基于ARM11的热力站远程水质监控系统设计

为实现对循环水水质的远程监测,设计并开发了一种基于嵌入式技术的热力站远程水质监测系统的监测终端。监测终端由水质传感器、GPRS模块、通信转换模块及嵌入式开发板组成。嵌入式开发板以ARM11系列的Tiny6410为硬件基础,并嵌入WinCE系统作为软件平台,同时加入SQLite数据库以实现将水质传感器采集到的氯离子、PH值、溶解氧等参数的本地存储、查询及图表显示。最后监测终端通过GPRS模块与数据中心建立无线连接,接收数据中心的配置命令,并将现场测得数据发送到远端数据中心。调试结果表明：远程监测终端实现了循环水水质远程监测的功能要求,对于实现水质自动化监测具有一定的理论意义和实用价值。     

基于大气多散射模型和超像素分割的图像去雾

通过分析大气粒子对光线的多次散射作用,利用大气点扩散函数作为卷积核,基于暗原色图像复原理论,建立了基于多次散射的雾天成像模型,并以函数形状相似性为依据,利用广义高斯分布定量估计出大气点扩散函数核函数在图像域下的相关参数.针对传统暗原色理论以固定大小图像区域估计透射率的不足,提出了基于超像素分割获得景深一致的图像分块方案,通过区域合并,获得更为精准的天空检测效果;基于暗原色先验理论分别估计天空和非天空区域的透射率,并对天空区域的透射率进行修正,不但减少了天空色彩失真,同时也消除了复原结果的光晕现象.本文从主观和客观两个方面将所提出的去雾方法和其他算法进行了对比,结果表明,本文提出的去雾算法能够在较短的运行时间内获得对比度较高、细节信息丰富的去雾结果,具有较好的鲁棒性.     

基于CAN总线的电气火灾远程监控系统

为了解决传统电气火灾监控系统在远距离数据通信时误码率高、总线上可连接的终端节点数量少、传输速率低等问题,设计了一种基于CAN总线及STM32F103单片机的电气火灾远程监控系统。给出了系统的整体框架及其组成,重点阐述了火灾终端监控设备的硬件及软件设计思路,制订了火灾监控设备与上位机的通信协议。系统实现了消防联动设备的工作状态、被监控设备的供电电压、电流,被保护用电设备的剩余电流值,以及用电设备工作的环境温度的实时监测,并通过CAN总线将监测状态实时传输到远端计算机。在实现火灾监控的基础功能上,增加了通过现场总线与现场其它监控设备通信的主机功能。测试结果表明,系统在远距离数据通信时传输速率提高、增加监控节点的情况下,系统间的数据通信误码率非常低。     

基于物联网云平台及STM32F100的壁挂炉远程控制系统研究

物联网是未来网络技术的发展方向,针对物联网技术的广泛应用,设计并实现了基于Ayla云平台的壁挂炉远程控制系统,提出了以Ayla模块和Ayla云为核心的远程控制方案,展现了以“传统壁挂炉+Ayla云平台”的远程控制模式,利用移动互联网技术,实现了让用户通过手机APP对家用壁挂炉进行远程控制及工作状态查询;在实验室环境下,重点实验了壁挂炉与Ayla云平台的通讯,结果达到了远程通信安全、即时的要求,并最终将文章介绍的控制及通信技术成功应用于某壁挂炉的物联网远程控制。     

基于DE算法和NURBS曲线的ICP-AES光谱基线校正方法研究

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析法是一种常用的溶液元素浓度分析方法,但在ICP-AES测量过程中,由于温度漂移、杂散光和仪器暗电流等原因,光谱往往会存在一定程度的基线漂移,导致元素光谱强度值的测量结果存在误差,进而影响元素浓度的定量分析结果,因此基线校正是ICP-AES分析法中的必要环节之一。对传统光谱基线校正方法进行简要分析,在此基础上设计了一种基于非均匀B样条曲线和差分进化算法的ICP-AES光谱基线漂移校正方法;首先验证了光谱信号中噪声的概率密度分布服从高斯分布,然后对原始光谱进行预处理,通过高斯滤波对光谱信号去噪;然后以光谱基线校正过程中极小值序列的标准偏差作为评价指标,以非均匀B样条曲线作为基线模型,以曲线的控制点序列C和内接点序列T作为评价函数特征参数,建立ICP-AES光谱基线校正评价函数,将光谱基线校正问题转换为求解评价函数特征参数全局最优解的问题;最后简要介绍了差分进化算法的流程,通过差分进化算法求解使得评价函数取得最小值时的特征参数的全局最优解,即非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T的取值,并以此拟合相应的非均匀B样条曲线作为光谱基线,实现...     

高光谱成像的多种类柑橘病虫药害叶片检测方法研究

影响柑橘生长的病虫药害种类繁多，目前的检测方法大多针对单一病症，开发基于高光谱成像和机器学习的多种类柑橘病虫药害叶片快速精准检测方法，对果园精准施药和柑橘产业健康发展具有重要意义。以果园自然发病的柑橘叶片为研究对象，包括柑橘正常叶（50片）、溃疡病叶（50片）、煤烟病叶（103片）、缺素病叶（60片）、红蜘蛛叶（56片）和除草剂危害叶（85片），采集350～1 050 nm波段内的高光谱数据。分别利用一阶求导（1stDer）、多元散射校正（MSC）和中值滤波（MF）方法对原始（Origin）高光谱数据进行预处理，对预处理后的高光谱数据采用主成分分析（PCA）和竞争性自适应重加权（CARS）算法提取特征波长，CARS降维得到的特征波长分别为10个、5个、12个和10个，4组PCA提取的特征波长均为7个，两种方法所得特征波长范围都集中在700～760 nm波段内。对全波段（FS）使用极限梯度提升树（XGBoost）算法，特征波长使用支持向量机（SVM）建立柑橘病叶多分类模型。采用XGBoost建立的检测识别模型有Origin-FS-XGBoost，1stDer-FS-XGBoost，MSC-FS-XGBoost和MF-FS-XGBoost，对6种病虫害叶片检测得到的整体分类准确率（OA）分别为94.32%，93.60%，95.98%和96.56%；SVM建立的检测识别模型为Origin-CARS-SVM，1stDer-CARS-SVM，MSC-CARS-SVM，MF-CARS-SVM，Origin-PCA-SVM，1stDer-PCA-SVM，MSC-PCA-SVM和MF-PCA-SVM，各模型OA依次为93.63%，90.26%，87.90%，91.95%，87.53%，90.82%，83.50%和90.98%。结果表明，以FS为输入的XGBoost模型识别率整体优于以特征波长为输入的SVM模型，MF-FS-XGBoost模型OA为96.56%，召回率（Recall）为95.91%，模型训练时间（Train-time）为63 s，综合性能最好；CARS-SVM建模效果优于PCA-SVM，在3种预处理方式下，CARS-SVM模型识别率均高于87%，PCA-SVM模型识别率均在83%以上。结果证实了，高光谱成像技术结合机器学习方法可实现多种类柑橘病虫药害分类识别，为柑橘病虫药害快速无损检测和防治提供科学依据。     

基于NIR和SOM-RBF网络的兰州百合关键营养物质定量分析方法

为了实现兰州百合关键营养物质蛋白质和多糖的快速无损检测,在12 000~4 000 cm-1光谱范围内采集了59份兰州百合粉的近红外光谱（NIRS）。首先运用SG、Normalize、SNV、MSC、Detrend、OSC、SG+1D、SG+Normalize、SG+SNV和SG+Detrend十种预处理方法对原始光谱数据进行处理,确定蛋白质的最佳预处理方法为SG+Detrend、多糖的最佳预处理方法为Detrend;然后运用CARS、SPA和PCA三种算法对预处理的光谱数据进行特征波长筛选,确定蛋白质和多糖的最佳特征波长提取方法均为SPA算法;最后采用PLSR法建立了兰州百合关键营养物质蛋白质和多糖含量的预测模型,结果显示,经过SG+Detrend_SPA处理所建立的蛋白质PLSR模型中,预测集相关系数R_p为0.810 6,预测集均方根误差RMSEP为1.195 3;经过Detrend_SPA处理所建立的多糖PLSR模型中,预测集相关系数R_p为0.810 9,预测集均方根误差RMSEP为2.0946。考虑到经典PLSR无损预测模型精度的限制,在该研究中提出SOM-RBF神经网络无损预测模型。首先利用SOM网络对数据样本进行聚类,然后将得到的聚类类别数和聚类中心作为RBF网络的隐层节点个数和隐层节点数据中心,以此来优化RBF的结构参数。在建立的蛋白质SOM-RBF神经网络模型中,预测集相关系数R_p为0.866 6,预测集均方根误差RMSEP为1.038 5;建立的多糖SOM-RBF神经网络模型中,预测集相关系数R_p为0.868 1,预测集均方根误差RMSEP为1.799 4。比较PLSR和SOM-RBF两种模型对两种物质的预测结果,确定了SOM-RBF神经网络模型为最优建模方法,最终确定在蛋白质检测中,最优模型为基于SG+Detrend_SPA_SOM-RBF建立的模型,模型的预测集相关系数较PLSR高5.6%,预测集均方根误差较PLSR低0.156 8;在多糖检测中,确定的最优模型为基于Detrend_SPA_SOM-RBF建立的模型,模型的预测集相关系数较PLSR高5.72%,预测集均方根误差较PLSR低0.295 2。研究结果表明,运用NIR和SOM-RBF技术可以实现对兰州百合关键营养物质蛋白质和多糖的快速无损检测,为今后快速无损检测兰州百合营养物质提供理论依据。     

基于ZigBee和STM32L的罐车液位监控系统设计

针对传统碳硫分析仪单片机控制频繁出现通信中断及接口单一的情况,以TMS320F2806数字信号处理器作为主控单元,设计了24位高精度ADS1224芯片模数转换电路、CH376 USB通讯电路以及W5500以太网通讯电路。在CCS2.0环境实现了TMS320F2806处理器对各功能模块的SPI程序控制。调用CH376 API函数、Socket套接字编程在VC++6.0平台分别测试了USB与以太网双接口数据传输性能。结果表明TMS320F2806与各功能模块电路设计准确、时序控制有效。数据分析的准确性与精密性可以满足在工业环境下铁基合金中碳量与硫量的测定。     

基于自适应粒子群算法的多峰谱线分离方法研究

电感耦合等离子体原子发射光谱分析法（ICP-AES）已成为一种常规的元素分析方法,但在ICP-AES分析过程中,大多元素的分析谱线会受到背景或其他谱线的重叠干扰,形成的光谱干扰严重影响了谱线分析的准确性,所以在元素的分析过程中,需要通过适当的光谱干扰校正方法才能得到合适的元素分析线。根据光谱强度具有叠加性的特征,利用谱图将谱线形状表示为Voigt线型函数加和的多峰谱线叠加模型,以多峰谱线叠加模型与目标谱线的均方根误差构建多元函数作为评价函数的数学模型,设计自适应粒子群优化（APSO）算法寻找分离谱线特征参数的最优解,APSO算法在标准PSO算法的基础上,引入压缩因子同时使得种群参数惯性权重根据粒子个体适应度值自适应变化以及学习因子线性变化,在算法迭代过程中协调粒子种群内全局搜索能力和局部开发能力,保证算法有效且迅速收敛,实现多峰谱线分离,减少干扰谱线的影响从而得到更精准的元素分析线。以ICP-AES检测器返回的含Pr元素溶液特征波长为390.844 nm和汞灯特征波长为313.183 nm两条谱线的光强AD采样值作为两组实测数据,以两个Voigt线型近似函数构成的三种不同重叠程度的叠加合成曲线作为三组模拟数据,在数据曲线上分别选取50个能够包含曲线全部特征参数信息的点作为数据点,通过对上述五组目标数据点进行APSO算法处理,结果表明APSO算法得到的多峰谱线叠加模型相关参数能够较准确地拟合出相应的目标数据曲线,目标数据点与拟合曲线函数值相对误差较低,算法表明能够有效扣除谱线重叠干扰,同组目标数据经过多次算法处理,选择最小的最优适应度值相应的特征参数向量作为Voigt线型函数相关参数,以此拟合出的多峰谱线叠加模型曲线精准度越高、相对误差越小。这种算法具有良好的收敛性和适应性,可应用于ICP-AES在元素定性、定量方面的分析研究。