关键词： 开关柜   智能化   低功耗   FFT   跳频  

摘要： 开关柜是电力系统配电环节中重要的控制设备,高压开关柜中的设备长时间处在强磁场、大电流、高电压的工作状态下,对其进行正常运行寿命周期的监测和保护至关重要。然而,目前通过人工监测开关柜温度、巡查运行状态的传统监测控制方式,在可靠性、精确性、实时性上都存在严重不足。因此,开关柜向无人值守的高智能化方向发展,将会是智能开关技术发展的必然趋势。本文针对传统开关柜体积大,智能化程度低以及集中控制度低的现状,设计一种基于ARM技术的智能化开关柜监测系统。本文的主要研究内容如下:(1)为了防止高压开关柜操作人员带电误操作,本文设计一种高压带电闭锁显示器模块,当三相母线中任意一相或者两相带电时,带电闭锁显示器将会使电磁锁实施强制闭锁操作。利用信号隔离的方法使高压侧与低压侧隔离,将高压母线带电信号接入主控MCU模块中,并在显示屏中显示母线的带电状态,将高压信号准确实时上传到监测系统云平台。(2)设计低功耗无线温度监测模块,首先,分析开关柜内热的产生和传导过程,通过Comsol软件分析关键测温点温度传导过程中温度变化及传热导体的电场分布,通过低功耗温度传感器监测开关柜关键点温度变化,提出可预测关键点绝缘状态模型。其次,该模块通过Keil软件完成微处理器RTC定时唤醒温度传感器采集温度,并通过无线模块将温度传感器采集到的数据实时传送给主监控模块。最后,测试计算出不同配置时模块的功耗,相比目前同类设计的功耗更低,运行时间更久,具有一定的工程应用价值。(3)为了提高无线温度监测模块在高电压、大电流、强磁场环境下通讯的可靠性,采用不同距离衰减不同信号提高数据传输的成功率,实验测试计算出在短距离和长距离时最优衰减信号。其次,设计采用跳频通信方式,通过Matlab软件对跳频通信系统仿真分析,结果表明跳频通信系统能够提高无线温度监测模块的抗干扰性和数据传输保密性。(4)为了采集电能质量指标参数,利用FFT算法的加速原理,设计了一种改进的FFT算法,该算法利用电能计量芯片对互感器中的二次电流电压信号进行转换采集,将转换完成后的信号数据通过改进FFT算法计算分析。实验结果显示:改进的FFT算法不仅能够满足指标参数数据的准确性,而且还能减少计算误差。(5)本文采用DHT11传感器采集开关柜中温湿度的变化,对测得数据进行校验,提高数据采集的可靠性,控制加热片进行除湿,保证柜内环境干燥不产生凝露。为了保证系统中信号的精度,充分考虑PCB设计中信号干扰的因素,抑制各种信号干扰,改善电磁干扰对各个系统模块的影响。(6)分别设计多个监测系统云平台显示操作界面,将多个监测模块采集到的数据及设备状态信息通过网络上传到监测系统云平台,将已经投入运行的智能开关柜前端监测采集的数据及状态信息,与监测系统平台对接完成监测系统对智能开关柜的监测及运行管理,能够更好实现电力物联网对电力设备远程运维和管理。

关键词： 低功耗   UPF   综合   布局布线   实时时钟  

摘要： 随着集成电路产业的飞速发展,一块芯片的设计目标也变得越来越严格。除了传统对芯片性能、面积的要求以外,芯片工作时所产生的功耗也是当今芯片设计者必须要考虑的问题之一。尤其是对当今社会而言,便携式电子设备的广泛使用使得芯片在设计之初必须要考虑到芯片的功耗将对设备带来的影响,在某些特殊情况下一块芯片的功耗大小甚至已经成为衡量一块芯片是否满足要求的第一指标。对于如何降低芯片在工作时产生的功耗,芯片设计从业人员总结并研究出了多种从不同设计角度进行芯片低功耗设计的方法,包括从系统级、结构级、寄存器传输级、逻辑级、电路级或晶体管级。研究表明,更高层级的低功耗技术对芯片功耗产生的影响越大,即在系统级或结构级所采用的芯片低功耗设计策略所产生的收益往往要高于在电路级或者晶体管级中加入的低功耗设计。数字实时时钟是目前应用最为广泛的电子芯片之一,作为微控制系统中的一个常开单元,其主要的作用是用于显示当前时间以及闹钟提醒等。在系统关闭或者不工作时该模块仍需要正常工作,此时的时钟单元是依赖于电池供电的,因此对其进行低功耗设计具有很高的研究意义与应用价值。本文的研究目标是通过研究芯片功耗的组成部分,分析在芯片设计的各个阶段能够使用的低功耗设计策略进而研究出一种行之有效的方法来降低数字实时时钟在工作时产生的功耗。论文的主要工作包括前期技术背景研究、代码编写与仿真、代码综合成门级电路、自动布局布线、时序与功耗分析以及穿插在上述部分中的低功耗设计方法。低功耗设计方面的工作主要体现在:1.在代码编写阶段通过优化代码结构减小了电路中部分冗余寄存器以及某些寄存器存在的不必要的翻转;2.在对分频器结构选择上,通过使用寄存器串联方式进行分频这种分频方式可以极大地减小传统计数分频器所产生的功耗并且使用这种方式还能够减小芯片面积等;3.在电路中通过使用多阈值电压技术、门控电源技术、多电源电压技术等低功耗设计方法优化了电路的动态功耗和静态功耗。文中通过列举6种不同的芯片设计方法对芯片功耗优化的方式进行了研究,在文章末尾通过专业功耗分析软件对这几种芯片在工作时产生的功耗进行表征,最后通过对比分析得到了这几种设计方案中功耗指标最优的一种设计方法。

关键词： 众核处理器   数据共享   缓存   低功耗   片上网络  

摘要： 随着集成电路的发展,单个芯片上可集成的处理核心越来越多。与单核相比,多核系统拥有更高的能源效率和计算性能,但不同核心的数据拷贝会导致缓存一致性问题。随着核心数量的增长,系统结构由多核变为众核,维护一致性需要的硬件开销和网络流量迅速增长。同时,由于大多数应用中核心节点的数据交互是非全局的,而常规片上网络的节点却是全局访问,因此众核的片上网络设计也存在冗余。针对多数应用中节点非全局交互的特点,文章实现了一种横纵路独立、数据全局共享的低功耗众核处理器。该处理器主要采用数据共享方案,设置分区排布、全局共享的数据缓存结构,系统的每个节点核心包含统一的对外接口,核心间的数据缓存可以相互访问。面向节点非全局交互应用,还设计了横纵路区分的片上网络结构和加速邻近核心数据交互的局部互连结构。同时,由于众核结构中多个核心同时运作会引起高发热,因此设计中加入了基于Power Gating关断技术的低功耗解决方案,使系统的每个节点核心可灵活地工作在高性能模式、精简模式和睡眠模式。首先使用System Verilog语言对设计进行硬件实现,然后使用Verilog Compile Simulator工具对系统及各模块进行功能仿真,再通过Design Compiler工具进行综合,最后使用Prime Time PX工具进行功耗分析。因为系统采用数据全局共享方案,省去了维护缓存一致性的目录等结构,设计的数据缓存部分可以节省10.96%到34.686%的硬件开销。众核处理器在8*8规模下与单个核心相比有29.157倍的性能提升。此外,由于系统加入了低功耗设计,节点核心在精简模式下可降低40.3 84%的功耗,在睡眠模式下几乎不产生功耗,整个系统的功耗会随着应用中简单运算占比的增加而降低。

关键词： BP   KM算法   线程迁移系统   可覆盖性分析   SMT求解器   线程状态等式  

摘要： 多线程程序是计算机软件设计的核心,如何高效验证多线程程序的安全性问题已成为国内外研究人员的主要研究内容。现有研究表明:多线程程序的安全性问题可简化为良拟序迁移系统(Well-Quasi-Ordered Transition System,WQOTS)的可覆盖性问题。针对良拟序迁移系统的可覆盖性问题,已存在大量的解决方案,它们主要是以显示状态搜索思想设计的。多线程程序的状态空间随程序的规模和线程数目的增加呈指数级增长,导致这些算法都存在低效性或不完备性的问题。如何在验证过程中尽量避免状态空间搜索或降低状态空间的规模是提高多线程程序安全性验证效率的关键。本文主要的研究对象是被无穷个线程并发执行的有限状态布尔程序(Boolean Program,BP),可以通过对多线程程序进行谓词抽象得到。本文根据目前多线程程序验证方法的优势和不足,考虑到基于SMT求解器的符号分析方法能避免对状态空间搜索从而加快验证,以及直接使用布尔程序作为抽象模型能降低状态空间的规模,提出了一种新的多线程程序安全性验证方法。首先研究了基于SMT求解器的符号分析模块,详细分析了如何利用计数抽象从线程迁移系统中构造可覆盖性问题的线程状态等式,该线程状态等式使用SMT求解器处理后,可根据求解器的输出结果判断多线程程序的安全性;由于线程状态等式是对可覆盖性问题的过近似(over-approximate),无法验证不安全程序,因此提出了一种基于BP的高效且完备的KM算法。其次进一步研究了BP与线程迁移系统之间的关联,通过分析线程迁移系统中的全局状态和BP中的程序状态之间的转换规则,研究了如何将作用在线程迁移系统上的KM算法直接作用在BP上,并分析了KM算法中最大覆盖后继的计算方法。由于正向搜索中,可覆盖性问题与初始线程数目有关,为了降低搜索过程中内存使用,借助SMT求解器处理线程状态等式能输出一个可覆盖性的解模型,对KM算法进行了改进;使用SMT求解器输出的初始线程数目作为KM算法的初始线程数目,在搜索过程中,如果不满足则再进行一次完整的KM算法,从而得到一个高效的不安全程序验证模块。最后对本文提出的结合基于SMT的符号分析模块和基于BP的显示状态搜索模块工具进行设计和实现。实验结果显示:本文提出的方法不仅能减少多线程程序验证的时间,还能降低验证过程中内存的使用。

关键词： 气体超声波流量计   阻抗匹配   频率动态跟踪   低功耗   换能器激发  

摘要： 气体超声波流量计作为一种新型流量计,具备高精度、宽量程、易维护等优势,在天然气计量市场中居领先地位。超声波换能器作为激发和接收超声波信号、实现电-声信号转换的部件,在天然气流量计量过程中起着至关重要的作用。由于超声波换能器具有不同于超声信号源的负载特性,在流量计的实际应用中,阻抗的失谐会带来冗余功率损耗、激发效率低、接收波形不稳定等一系列问题,影响流量计的计量精度。在超声应用领域中,换能器的阻抗匹配一直是研究的重点。然而,超声波换能器的材料特殊性使其在外界环境因素如温度等变化时出现谐振频率漂移现象,导致传统的静态阻抗匹配方法失效。在此基础上,本文提出了动态阻抗匹配方案,并设计出低功耗的超声波换能器激发接收电路,以实现流量计量精度的提高。本论文主要完成了以下工作:(1)分析超声波换能器的阻抗特性,研究不同环境温度下等效参数出现波动的现状。在传统的静态阻抗匹配理论基础上,研究不同温度下串联匹配和并联匹配的效果。针对静态匹配存在的问题,提出动态匹配方案并进行研究,最终确定采用频率动态跟踪方法应对谐振频率漂移问题。在此基础上,设计出低功耗的超声波激发接收电路总体框架。(2)对超声波激发接收电路的各个模块完成设计。其中有对升压电路的研究和高频变压器的设计、压电换能器匹配电路以及频率动态跟踪电路的实现。在频率动态跟踪电路中,基于过零法设计检测电压电流相位差的硬件电路。采用双阈值的计时原理,完成接收电路各信号处理模块设计,基于MSP430和TDC-GP2芯片设计低功耗控制和高精度计时电路。(3)在超声波激发接收硬件设计基础上,对实现频率自动调节的测量主程序、频率动态跟踪程序以及流量测量程序等进行设计调试。在频率动态跟踪算法中,提出变步长的频率调节方法来应对谐振频率变化情况,快速而有效地实现频率跟踪。(4)基于Pspice仿真平台搭建系统电路,完成仿真实验证明动态匹配方案的必要性与可行性。利用课题组自主开发的气体超声波流量计,在搭建的实流标定和高低温实验系统中完成验证工作。

关键词： DA1469x   Dialog   低功耗   MCU  

摘要： 物联网和汽车是蓝牙低功耗产品的主要应用市场,市场增长速度非常快。据Dialog半导体公司低功耗连接业务部总监Mark de Clercq介绍,Dialog公司的蓝牙低功耗SoC出货量已经达到2.5亿套,并在全球市场中做到了第二名。公司近日推出的一款全新产品DA1469x,是一个多核无线微控制器(MCU)系列,也是全球首款量产的基于ARM Cortex M33的无线MCU。它具有软件可配置的协议引擎,并支持最新的蓝牙

摘要： This thesis provides new directions in the impedance spectroscopy, making it an interesting investigation technique for emerging smart sensors. Modern technologies increasingly require sensors capable of giving accurate measurements extracted among a lot of undesired surrounding information while maintaining low power consumptions. In this scenario, the main focuses of this thesis are: 1) developing an accurate complex impedance system, 2) extracting the augmented information using multivariate statistical analysis and 3) implementing IS-based systems with low power consumptions. The first project shows the design of a miniaturized, low power and accurate vector analyser for multi-parameter measurements in real-time. It is a versatile platform well-suited to be interfaced with various impedance-based sensors. The vector analyser, based on an accurate application specific integrated circuit and a digital interface, has been statistically characterized in order to evaluate accuracy and resolution. The validation of the entire system was performing on two real-time biomedical applications. The second project concerns the combination of powerful statistical methods inside moisture content sensors. The multivariate statistical approaches boost the prediction capability of the sensors exploiting the impedance mismatch between a transmitting and reflecting excitation on a soil. Two probe systems have been manufactured and associated with linear and non-linear models for being tested on three soil types. The third project shows a low-power implementation of an impedance sensor based on a digital random excitation. The entire system is almost digital, made up by an ultra-low power platform with the aim to become a wearable device. In future developments, these new investigated directions can be simultaneously applied in the design of IS based sensors which extract the desired information with high accuracy and reduced power budget. The potential of such improved system can b

摘要： 记者观点 一台合格的监控摄像机需要从两方面入手,一方面增强图像性能指标,让用户保证看得见、看得清的体验,另一方面创新应用功能,丰富用户体验.但两者的结合往往难以保证性价比,例如功耗与存储等对用户成本形成极大的挑战等.此次浩伟安防H.265+智能变光全彩摄像机采用先进低功耗工艺和低功耗架构设计,使得产品在低码率、离画质、低功耗等方面引领行业水平.

关键词： 软件开发   智能教室   低功耗平台   HTML5   PHP   C语言  

摘要： 青少年的教育问题是现今中国家长们最为关注的问题之一。在农村地区，由于经济原因，大量孩子的家长都长时间在外打工，有大量的留守儿童在家中由年迈的老人照看，家长只能通过联系老师和家中老人才能知道孩子的情况，信息延迟非常高。具备监控查看以及学生成长记录功能的智慧教室系统，可以在一定程度上解决家长对于学生的教育以及监护问题。而存在留守儿童等问题的农村小学，却普遍存在资金短缺、规划缺失的问题，无力承担现有的智慧教室定制费用。　　本文结合某地农村一所小学实际情况进行了基于低功耗Windows平台的农村小学智慧教室的设计与实现，系统包含了照明控制模块、空调控制模块、多媒体控制模块、监控管理模块、基于人脸识别的考勤模块、学生的成长记录模块、用户权限管理模块、系统管理模块。这些模块分别负责不同的硬件控制以及信息管理等功能。在该所小学进行了实际部署与试运行效果良好。　　本文工作主要在控制系统开发方面：在软件上，控制系统采用了B/S架构，通过HTML5编写了控制端页面，利用PHP以及C语言编写了数据库以及硬件控制程序;在硬件方面，为了降低学校的后期使用成本，采用了低功耗的Windows平台。为了降低对教室内现有设施的影响，对空调等设备的控制采用了红外遥控的方式，对照明等设备控制采用了Wi-Fi开关的形式。　　系统用户有学生、家长、教师以及校内的管理员。学生以及家长通过登录管理网站，可以查看到学生在校监控、学生的成绩以及教师评语，教师以及校内管理员登录后，可以通过管理页面，进行权限内的设备管理。　　经试运行测试后，本文设计的智慧教室，能够满足农村小学对于智慧教室的需求，同时系统运行良好，反应速度较快，基本满足实用需求。为农村小学的智慧教室建设提供了完整可行的样例与方案。

关键词： 深拖式   主控软件   多线程   内存映射   连续采集  

摘要： 海洋中蕴含着丰富的油气、水合物资源,海洋资源开发也越来越受到各国的重视。我国是海洋大国,在管辖内的海域面积达300万平方公里,海洋资源储量十分丰富,开发潜力巨大。但是海洋勘探技术与装备的落后,以及近年来西方发达国家对小道距数字地震采集拖缆技术的出口限制,严重制约着我国的海洋资源开发力度。基于此问题,由自然资源部第一海洋研究所联合国内优势单位启动了“深拖式高分辨率多道地震探测技术与装备研究”的课题,本论文研究课题依托于其子课题“深拖多道数字缆与采集系统研制”展开。深拖式多道地震数据监控与记录系统是深拖系统的水上船载部分,其中的主控软件是本文的研究内容,它是深拖系统的中央控制与记录单元的关键部分,在系统地震数据采集作业中承担着重要的任务。本文的研究重点是主控软件各功能模块设计以及其实时性问题。本论文从深拖系统性能指标和系统设备工作方式入手,明确了主控软件的设计目标和功能需求,并围绕设计目标和功能需求,设计了主控软件的功能模块。针对各功能模块的关键问题,提出了对应的解决方案,包括针对精确延时时钟管理,采用获取可变时钟频率计时的方法;针对海量数据实时接收处理的问题,采用乒乓型缓冲区结构的方法;针对地震波形实时监控显示的实时性问题,采用了双缓冲绘图技术;针对多任务并发性工作的实现方法问题,采用多线程及其管理技术;针对深拖系统快速数据存储的问题,采用内存映射方法,提高了数据存储速度。本论文根据功能需求,分为实验室测试和联合海试两个阶段,分别测试了主控软件的自检功能、数据采集性能、以及连续采集方式下的数据监控和存储性能。测试结果表明,主控软件功能正常、实时性良好,能满足深拖系统性能需求。