针对生命体征信号数字化采集和连续血压预测等需求,设计并实现了一种基于二维卷积的连续血压预测系统。在系统硬件部分使用ESP32模组、AD8232模块和PulseSensor传感器,采集获得的人体心电图(ECG)和光电容积脉搏波(PPG)信号数据并通过MQTT协议传输至服务端处理。本文算法部分使用格拉米角差场(GADF)、二维卷积和模型剪枝技术,设计并训练了使用ECG和PPG信号预测人体连续血压的神经网络模型,并分别在开源数据集和自制数据集中测试了连续血压预测模型的性能。本文系统为重要体征信号采集和连续血压预测提供了一个有效的参考方案。
针对传统逐次逼近型模/数转换器(Successive Approximation Analog-to-Digital Converter,SAR ADC)中的电压域比较器存在延迟大、功耗高等问题,本文设计了一款应用于SAR ADC的低功耗时间域比较器。该比较器通过引入高增益的时间放大器(Time Amplifier, TA)成功实现了相位积累速度的指数级增加,有效减小了输入信号相位脱离鉴相器的“死区”所需的振荡周期数,缩短了比较延迟,优化了比较的速度和功耗。该比较器基于65 nm CMOS工艺进行设计,在0.4 V电源电压下功耗仅5.24 nW,失调电压为5.99 mV。
随着以太网技术的发展,人们对于网络数据交换领域数据处理速度的要求越来越高,同时,国产化以太网接口体现出的可靠性和自主可控性也愈发重要。鉴于此,在某项目中,采用自顶向下的方法设计了基于FPGA的QSGMII接口,实现了协议要求的5 Gbps的传输速率,对其中关键模块的设计原理与思想进行了阐述。设计中提出了一种新型的多路仲裁机制,在保证四通道对齐的同时,提高了对SGMII软核的重用,降低了电路设计的复杂性。对QSGMII接口进行软件仿真,验证了RTL代码功能的正确性。最后,基于VC709的FPGA开发板,通过网络分析软件Wireshark进行数据的单路收发测试,将Xilinx的QSGMII接口硬核和自研的QSGMII接口连接后进行数据对接测试,实现了四路独立的SGMII接口的交织传输。
为尽早发现CAN总线上数据传输时发生的错误、及时修复故障节点,设计了一种以FPGA为核心控制器的CAN总线错误检测系统。系统使用Verilog硬件描述语言编写CAN控制器,实现CAN总线协议的解析功能。分析总线上发生错误的类型,能够对位错误、填充错误、校验错误、格式错误和应答错误进行检测。检测结果以固定格式封装于UDP数据段,通过UDP驱动程序发送至上位机进行显示。模拟CAN通信环境对系统进行测试,结果表明,系统能够正确检测出CAN总线上发生的错误,对保障总线通信的稳定性方面具有一定的应用价值。
工业芯片MOS器件的可靠性表征通常基于恒压应力或梯度应力方法对器件进行加速实验测试,根据测试结果对器件进行寿命评估。由于加速实验测试条件较为单一,难以覆盖工业芯片常见电磁干扰应用环境,MOS器件实际应用场景退化程度不能根据此方法进行有效界定,进而影响对工业芯片工作稳定性的精准判断。本研究提出一种微观层面MOS器件寿命评估方法,结合TCAD仿真软件对电磁干扰环境MOS器件寿命进行预测。该方法有效避免了电磁干扰环境器件输出波动带来的错误反馈,对器件寿命的预测具备一定保守性,能较大限度保证芯片在电磁环境中的正常运作。
针对电力线路智能化巡检中难以准确辨识电力线触碰树木遗留痕迹,无法为事故防治和责任划分提供可靠依据的难题,提出一种基于前景区域提取与多特征决策融合的电力线放电痕迹识别方法。首先,搭建中压线路触树放电实验平台,采集导线表面放电遗留痕迹,构建图像集。然后,提出融合纹理稀疏性与对数变换的去阴影算法,消除阴影区干扰;进一步提出融合全局阈值和自适应阈值分割的目标初始框选取策略,解决了GrabCut算法中初始框无法自动确定的问题,实现复杂背景下导线痕迹的自动精准分割。最后,提取导线的纹理和颜色特征,通过多SVM决策融合实现导线痕迹识别。实验结果表明,所提方法平均识别准确率达到88.39%,证明了所提识别方法的有效性。
在地下浅层爆炸震动探测中,测试环境噪声大,并且爆炸地震波信号频率较高,而常规的地震探测仪器底噪较大、采样率较低,难以满足爆炸震动探测需求,因此,本文设计了一种基于ZYNQ的震动探测系统。首先,采用高精度传感器ADXL354B获取爆炸震动信号,并设计调理电路滤除高频噪声,提高信号获取精度,同时采用高精度、高采样率的24位模/数转换器AD7768进行数据转换;然后,在ZYNQ芯片的PL部分进行逻辑设计,在PS部分使用驱动分离的方式定制Linux系统进行数据处理和传输;最后,搭建半实物仿真平台对震动探测节点进行功能验证。实验结果表明,该系统在采样率与系统噪声方面优于国内同类地震勘探仪器,最高能够以256 ksps、24位、八通道同步采集加速度信号,并实时传输至上位机,该成果在地下浅层震动探测领域具有较高的应用价值。
对基建项目对话信息的有效挖掘是基建领域发展的必然趋势,也是实现基建项目高质量发展的必要手段,基于知识图谱与大数据研究基建领域对话信息挖掘算法,以全生命周期理论对应基建项目建设全过程,按照需求分析设计基建项目对话信息数据库,针对数据库应用逻辑定义对话信息数据流图谱。通过数据流图谱的展现形式,选择知识图谱算法标记对话信息类型标签,以可扩展模式确定基建领域内对话信息的具体关系。为保证确定对话信息关系具有关联性,通过大数据技术中相似评估方式,在对应信息关系之间计算两者相似度,通过相似度合并计算数据关联概率,实现全局领域内的对话信息挖掘,完成算法设计。实验结果表明,按照基建工程中不同的对话信息类型进行挖掘验证,新算法可以实现不同信息元素的精准挖掘,具有一定应用价值。
随着传统能源逐渐由新能源替代、国网智能电网的发展,新能源发电并网成为可能。在新型电力系统中,高比例新能源接入下不确定性强、波动性大,电流波形严重畸变,会冲击传统电能计量设备,导致原有电能计量设备在使用时存在较大测量误差。为了适应新型电力系统计量需求,本文基于零磁通电流传感技术、无极平滑放大技术、高精度角差补偿方法等,实现电能表在宽动态多特征参量下的精确计量。实验结果表明,新的电能计量方案可适用于新能源接入下的宽动态、低功率因数与双向潮流等工况,有效提高了电力系统的整体效率。文章的研究成果对各种电能计量技术、算法的优化设计与适用于新能源的电能计量领域应用具有重要指导意义。
为提升输电线缆绝缘子缺失识别的准确度和速度,设计了基于无人机巡检图像和蒲公英算法(Dandelion Algorithm,DA)的输电线缆绝缘子缺陷自动检测系统。利用无人机检测技术实现对输电线缺失绝缘子的定位和检测,对无人机获取的绝缘子自动识别图像进行特征提取,规划无人机巡检路径,计算输电线缺失绝缘子的特征向量,利用最小二乘法拟合处理输电线缺失绝缘子的特征图像,通过计算绝缘子的位置门限确定漏损绝缘子的具体位置,从而可以精确确定缺陷的位置。在该过程中,引用了一种蒲公英算法用于无人机PID控制参数的优化问题,在此基础上,提出了一种基于遗传算法的种子播种方法,并对其进行了理论分析。实验结果表明,本文所提出的研究方法对物体辨识的正确率可达98%,具有较高的实用价值。
通过在功率VDMOS器件的等效电路模型中引入电阻分析器件的表面电压对其单粒子效应的影响。根据仿真数据,分析颈区宽度、P+注入和反向传输电容等参数对器件的影响,设计了250 V器件并进行辐照试验。仿真结果及试验结果与模型分析的结论一致:辐照条件下,表面电压由电阻分压确定;增加P+注入剂量和减小颈区条宽能够减小电阻,提高器件抗单粒子效应的能力;通过降低颈区浓度减小反向传输电容的方法,无法提高器件的抗SEE能力;颈区条宽增加,器件辐照后漏电增加。
针对工业领域对绝缘测试越来越高的需求,提出了一种基于FPGA的宽范围绝缘测试系统,同时针对大电阻测试情况下工频干扰对测试精度的影响,提出了采用双T型陷波器的方法。首先,分析绝缘测试平台的测试原理,并给出系统整体设计框架,该绝缘测试平台分为上位机和下位机两部分,两者通过以太网进行通信;其次,分析电路原理,根据原理和测试需求提出相应的硬件设计,陷波器采用双T结构,电阻测试原理采用二线法;再次,根据电路和测试原理设计软件和通信协议;最后,对电路仿真并进行实物测试。测试结果表明,绝缘测试系统测试范围能覆盖至10 Ω~10 MΩ,双T型陷波器能够滤除大电阻测试情况下的工频干扰,滤波后的测试误差均在10%以内。
