关键词： 心率变异性   成像式光电容积描记法   人脸跟踪   多线程   旅检通道  

摘要： 心率变异性(Heart Rate Variability,HRV)是评价自主神经活动及心脏内在动力学机制的重要指标,可应用在医疗健康、情感识别等众多领域。目前,HRV特征多采用接触式方式获取,但在某些实际应用场景下,如将HRV特征用于海关旅检中情绪识别,以接触式方式获取HRV特征是比较困难的。本文结合现实应用场景的需求,研究非接触式HRV特征提取问题,并重点解决实际应用场景下非接触式HRV特征提取的效率问题,以及晃动等因素对非接触式HRV特征提取准确性的影响问题。基于成像式光电容积描记法(Imaging photoplethysmography,IPPG)原理进行非接触式HRV特征提取,大量的图像处理和信号处理耗时较大,特征提取的时间效率往往无法满足旅检通道自动检测等实际应用场景的需求。针对此问题,本文提出了基于并发处理与人脸跟踪的HRV特征提取策略。根据非接触式HRV特征提取关键处理模块的特点,利用多线程技术通过一个共享图像队列使数据采集模块和图像处理模块并发执行,将信号处理模块和特征提取模块与整个特征提取流程并发执行,并利用人脸检测和人脸跟踪相结合方式获取面部图像,优化图像处理模块,提高HRV特征提取效率。实际应用场景下的大量实验表明,以采集30秒视频为例,采用本文提出的策略,从视频采集开始到提取出HRV特征总用时平均为32.63s,与未采用本文方法相比,用时平均缩短了52.31s,能满足实际应用场景的时间要求。针对由于检测者晃动而使人脸跟踪提取的感兴趣区域(region of interest,ROI)不全,影响HRV特征提取准确性问题,本文提出一种基于仿射变换的ROI矫正方法,通过对跟踪结果进行仿射变换实现ROI矫正。为解决实际应用中检测者自动切换问题,本文提出基于ROI判定的检测者自动切换方法。大量应用测试中,与接触式提取的HRV特征对比实验表明,采用本文方法能够实现ROI矫正和检测者自动切换,不仅能提高非接触式HRV特征提取准确性,还不会影响HRV特征提取的效率。以海关旅检通道非接触式情绪识别为应用背景,利用本文研究成果设计并实现了一个非接触式HRV特征提取与情绪识别系统。系统包括采集端和管理端,可以实现在多个旅检通道提取通关人员HRV特征,并识别通关人员是否有异常情绪,从而协助海关工作人员筛查可疑人员和犯罪分子,目前本系统已在某海关试用运行。

关键词： 低功耗   双时钟寄存器   时序签核   时序修复  

摘要： 随着集成电路(Integrated Circuit)技术的蓬勃发展,芯片低功耗设计(Design For Low Power)已经成为不可或缺的一部分。本文是面向低功耗高速运算芯片设计进行的研究,为了降低芯片的功耗运算电路引入低功耗定制单元双时钟动态寄存器NEW2BIT单元,但是由于动态寄存器的双时钟特征无法通过建库工具进行提取,因此需要一种可靠的时序签核(Timing Signoff)方法来完成芯片的时序签核工作,保证芯片流片成功。对于先进工艺下低功耗高速运算芯片时序修复(Timing Repair)场景复杂、部分保持时间违例路径无法自动修复导致时序修复时间开销大的问题,高效而彻底的时序修复方法是迫切需要。本文建立了基于路径仿真的双时钟动态寄存器时序签核方法与基于路径最优节点筛选脚本的DMSA(Distributed Multi-scenario Analysis)时序修复方法,用于解决低功耗高速运算芯片时序签核与时序修复过程中遇到的问题。本文首先对现有的时序签核与修复方法进行了分析,总结了低功耗高速运算芯片时序签核与修复时遇到的问题。针对低功耗电路中双时钟动态寄存器时序签核的问题,本文建立的基于路径仿真的双时钟动态寄存器时序签核方法,对时序分析结果进行处理和仿真,对双时钟寄存器真实的工作状态进行检查,保证芯片时序签核结果准确的同时降低了路径保持时间延时悲观度。针对先进工艺下低功耗高速运算芯片时序修复的问题,建立了基于路径最优节点筛选脚本的DMSA时序修复方法,对建立时间裕度较小的保持时间违例路径进行高效、彻底的修复,减小了时序修复的时间开销。本文面向低功耗电路时序签核和修复方法的优化与实现应用于解决低功耗高速运算芯片项目遇到的实际问题。基于路径仿真的双时钟动态寄存器时序签核方法在0.44v电压、800MHZ频率和0.36v电压、500MHZ频率下对项目进行时序签核工作,对双时钟动态寄存器时钟之间的偏差进行检查,对发生错误翻转的路径进行修复,最大降低了22.64%的路径保持时间延时悲观度。基于路径最优节点筛选脚本的DMSA时序修复方法被用于对项目在复杂多场景条件下进行时序修复,与DMSA方法相比节省了48.84%的时间开销。芯片测试结果了说明本文的时序签核方法是可靠的,通过对比也显示了通过本文建立的基于路径仿真的双时钟动态寄存器时序签核方法和基于路径最优节点筛选脚本的DMSA时序修复方法降低了路径保持时间延时悲观度,提高了芯片时序修复效率,同时提升了芯片的最高工作频率。

关键词： RISC-Ⅴ   流水线处理器   低功耗设计   电源门控技术   分支预测技术  

摘要： 在这个日益发展的数字时代,人们对智能电子产品的使用频率越来越高,而这些智能电子产品都需要一个处理器作为整个产品的内核。因此,对具有自主知识产权的国产处理器的研究具有重大意义。同时,低功耗指标也逐渐成为处理器设计的重要目标。基于RISC-Ⅴ（Reduced Instruction Set Computer fifith edition,RISC-Ⅴ）指令集的处理器具有低功耗、可自主研发等优势。基于此背景,本文使用System Verilog语言,主要通过对RISC-Ⅴ指令集处理器的研究以及低功耗设计技术的研究,设计一款基于RISC-Ⅴ指令集、多模式、高灵活性、低功耗的处理器。首先本文设计一款基于RISC-Ⅴ指令集的基础五级流水线处理器。该处理器分为取值、译码、执行、访存、写回五个模块,可以执行RISC-Ⅴ基本指令集RV32I中的47条指令。在取值模块加入动态分支预测单元避免分支跳转指令带来的处理器效率的流失。在执行模块加入数据相关控制单元解决处理器流水线结构上的数据冲突问题。其次,本文对基础五级流水线处理器进行相关低功耗改进设计,通过分析指令的执行特点,发现执行部分指令时,存在不必要的寄存器翻转,对此设计基于门控时钟模块和旁路控制模块的低功耗判断模块,可以通过减少处理器不必要的寄存器翻转而达到降低功耗的目的。为了进一步减少处理器的功耗,在处理器取值模块加入静态预测电路,与动态预测电路组成可切换动静态的分支预测单元,利用电源门控技术,划分处理器电源域,通过控制电源域的开关以实现处理器的多个模式。在实现本文处理器低功耗的目的的同时,使处理器更具灵活性,更能适应更多的应用场景。最后使用仿真软件Modelsim进行处理器的功能仿真验证。实验表明本文设计的处理器可正确执行RV32I基本指令集中的47条基本指令。使用Prime Time PX工具,对低功耗设计前的处理器和低功耗设计后的处理器的各模式进行功耗测试。测试结果表明,低功耗处理器高速模式的功耗比低功耗设计前的基本处理器的功耗增长16.3%,普通模式比基本处理器功耗降低16.4%,低速模式比基本处理器功耗降低30.2%,低功耗模式比基本处理器功耗降低62.6%。功耗数据证明本文的低功耗设计具有较好的效果。

关键词： 固井施工   参数监测   LoRa技术   远距离传输   低功耗  

摘要： 当今国际形势风云变幻,油价飙涨,中国作为人口大国,全球石油最大进口国,对于石油的需求更加迫切。但由于地质、技术原因,我国的石油开采成本较高。一方面是钻井费用,另一方面是固井费用。如果固井失败,不仅前期钻井的工作白费,这口井也可能会因此报废。因此固井质量的好坏关系到后续石油的生产。为了保障固井安全,提高固井质量,本文结合物联网技术,设计一套固井施工参数监测系统。该系统利用密度、流量、压力传感器采集固井过程中的关键参数,采用LoRa无线通信技术作为数据传输方式,使用WPF应用开发上位机软件,实现固井施工全过程的监测计算与分析。本系统硬件电路包含多个终端节点,一个汇总节点和一个上位机平台。终端节点通过与密度、流量、压力传感器交互获取数据,经由LoRa无线通信向汇总节点发送采集到的数据,汇总节点在数据接收完所有终端节点发来的数据后将数据进行组包通过串口上传至上位机。本系统上位机软件部分包括数据库、显示界面等部分,待上位机接收到汇总节点上传的数据包后对数据进行解析、计算、分析,进行图形化显示,并将数据存储到数据库中。通过现场实验,结果表明本系统可以完成固井施工关键参数的准确测量,且计算、分析准确合理,能够及时响应现场的突发状况。具有成本低、功耗低、使用方便、计算准确等优点,具有广泛的应用前景。

关键词： 步进电机   FPGA   非零速启停   低功耗   多轴伺服驱动  

摘要： 机械相控阵列天线采用螺旋天线作为辐射单元,通过螺旋天线单元的机械转动达到预期的辐射相位从而实现微波的定向辐射和波束控制。将电机等驱动设备与螺旋天线相连接,通过驱动电机转动实现螺旋天线的位移,实现相位辐射控制。电机控制系统作为机械相控阵列天线的重要组成部分,其性能直接影响单元天线的移相速度和定位精度,进而影响机械相控阵列天线的整体性能。步进电机是一种将数字脉冲序列转换为角位移增量的执行元件,具有成本低廉、启停迅速、定位精度高等特点,因此适用于机械相控阵列天线的驱动控制。本文采用步进电机作为天线控制驱动单元,针对其零速(静止)启停的加减速曲线存在控制性能难以充分发挥的问题,提出了一种非零速启停的步进电机线性加减速曲线算法,利用步进电机的自启停频率,控制电机由一定的速度启动或停止,在加速过程中所需动态加速扭矩更小,中高速状态下抖振更小。将加减速过程划分为四种转动模式,包括匀速转动、匀加速转动、匀减速转动和匀减速过零点转动模式,理论推导了四种转动模式的脉冲时刻和控制脉冲周期,四种转动模式可构建任意的线性速度剖面,具有较强的使用灵活性。为了实现步进电机非零速启停控制,在FPGA中采用Verilog硬件描述语言设计了步进电机控制器IP核,包括曲线算法、接口、脉冲生成和位置检测功能模块。为了实现控制器IP核的低功耗设计,结合流水线设计思想优化加减速曲线算法的硬件逻辑模型,并在设计过程中加入门控时钟等低功耗IC设计技术。利用Modelsim软件搭建仿真平台对IP核进行功能仿真,仿真结果表明设计正确、控制精度高。为了研究单轴步进电机控制性能,搭建了两相混合式步进电机实验平台。测试了四种转动模式的非零速启停控制,以及构建了任意的线性速度剖面。实验结果表明:与由零速启停的步进电机控制器IP核相比,本方案可以提升电机20%的控制性能,电路面积优化约30%,功耗降低53%。为了实现多轴伺服驱动控制,构建了30轴步进电机控制系统,实现了多轴电机的同步驱动控制。嵌入式软核NiosⅡ通过Avalon总线读写多路电机IP核寄存器,以达到实时控制多轴电机转动的目的。搭建了多轴实验平台实现了多路电机的高实时、高精度驱动。实验结果表明:可实现30轴步进电机的独立、同步驱动控制,验证了方案的可行性与有效性。

关键词： 模数转换   逐次逼近   低功耗   桥式电容数模转换  

摘要： 随着社会的进步,人们对健康生活愈加重视,便携式检测治疗设备和智能穿戴电子产品走入千家万户。这些产品具有体积小且续航时间长的需求,但如今新电池材料研究进入瓶颈期,因此芯片的低功耗设计显得尤为重要。模数转换器（ADC）是芯片中必不可少的结构,其负责将采集到的连续信号转换为电子设备可识别处理的0/1信号。在所有ADC类型中,逐次逼近型（SAR）ADC具有电路简单、功耗和芯片面积小的优点。本文基于TSMC28 nm工艺,按照数模混合电路正向设计流程,设计出一款用在智能健康监测仪器中的低功耗12位SARADC,完成了整体电路设计、前仿、版图设计和物理验证工作。本文采用自主设计的栅压自举开关代替传统MOS开关,确保开关阻抗不随输入波动且保持稳定,提高了采样精度。在传统电容阵列的基础上设计出低五高七的桥式电容数模转换器,节省了 60%的电容数目,减小了芯片面积,降低了开关翻转次数且减小了寄生电容。比较器关系到整个电路的转换精度,本文采用自主设计的带有两级预放大功能的锁存比较器,预放大器的偏置电压由偏置电路自主产生,预放大电路的加入减小了回踢噪声的干扰,且每级电路中加入失调电压存储技术,确保了数据比较的精度。本设计为数模混合电路,在版图设计中根据SARADC工作流程进行整体布局布线,并对模拟部分和重要信号线部分添加保护环防止了噪声等干扰。设计的电路用Spectre工具仿真显示:在1.8 V供电电压,50 MS/s采样率的情况下,ENOB 为 10.4bit,SNDR 是 64.3 dB,SFDR 是 79.2dB,总体功耗是 667 μW,FOM 值仅为 4.94 fJ/step。

关键词： 脉冲神经元电路   LIF模型   亚阈值区   优化设计  

摘要： 随着人工智能、神经网络算法的飞速发展，在智能控制、智慧医疗、深空探测等许多领域都取得了巨大突破，尤其是在人脸识别等物联网、边缘侧的应用，极大的改变了人们的生活。但是，随着半导体工艺技术的不断推进，传统冯诺依曼架构所面临的问题越来越多，计算机读取存储信息的功耗甚至超过了计算所需要的功耗。基于这样的现实需求，科学家们提出了神经形态硬件的概念，试图通过用电路模拟生物神经系统的结构来取得与大脑相似的高效能特性。其中，脉冲神经元电路是神经形态硬件的重要组成部分，其电路特点对神经形态硬件的整体性能有较大影响。因此对脉冲神经元电路的研究具有重要意义。本文的主要研究内容与成果主要包括如下五部分:　　(1)对神经形态硬件电路的发展历史、研究现状进行了调研，介绍了脉冲神经元电路领域的理论基础，包括:生物神经网络的构成，生物神经元、生物突触以及神经元和突触之间传递信息的方式、神经元的数学模型、脉冲神经元电路的分类以及两种用于神经形态计算的突触权值调节机制。　　(2)设计了一种基于LIF模型的亚阈值脉冲神经元电路，并针对输出脉冲频率波动的问题，提出了一种新的频率补偿方案。该电路能够在供电电压200mV～300mV下工作。与其它模拟型LIF脉冲神经元电路相比，本文的神经元电路具有更低的功耗和更稳定的输出频率。　　(3)本文对突触电路进行了优化与改进，使其能够在亚阈值区工作。并考虑到神经形态算法的信号流通问题，为突触电路增加了权值初始化电路，以及基于二值存储机制的权值量化存储模块。　　(4)对STDP电路进行了亚阈值区电路优化，使得在超低电压供电时电路依旧能够建立时间窗口并实现STDP学习规则。　　(5)基于前文所设计优化的电路模块组合构建脉冲神经网络，实现了基于Pavlov实验的联想学习功能、分类功能以及对10个数字图片的分类功能。最后，本文对神经元-突触阵列进行了版图设计与仿真，仿真结果表明芯片可以实现联想学习功能。

关键词： MASH ADC   高精度   低功耗   浮动反相放大器   相关电平偏移  

摘要： 作为当今社会发展热点,物联网设备正在逐渐融入人们生产生活各个方面,使得智能传感器越来越普及。作为其中的核心器件,ADC的需求量在逐渐上升。考虑到其严苛的电源环境,ADC的低功耗设计显得尤为重要;同时,为了满足分辨率需求以及适应复杂的应用场景,ADC的信噪比以及PVT稳定性要求也越来越高。ΔΣADC适用于高精度、低功耗场合,通过过采样与噪声整形技术,可以有效降低带内噪声。更高的阶数具有更好的噪声整形效果,但也具有更容易饱和的缺点。MASH ADC可以在相对低阶的环路稳定要求基础上,实现更高的信噪比。本文结合传感器应用领域低功耗、高动态范围的设计要求,研究和设计了低功耗2-0 MASH ADC。论文设计的2-0 MASH ADC采用数字前馈型结构。第一级ADC采用SAR ADC作为前馈支路量化器,其输出结果与比较器输出结果相结合,作为第一级ADC的量化结果,这种数字前馈结构实质是Zoom ADC。此时,反馈DAC变为多bit。这有利于减小积分器信号摆幅并减小功耗。在电路层面,本文创新地提出了一种动态体偏置辅助的相关电平漂移技术,在仅采用一个供电电容条件下,将单级浮动反相放大器的直流增益提高到66d B以上。本文提出的2-0 MASH ADC采用TSMC 55nm CMOS工艺,芯片核心面积为0.136mm,信号带宽为1k Hz。测试结果表明芯片在1.2V电源电压下,功耗为2.87μW,在278.5Hz、-1.9d BFS输入时,测得的SNDR、SNR和SFDR分别为94.0d B、95.8d B和99.8d B,实现了高达179.4d B的Fo M和182.3d B的Fo M。同时,在电源电压变化的情况下,可以保证相对稳定的工作。

关键词： 移动医疗   健康监控   远程医疗   生物电信号   模拟前端   低功耗   模数转换器   延迟锁相环  

摘要： 随着经济社会的快速发展以及人民对健康生活的不断追求,医疗健康成为人们关注的新领域。目前,有两方面因素制约我国医疗产业的发展,一是传统医疗模式存在看病难、看病贵的问题,二是医疗资源分布不均和医疗水平参差不齐的现状。近年来,随着便携式医疗设备和现代通信技术的迅速普及与发展,移动医疗作为一个新兴的医疗模式引起广泛关注,其中,健康监控和远程医疗是该医疗模式的两个主要应用领域。移动医疗的快速发展离不开高新技术的推动,以集成电路为代表的微电子技术起到了关键作用。健康监控领域中,可穿戴医疗设备可以监测人体的生物电信号,预判身体的健康情况。此类设备中的生物医学芯片依托于微电子技术,针对不同生物电信号提供相应的信号处理方案。远程医疗是一种结合了现代通信技术与专业医学技术的新型医疗技术,通过数据、语音、图像的双向传输,实现远程视频会诊、手术等远距离医疗服务。在该领域中,高速的远程医疗通信系统是保证诊断效率和会诊质量的基础,微电子技术可为系统中的关键模块提供提升系统带宽,降低系统干扰的解决办法。本文针对移动医疗不同应用领域中的微电子技术展开深入研究。在健康监控方面,针对可穿戴医疗设备中生物医学芯片的低功耗、高集成度的设计技术进行研究并给出了相应的解决办法。在远程医疗方面,针对远程医疗通信系统中的关键模块在增加系统传输速度和提升系统稳定性方面展开探索并提出了具体的实现方法。主要研究内容与创新研究结果如下:(1)对应用于可穿戴医疗设备的生物医学芯片展开研究,设计了一款低功耗可编程生物医学模拟前端芯片,包含了伪差分仪表放大器(IA),增益可编程放大器(PGA),带宽可编程滤波器(PBF)和逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)四个部分,针对不同模块提出了相应的改进技术。首先,仪表放大器采用了高输入阻抗的架构,避免了因为生物电极阻抗过大导致的输入信号衰减。其次,提出了一种结合了漏电缩减开关技术和电容双向复用技术的混合带宽扩展技术用来克服开关关断电阻对PGA频率响应的影响。该技术有效改善了PGA的低频带宽特性,避免了出现放大失真的问题。在PBF的设计中,针对传统滤波器能耗高、滤波性能差的缺点,引入了电流舵技术(CST)替代传统RC滤波器的大电容和大电阻,减少了滤波器的功耗和芯片面积。最后,在低功耗SAR ADC的研究中,分别基于电荷共享技术、悬浮电容技术和近似对称翻转技术提出了三种新型的高能效开关时序,降低了开关切换过程中消耗的能量和电容阵列占用的芯片面积。此外,还提出一种自校准动态元件匹配技术(SCDEM)来克服生产过程中电容失配对动态性能造成的影响。整体电路在0.18μm CMOS工艺下进行了设计和流片,芯片占用的面积为0.36mm,整体功耗为46.8μW。本次设计的模拟前端芯片满足可穿戴医疗设备对不同生物电信号的采集、放大和量化等处理的要求,可以提供100-580V/V范围的可变增益和相应的信号带宽,ADC对应的SFDR和SNDR分别为71.3d B和53.3d B。该AFE达到了生物医学芯片低功耗和小尺寸的目标,为相关领域提供了技术支持,非常适用于可穿戴医疗设备。(2)对远程医疗通信系统中的高速中精度模数转换器展开研究,针对工艺、电压、温度(PVT)变化和比较器失调电压对电路的影响等问题提出了解决方案,设计了一款具有多种改进技术的8-bit 500MS/s 2b/cycle SAR ADC。首先,结合2b/cycle SAR ADC的开关切换特点,对传统的1b/cycle的V-based开关时序进行改进,减少了在转换过程中开关切换的次数,简化了开关的控制逻辑,降低了开关切换消耗的能量。其次,针对比较器失调电压的问题,提出了一种基于动态元件匹配技术的比较器失调电压校准技术。最后,为了提升ADC对于PVT变化的稳定性,提出了一种自适应电源电压校准技术旨在通过监测ADC的工作状态来实时调整比较器的工作速度,使ADC能够在不同PVT条件下正常工作。整体电路在40nm CMOS工艺下进行了设计和仿真,版图尺寸为140μm×85μm,SAR ADC的工作频率为500MS/s,工作电压为1.2V,功耗为2.59m W。仿真结果表明,本文设计的SAR ADC实现了55.5d B SFDR和45.8d B SNDR,对应的有效位数为7.32位,受比较器失调电压的影响较小,对PVT变化的敏感度较低。综上,该款模数转换器适用于远程医疗通信系统,满足不断发展的通信标准对转换器速度与精度的要求,为进行数据、图像、语音的高速传输,实现远程会诊和远程手术等远程医疗服务提供技术保障。(3)对远程医疗通信系统中的宽频带延迟锁相环展开研究,针对DLL工作频带窄、锁定速度慢的问题给出了优化方法,设计了一款宽频带、快速锁定的DLL。首先,为了拓展DLL的工作频带,设计了频率检测模块以

关键词： 输电线路   在线监测   低功耗   动态增容   GRU-ELM算法  

摘要： 随着我国经济社会的快速发展,电力需求与日俱增,输电线路因长时间连续工作产生的损坏和烧毁等故障严重危害电力行业的正常运作。传统的人力巡检方式工作效率低下,而现有的智能监测系统大多基于Zigbee、WiFi以及LoRa等无线传输方式,以Zigbee、WiFi等无线传输方式的系统往往存在通信距离短的缺点,以LoRa为传输方式的监测系统存在功耗较高的缺陷,节点的使用寿命有限,无法满足实时在线监测的实际需求。同时,输电线路的损坏使得线路实时载流量的分析和计算不够合理准确,导致用电高峰时期部分地区的电力紧缺问题时有发生。采用新能源发电虽可以缓解电力紧缺问题,但新能源发电站往往离现有输电线路较远,传输时损耗大,重新建设输电线路受多方面因素制约,短期内不易实现。针对上述问题,本文设计并实现了基于LoRa传输的线路状态监测系统,实时在线监测输电线路的运行状态。在分析现行标准下线路载流量导线温度模型（CTM）、气候模型（WM）和导线温度模型（CDM）等理论计算模型的基础上,运用神经网络对气象数据进行训练和预测,建立基于气象参数预测的输电线路动态增容模型,并进行现场试验,实现了载流量的提升。具体工作内容如下:（1）本文提出了在监测系统硬件设计上加入一组MOS管,数据采集电路和数据发送电路先后进行,在软件部分设计合理的工作与休眠时间,将温度数据发送周期设定为10分钟、微气象数据的发送周期设定为30分钟,发送周期到之前的1分钟从睡眠模式进入工作模式,在软硬件的共同作用下,使得各节点的休眠电流小于10uA,实现节点的低功耗。以LoRa为传输方式,搭建温度和微气象监测系统,基于LoRaWAN协议设计系统软件部分,优化系统设计,使监测节点的性能得到改善。测试结果表明,以此种设计方式设计输电线路状态监测系统的有效监测距离可达到1.2km,温度和微气象传感器的功耗分别降低至8.54uA和9.23uA。（2）本文提出了搭建GRU-ELM网络对气象源数据进行学习并做出预测,解决了在数据量较大时网络运行时间较长,导致无法进行线路载流量实时预测的问题。本文运用卷积神经网络（CNN）、长短期记忆神经网络（LSTM）和门限循环单元（GRU）分别对风速、环境温度和光照强度数据进行训练和预测,并将预测数据代入载流量预测模型进行计算,根据数据预测的结果,选用准确率最高的门控循环单元GRU为载流量计算的网络模型。在GRU网络的基础上,加入超限学习机（ELM）,组合成GRU-ELM的模型来对数据进行训练和预测。实验表明,该组合模型可将网络运行时间缩短90%,同时预测准确率可提高约1%。将源数据和预测数据代入基于导线温度测量的动态增容模型进行计算,并对比线路实时载流量。结果表明,基于LoRa无线传输的微功率传感器可实现对输电线路的实时在线监测,保证线路的平稳安全运行。基于GRU-ELM的动态增容技术能够根据所设计的传感器测得的气象参数,快速计算出线路的载流量,将线路负载从原有的400A左右有效提高至最高1200A左右,能缓解并解决用电高峰时期的电力紧缺问题。