集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

汽车与集成电路产业发展趋势

Robert van der Zwan(荷兰), 禾沐(译者)

2022, 22(4): 1-2.

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技术专题—泛在电力物联网应用

从智能电网、物联网到泛在电力物联网

北京航空航天大学何立民

2022, 22(4): 3-5.

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技术专题—泛在电力物联网应用

边缘计算和深度学习的智能电网短期负荷预测研究^*

张雄宝, 江雄烽, 阮诗迪, 谢虎

2022, 22(4): 6-10.

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本研究以深度学习和边缘计算为基础,详细阐述了电力系统负荷预测的方法,并在此基础上分别建立了基于深度学习理论的电力短期负荷预测模型和基于边缘计算电力负荷预测模型,然后基于MATLAB平台分别对两种模型所选取的数据集进行仿真分析,并以N市某充电站为例,分析对比了两种模型对充电站电力负荷预测的准确性。研究结果表明,深度学习模型输出值与真实值相差较小,相关系数为0.998 99,所建立的深度学习模型在数据特征挖掘和分类方面有绝对优势。

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技术专题—泛在电力物联网应用

边缘计算的配电网信息物理系统研究^*

赵永柱

2022, 22(4): 11-15.

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为了加快配电网系统的数据处理效率,本研究在配电网信息物理系统中应用边缘计算技术,在数据源的一端就近提供计算服务,具有反馈环节使物理系统与信息系统之间紧密联系。提出协作式边缘计算资源的优化配置策略,将系统业务请求和计算任务分给其他边缘节点和云数据中心,协调器根据网络的资源分配决策变量执行优化分配;对信息系统中的脆弱点进行识别,基于配电网的拓扑特性和攻击路径建立多层拓扑模型,计算信息节点的脆弱度,遍历所有的攻击路径识别脆弱点。实验结果表明,本研究配电网信息物理系统识别到的脆弱点数据量最大(超出5 000),边缘计算的分载量最高达到1.42 FLOP。

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技术专题—泛在电力物联网应用

混沌加密的电网数据安全传输系统设计^*

王皓然, 周泽元, 班秋成

2022, 22(4): 16-19.

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随着电网规模的发展,电网数据海量增加,但是当前电网数据安全传输系统由于应用的数据加密技术较为落后,对海量数据的处理效果较差,导致其抗攻击能力较低,故本文设计了基于混沌加密的电网数据安全传输系统。在硬件设计中,优化嵌入式控制器以及信息存储电路,为软件优化提供基础。在软件设计中,借助四维Chen离散处理技术以及混沌动力学理论设计电网数据加密模块,并采用加权残差检测数据交汇过程,构建电网数据网络攻击检测模块,完成电网数据安全传输系统设计。实验结果表明:本文所设计系统的抗攻击敏感度与加密耗时均优于当前系统,可将其应用到实际工作中。

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技术专题—泛在电力物联网应用

基于OpenWRT的5G融合通信网关设计^*

安立源, 葛红舞, 赵振非, 陈民, 赵华, 范镇淇

2022, 22(4): 20-23.

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本文结合电力业务实际通信需求,提出了一种融合多种通信协议的5G物联网关设计。选用IPQ8072A作为主控芯片,支持5G、WiFi、以太网、HPLC、LoRa和串口等通信方式,不仅适用于视频监控、智能巡检等对性能敏感的宽带通信业务场景,还适用于采集、传感等对成本敏感的窄带通信业务场景。测试结果表明,5G网关与4G终端相比,大幅提升了传输速率,并且验证了轻量级安全加密认证功能。本设计功能接口丰富,实现了多数据通道并行传输,通过汇聚的方式化繁为简地实现了电力物联网“端-边-云”的通信链路,具有广泛的应用场景。

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专题论述

异构无线传感网络数据聚合方法研究

段辉, 张岩, 杨京晶, 李可民

2022, 22(4): 24-28.

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为了提升数据机房中数据聚合能力,满足实时数据传输和网络节能要求,提出了异构无线传感网络局部树重建算法。首先,通过对局部网络拓扑的维护和重构获取最优异构数据传输网络拓扑结构;其次,提出数据聚合技术保证网络中节点低能耗及数据传输的低延迟,从而延长网络的生存期。通过仿真分析,与GIT和DATA相比,所提算法性能明显更优,网络寿命提高约45%,节点能耗的方差仅为0.02。

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专题论述

车联网大数据的安全访问控制模型设计^*

李宽荣, 牛志杰, 高宇, 张海军

2022, 22(4): 29-33.

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本文设计了车联网大数据安全访问控制模型。通过数据感知层采集车联网数据,并利用数据加密标准算法实施加密处理。将加密后的数据通过网络通信层传输到安全访问控制中心,再通过安全认证模块赋予或限制用户访问权限。在异常数据监测模块中,应用孤立森林算法检测拥有访问权限的用户,并识别数据异常状况,将识别到的异常数据存储到异常监测存储数据库,安全访问终端以此为依据,拒绝或允许用户访问车联网大数据。实验结果表明,该模型能够有效识别车联网大数据中的异常数据,阻止不具备权限客户的访问操作,且安全访问控制通信与时间开销较低。

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专题论述

RTThread操作系统的可信验证平台设计

宫健, 裴焕斗, 唐道光

2022, 22(4): 34-37.

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针对我国对自主可控信息系统的需求,本文基于RT-Thread操作系统设计了一种可信验证平台。平台在外部设备启动前主动获取可信设备的核心组件信息,经过SM3算法进行杂凑值计算,并将计算结果与可信白名单中的预期值对比,根据对比结果对外部发送相应控制指令。在RV-STAR开发板上验证,可以正确输出电源及I/O控制信号,能实现对外部设备的可信完整性度量,达到预期设计目标。

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专题论述

基于卷积图神经网络的滚动轴承故障诊断算法

丁汕汕, 陈仁文, 刘飞, 刘昊

2022, 22(4): 38-41.

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针对常规深度学习方法在直接处理一维时域振动信号进行故障诊断时诊断准确度较低的问题,提出了一种基于一维卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)与图神经网络(Graph Neural Network,GNN)的滚动轴承故障诊断算法(CGNN)。首先通过一维卷积层对振动信号做自适应滤波与数据压缩预处理,然后将预处理后的一维特征数据转换为图结构数据,最后使用三层图神经网络来进行滚动轴承的故障诊断。在凯斯西储大学滚动轴承数据集(CWRU)上开展实验验证,结果表明,CGNN在各个工况下都能具有90%以上的故障诊断准确率。

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技术纵横

边缘计算的电力网关设计及数据传输安全研究^*

刘雯, 刘欣然, 龚舒, 谢虎

2022, 22(4): 42-46.

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本文通过Docker虚拟化技术在网关内搭建计算服务模型,分析边缘计算在电力行业的应用场合,基于Python语言和Docker技术构建服务,对边缘计算网关系统进行设计。实验结果表明,该模型能够准确得到接地刀的坐标位置和刀具的旋转角度,并且根据网关图像处理的信息损失率和瑕疵剔除率选择了5×5的卷积核尺寸,解决了Docker设计电力网关时逻辑混乱的问题,以此思路展开后续工作,设计实现了基于边缘计算的电力网关。

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技术纵横

大型企业应用系统远程加密访问的研究

张冠华, 林玉环, 刘琳

2022, 22(4): 47-51.

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本文设计了大型企业应用系统远程加密访问系统,采用MPEG-2加解密系统实现远端的安全访问。由于远程加密的加扰器与CA系统分为两地,在加密系统进行传输时可能会出现运输故障、加扰设备工作故障、IP链路故障等问题,因此本文还设计了应用系统远程加密监测平台,确保远程加密访问系统在传输过程和远端用户接收信息的正常。最后利用CP-ABE算法对应用系统远程加密访问进行控制。实验结果表明,本文研究的系统性能较好,在用户数目为800时权限变更时间为3 s,并且远程加密的安全性较高,在进行80次实验中丢包率最高为1%。

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技术纵横

变电设备噪声与振动的实时控制系统研究

田鹏

2022, 22(4): 52-56.

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为了解决变电设备噪声与振动给居民带来生活不便的问题,本文提出了变电设备噪声与振动装置,设计了变电设备噪声与振动控制系统。实验结果表明,本文研究的系统降噪效果相对较好,在距离变电站1 m时效果更好,噪声值由67 dB降低到48 dB,距离变电站22 m时噪声降到37 dB,并且本文系统检测噪声值与实际噪声值相差不大。

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技术纵横

基于三维测量的新型道路限高检测系统设计

张德龙

2022, 22(4): 57-60.

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为了解决限高路段超高车辆卡限高架事故频发的问题,本文利用双RGBD摄像头和图像处理技术实现车辆高度测量并以此为基础设计了一种新型道路限高检测系统。本系统以RK3288为数据处理以及控制核心进行外围相关电路的开发及算法实现,通过车辆三维尺寸的重建实现车辆高度的测量。该系统具有体积小巧、结构简单、实用性强的特点。

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新器件新技术

STM32+FPGA的导常振动信号采集存储系统^*

刘培, 刘宾

2022, 22(4): 61-64.

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针对工厂重要设备运输途中可能损坏的情况,本文设计了一套采用STM32F103+FPGA框架的无线传输的振动信号采集存储系统,可以用于重要设备运输过程中异常振动的实时监测。首先将系统刚性连接在被运输设备上,通过三轴振动传感器获得振动数据,FPGA对数据进行采集、存储,STM32通过无线模块将数据发送至相应的上位机中、进行相应的振动参数判断,以确定设备的运输状态。振动台实验与实际碰撞实验结果证明,该无线三轴振动信号采集存储系统能够应用于运输设备的异常振动监测,且具有易安装、测量快速准确等特点。

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新器件新技术

LDPC编码的硬件实现及IC研究

李锦明, 贾博雄

2022, 22(4): 65-69.

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本文研究了一种用于近地空间通信的(8176,7154)低密度奇偶校验码。利用Vivado工具完成RTL级代码编写,并在完成FPGA硬件实现的基础上,通过Design Complier工具完成对编码RTL级代码的综合,并通过IC Complier工具完成对LDPC编码的后端IC设计流程,为芯片化进程提供了新的研究方向。

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新器件新技术

基于YOLOv3的实时性戴口罩人脸检测系统设计

周慧丽, 刘培培, 李天真, 蒋艳丽

2022, 22(4): 70-73.

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人脸识别技术是如今最热门的领域之一,在新冠肺炎疫情的特殊情况下,出门佩戴口罩是大家共同的责任。为了实现对戴口罩人脸的实时性检测,本文提出了基于YOLOv3的戴口罩人脸识别算法,使用YOLOv3算法来提高识别速度,在OpenCV环境下捕获并识别目标图像。本文对系统进行了实验验证,筛选准确率达到95.5%,动态检测速度高达每秒27帧,满足实时检测标准。

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新器件新技术

5G和LoRa的物联网数据传输系统设计^*

史运涛, 孙卫兵, 刘大千

2022, 22(4): 74-77.

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针对物联网中传感器种类多、协议复杂、分布广的特点,设计了一种基于5G和LoRa的物联网数据传输系统。首先,以STM32、LoRa模块以及W5500芯片为核心设计了数据采集器(可以为用户提供一种简单的能实现远距离、易组网的数据接入设备),以LoRa模块、树莓派CM4和5G模块为核心设计了边缘网关(可以汇聚数据采集器的数据并上传);其次,设计物联网接入云平台,用于收集、配置和可视化终端节点信息。经过系统测试,该系统功能和性能稳定可靠,在数据采集和远程监控的物联网应用场景中具有一定的应用价值。

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应用精选

SRIO的高速数据传输系统解决方案^*

任勇峰, 韩子舟, 李辉景

2022, 22(4): 78-82.

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为了解决高速图像信息采集端与存储端在远距离传输过程中速率低、可靠性差的问题,提出了基于SRIO的高速数据传输系统解决方案。该系统包括1553B命令接收接口、SRIO数据接收接口、LVDS数据回读接口与存储器数据交换接口。配合单元测试台和存储器,通过上位机软件对LVDS接口回读的数据进行解包分析,以检验接收到的SRIO数据是否有误码与丢帧。该系统采用重传机制,确保数据可以高速、可靠地完成回读。经验证,该系统中SRIO数据可以2.5 Gbps的传输速率在10 m的光纤中实现无误码传输。

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应用精选

基于FPGA的多通道高精度信号源设计

卫冠荣, 文丰, 贾兴中

2022, 22(4): 83-87.

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本文将硬件电路与软件编程功能相结合,设计了一种新的信号发生器实现方法,以FPGA作为主要控制核心,通过搭建波形重构电路、模拟开关选通电路、矩形波输出控制电路实现了32路模拟信号并行输出,其中,利用ADG333A模拟开关极大地减少了方波信号输出的边沿时间。实验结果表明,该信号发生器具有输出精度高、输出频率宽、信号稳定可靠等优点,现已广泛应用于航天设备的地面单元测试中。

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应用精选

Aurora协议的高速光纤存储系统优化设计

焦新泉, 杜凯旋, 杨志文, 李辉景

2022, 22(4): 88-91.

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针对高速光纤数据存储过程中出现的Aurora协议断链和丢数问题,本文在以Kintex-7 FPGA为控制核心的存储系统上对Aurora协议进行优化。通过对Aurora链路连接状态标志位进行实时监测,增加链路断链重连和重传机制,实现了链路断链情况下的再恢复和重传。多次测试证明,优化后的系统可实现高速率、高可靠性的光纤数据存储,该优化设计对于提高Aurora链路可靠性和恢复断链方面具有一定的参考价值。

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产业技术

构建快速、灵活的电动汽车充电网络

TI公司 HENRIK MANNESSON

2022, 22(4): 92-92.

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产业技术

BICS:5G数字变革赋能工业4.0

BICS公司

2022, 22(4): 93-96.

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