集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

LoRa在树莓派上的应用

君谦

2022, 22(1): 1-6.

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业界论坛

面向工业应用的实时操作系统生态构建展望

邓庆绪

2022, 22(1): 7-8.

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技术专题—嵌入式系统深度学习的智力进化

基于深度学习的智能电网故障预警系统研究

冷迪, 陈瑞, 李英, 王旭勇

2022, 22(1): 9-12.

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为解决传统电网故障分类器无法准确获得故障线路的信息及定位故障的问题,本文提出了基于深度学习的电网故障预警系统。网络中增加由BIGRU提取的故障线路时间序列特征,从而提高分类器的精度。此外,通过注意力机制学习不同的故障线路或不同的故障状态的时间序列特征,从而加快网络学习效率。最后,将本文所提框架与LSTM、GRU、BILSTM、BIGRU等网络进行对比,本文所提方法预测准确率可达92.9%。

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技术专题—嵌入式系统深度学习的智力进化

基于深度学习的红外光热成像无人机巡检技术应用

李游, 龙伟迪, 魏绍东

2022, 22(1): 13-16.

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本文在人工智能的基础上利用深度学习结合红外光热成像技术对无人机巡检技术进行研究和优化。首先对红外光热成像技术在电力系统中的应用和无人机巡检技术进行了介绍;然后提出了基于卷积神经网络的目标检测算法,对卷积神经网络的计算原理以及目标检测算法进行说明,并设计了基于深度视觉系统的MobileNetV1YOLOv3网络预测模型。通过实测分析发现,基于深度学习的轻量级的目标检测网络预测模型定位误差在X、Y、Z三个维度上均低于GPS系统,最小误差仅为0.06 m。

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技术专题—嵌入式系统深度学习的智力进化

基于深度学习网络的智能交通信号控制研究^*

周滟

2022, 22(1): 17-20.

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本文设计了基于深度学习网络的智能交通信号控制系统。使用数据平滑方法消除交通流数据的趋势,利用由多个限制玻尔兹曼机模型构成的深度信念网络模型学习交通流特征,并结合支持向量回归预测短时交通流,根据预测结果和排队消散时间实时判断车流放行方向以及进口放行绿灯时间,实现智能交通信号控制。实验结果表明,分别将延迟时间和节点数设置为10 ms和45个,可获得更优异的短时交通流预测效果。

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技术专题—嵌入式系统深度学习的智力进化

基于多网络学习的人脸属性分类

宋梦媛

2022, 22(1): 21-24.

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为解决传统人脸属性分类训练效率低、模型参数量巨大等问题,本文提出了一种多网络学习框架。该框架包含两个子网络:人脸区域定位网络和属性分类网络,从而实现动态选择不同的人脸区域进行人脸属性预测。此外,本文提出了基于提示的模型压缩技术,在不明显降低准确率的前提下大大压缩网络参数。最后,通过仿真在CelebA人脸属性分类数据集上对所提方法进行性能分析,所提出网络模型平均分类准确率可达到90.89%,网络参数量仅为0.27M。

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专题论述

基于FPGA的小尺寸嵌入式高速存储系统设计

李林, 吴凡, 杨海学, 马亚辉, 何斌

2022, 22(1): 25-28.

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本文设计了基于FPGA和SATA SSD的小尺寸嵌入式存储系统,通过多路高速接口接收数据,采用DDR缓存、DMA仲裁传输和文件管理等技术,利用MicroBlaze软核实现系统运行和读写控制。测试结果表明,该系统体积小巧、功耗较低、使用灵活,可以实现高速数据稳定可靠存储。

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专题论述

面向未知环境的机器人动态路径规划算法研究^*

侯嘉瑞, 万熠, 梁西昌, 焦绪丽

2022, 22(1): 29-32.

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针对未知地图环境下侦察巡检机器人路径规划算法存在的运算耗时较高、响应慢等问题,提出一种适用于未知地图信息情况下的动态路径规划方法及避障策略。首先,改进跳点搜索算法的关键点生成方法,针对大地图动态环境下的搜索需求提出“指定动态跳点”策略;其次,针对“指定动态跳点”策略在凹型障碍物内不易脱离等问题,提出“重搜索”策略;最后,在凹障碍物环境下开展仿真与实验。实验结果表明:在实验环境下,所提路径规划算法能够在保证运行路径较短的同时,规划算法平均耗时降低73.86%,搜索节点数平均减少71.28%,证明所提算法占用设备资源更少,效率更高。

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专题论述

基于模型设计的倒立摆滑模变结构控制器研究^*

陈诚, 常广晖, 吴杰长, 刘树勇

2022, 22(1): 33-38.

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提出一种基于模型(MBD)的倒立摆控制器设计方法。相对于传统软件设计流程,MBD具备代码生成和早期算法验证功能。首先运用Lagrange方程建立倒立摆仿真模型;然后设计基于LMI倒立摆滑模变结构控制器算法模型,在仿真环境下与被控模型结合形成控制综合系统并进行仿真实验;接着自动生成滑模变结构高效嵌入式代码,整合成倒立摆控制软件程序后集成部署至嵌入式电路板中,形成实物倒立摆控制系统。通过实物、仿真系统对比结果验证了MBD方法的可行性。

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专题论述

基于连续协同机器学习算法的嵌入式软件可靠性预测模型研究^*

张博云, 海诗婧, 魏佳庆

2022, 22(1): 39-42.

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为优化嵌入式软件可靠性预测智慧可控感知机制,构建了基于连续协同机器学习算法的嵌入式软件可靠性预测模型。构建连续协同机器学习算法机制实现嵌入式软件可靠性精准预测,利用深度LSTM构建时间正序下的嵌入式软件核心要素样本精准预测机制,利用DCNN对数据池后置测试集进行隐性知识感知并输出最优预测结果。最后,对模型开展了工程应用实践验证,结果表明,模型满足嵌入式软件可靠性预测智慧化改造需求,大幅度优化了嵌入式软件可靠性预测智慧可控感知机制。

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技术纵横

基于STM32MP1的鸿蒙最小系统移植

马后权, 施华君

2022, 22(1): 43-47.

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鸿蒙操作系统作为国产操作系统的代表发展速度迅猛,在嵌入式领域基于鸿蒙系统的应用也越来越广泛。本文是基于Arm CortexA7架构的鸿蒙最小系统移植,让我们对鸿蒙系统有一个初步的认识,为国产操作系统完善和在其他场景中的应用奠定基础。

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技术纵横

高实时要求的嵌入式智能计算云平台设计

郑百衡

2022, 22(1): 48-50.

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智能云计算是下一代智能作战装备的发展趋势,本文针对军事应用场景下的高实时性要求,介绍一种嵌入式智能云计算平台。该系统基于ARM+DSP+FPGA架构,采用MapReduce技术,可实现大数据智能计算方法在典型军事应用场景下的应用。

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技术纵横

TMS320C6678的超长点FFT并行计算方法

王春辉, 程虎, 朱鸿泰, 李敏, 张炯

2022, 22(1): 51-54.

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针对DSP平台算法移植时遇到的超长点FFT实现和运算效率问题,本文结合TI公司的TMS320C6678的DSP,利用FFT的分解算法和L2内存段高效的访存效率,将DSP内存数据EDMA搬移与FFT分解计算相并行,设计出一种超长点FFT计算并行处理方法,通过262 144点FFT计算描述了该方法的具体实现过程,将DSP计算结果与MATLAB结果比对,统计了该方法的计算误差为10^-4。最后,在DSP平台上,在相同FFT点数时将直接调用FFT库函数计算,与使用该方法的计算时间进行比较,说明了其在超长点FFT计算具有更好的运算性能。

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技术纵横

多传感器数据融合的障碍物测量方法^*

刘卿卿, 马信源, 刘佳, 王方召

2022, 22(1): 55-59.

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针对在无人运输领域中,AGV小车在工位对接时停车位置不够精确的问题,本文利用激光雷达和深度相机传感器并通过相应的坐标变换对障碍物的距离进行测量,将传感器得到的数据通过选择恰当的传递函数和学习算法利用RBF神经网络进行训练。实验结果表明,用该方法得到的结果测距误差低于0.1%,速度上相比于传统的BP算法提高了24%,可用来辅助AGV小车停车时进行重定位,同时通过融合得到的数据在以后建图方面也具有一定的优势。

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新器件新技术

ARINC429接口驱动软件的可靠性设计研究^*

彭慧伶, 王伟静, 张新颜

2022, 22(1): 60-62.

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本文以软件可靠性工程理论为指导,以保证系统软件的高可靠性为研究目的,进行ARINC429接口驱动软件的可靠性设计与分析,提出了模块化容错设计、冗余设计等多种软件可靠性设计方法,有效提高了ARINC429接口驱动软件的可靠性。

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新器件新技术

RISCV SoC的TurMass无线数据传输单元设计

陈宏铭, 张卫, 闫娜, 范赐恩

2022, 22(1): 63-66.

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本文设计了一个由32位ARM微控制器与基于32位RISCV架构的TurMass模块所实现的工业物联网无线数据传输单元,该单元以意法半导体公司STM32F072单片机为主端控制运行RTThread实时操作系统,利用TKD100模块进行TurMass无线传输。本文介绍了终端的硬件和软件设计,解决了工业物联网与电力领域一些设备工作环境受地域限制、数据传输不便的问题,为工厂设备故障诊断与维修提供了依据。

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新器件新技术

Zynq的高速声信号采集处理系统设计

李冒金

2022, 22(1): 67-70.

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针对实时声源定位、超声无损检测等需求,设计了基于Zynq的高速声场信号采集与处理系统。该系统以Zynq7000系列SoC为主控芯片,首先以其PL(可编程逻辑)资源设计高速ADC采集接口、DMA存储和高阶自适应降噪模块;以其PS资源开发千兆以太网传输模块和外部控制模块。然后进行硬件设计,完成LVDS传输协议的四通道、50 MHz采样率的高速声信号采集处理系统。通过仿真及实验验证表明,系统满足实时性需求,具有高速采集精确、实时片上降噪、功耗低等优点,在实时声源定位及超声检测等领域有广阔应用前景。

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新器件新技术

基于STM32的产品间歇性故障存储装置设计

高深圳, 严桂荣, 黄娟, 韦攀东, 王星

2022, 22(1): 71-74.

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在排查产品故障时,间歇性出现的故障是不容易排查的,并且由于故障产生不确定,给查找故障原因带来了巨大的困难。若故障数据能够实时存储,在排查故障时,将故障数据读出,通过分析故障类型、产生时间、持续时间等参数就可方便排除故障。同时,分析故障数据可以诊断产品的状态,排查未暴露的问题,定时维护诊断,提高产品的可靠性。

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应用天地

电力设备运行中监测数据库信息分析方法

禚俊杰, 任慧, 金叶, 刘姝邑

2022, 22(1): 75-78.

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针对电力设备运行过程中监测数据库管理分析能力落后、监测数据管理欠妥的问题,本文设计了一种新型的监测数据库管理分析系统,并设计出基于ARM CortexM0微处理器的硬件监测电路,通过压电传感器和电流振荡传感器实现系统对电力设备运行状态自动信息采集,构建出tSNE算法模型。实验结果表明,本研究系统的准确度高达98%,运行耗能相对较低(在5%左右),可视化效果较好,动态监测预警能力较强。

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应用天地

基于数字图像技术的西红柿智能分类^*

杨晓珍

2022, 22(1): 79-83.

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针对传统农业中人工水果分级和分类较为困难的问题,提出了一种无损的西红柿智能分拣分级系统。首先,该系统利用微控制器装置采集样本的数字图像来构建物种向量并进行二值分类,以区分西红柿和其他物种。其次,根据颜色属性将西红柿分为成熟和未成熟两类,并利用Gabor小波变换对图像中的病损区域进行分割,识别出果实中的缺陷。最后,根据附加的颜色和几何特征构造的缺陷向量识别出三种类型的缺陷。实验结果表明,与其他分类器模型相比,所提系统在所有性能指标上都表现出较好的性能。

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应用天地

基于FPGA多通道总线转换器设计

翟耘萱, 刘志宏, 张晗

2022, 22(1): 84-87.

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针对星载总线的测试特点,本文设计了一种基于FPGA多通道总线转换器,实现了USB接口与CAN、三线、RS485、RS422接口复合类型总线的数据交互,同时实现了总线数据长度的自由配置。本文从转换器的硬件构成、PC端的数据封装、FPGA设计思路几个方面对系统进行介绍。设计方案分别通过了基于ModelSim和硬件测试平台的验证,验证结果表明,该方案功能正确,性能良好,可为后续星载总线测试工作提供参考。

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应用天地

融合气象信息的智能路灯控制系统设计^*

雷娟

2022, 22(1): 88-91.

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本文结合窄带物联网的优势设计了融合气象信息的智能路灯控制系统,系统利用STM32F103RCT6单片机和传感器终端实时采集电压、电流、功率、温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤湿度等电气数据和气象数据,通过NBIoT 技术实现数据汇总和远距离传输至中国移动物联网OneNET云平台,并通过向控制路灯开关发送指令实现路灯的自动控制。系统测试结果表明,该系统可以满足监测系统设计要求和实时性要求,具有较高的实用性和可靠性。

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产业技术

人工智能新力量:意法半导体Deep Edge Al应运而生

意法半导体亚太区人工智能创新中心

2022, 22(1): 92-92.

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产业技术

设计中需要隔离电源, 不妨试试MPS的隔离IC

薛士然

2022, 22(1): 93-93.

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