总线的电梯远程监控系统设计

分析了CAN总线技术的优点,提出了基于CAN总线组建电梯远程监控系统的方法,并通过对系统的数据采集,适配器软硬件设计,监控软件设计等方面论述了系统的实现.同时也讨论了使用USB2.0对系统扩展能力的影响.该系统运行稳定高效,大大缩短电梯故障维修的反应时间,人机界面友好,具有良好的可扩展性.     

基于ARM的室内空气质量监测仪的设计

为了实现对甲醛、甲苯、水煤气、天然气、液化石油气和常见燃气的浓度进行实时监测,设计并实现了以ARM处理器S3CA4B0x作为硬件核心,μC/OS-Ⅱ实时操作系统为软件平台的室内有毒有害气体浓度实时监控的嵌入式系统.经过测试,该系统性能稳定,测量精度高,操作简单,功耗低,造价低,具有广阔的市场前景.     

ZigBee技术的汽车胎压监测系统设计

针对目前直接主动式汽车胎压监测系统处理器与射频芯片分开设计、433 MHz无线频率造成的系统体积大、无组网、抗干扰能力弱等关键技术问题,设计了一种基于无线传感器网络的直接主动式汽车胎压监测系统.其中系统采用ZigBee首款SOC单芯片CC2430,无线通信频率为2.4 GHz.软件设计上改进了ZigBee通讯协议CSMA/CA机制,这样既能有效避免各轮胎监测节点发送数据的冲突,又能降低系统能耗、延长网络寿命.该系统能够实时自动监测轮胎内部压力、温度等状态信息,从而有效地保障了汽车行驶安全.     

Android平台的NFC与Wi-Fi Direct文件传输系统的设计

针对传统文件传输系统需用户进行繁琐的搜索、配对及连接导致建立连接耗时长的问题,提出了一种采用近场通信(Near Field Communication)传输设备参数辅助建立设备Wi-Fi Direct快速连接的方法,该方法减少了建立连接所需时间和功耗.系统基于模块化思想设计了无线通信、数据传输和人机交互等功能模块,采用Wi-Fi Direct点对点无线通信方式,建立了基于TCP的Socket网络通信,实现了在较远的距离以较高的速率传输数据的功能.经验证,传输系统的连接时间和传输速率具有明显优势,稳定可靠,具有良好的用户体验.     

基于物联网的电梯实时监测系统设计

针对目前电梯监测方法繁杂、工作效率低等问题,引入惯性捷联系统,并介绍了基于物联网的电梯实时监测系统的硬件结构和软件流程。运用惯性捷联原理,提出判断电梯运行状态的算法;引入物联网,实时获取、保存、查询及分析电梯运行状态,及时实现电梯与人的信息交互;引入无线射频系统,准确获取电梯特殊标志信息;选用MC52I无线模块,远程语音安抚被困人员情绪。现场调试证明系统工作稳定可靠,各项指标均达到设计要求。