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关键词： 二值卷积神经网络   卷积核的分解   特征堆叠   注意力机制   FPGA  

摘要： 近年来,卷积神经网络被广泛应用于各个领域。为了提高网络的性能,研究者们通常会加深或加宽网络。然而,网络性能在提高的同时,网络整体的计算量和参数数量也在快速增加,这极大阻碍其在资源有限的移动端上的应用。二值化是解决上述问题的一种较好的方法,但由于二值化直接将网络的权重和卷积层的输入特征映射为1bit数据,造成网络精度的大幅下降,导致其难以投入实际应用。基于此,本文在Res Net-18网络结构的基础上进行修改,提出了BNSC-Net(Binary Convolutional Neural Network with Numerous Skip Connections)网络,提升了二值卷积神经网络的精度。并且,为了充分发挥二值卷积神经网络的优势,本文针对二值卷积神经网络中各个模块,提出了不同的硬件优化方法,最后分别在FPGA上进行仿真验证。为提升二值卷积神经网络的性能,本文基于Res Net-18网络结构,做出以下四点改进:(1)将网络中的3×3卷积核分解为3×1和1×3卷积核的串接,并将每个卷积层的输入特征与输出特征进行跳接操作;(2)引入特征堆叠操作,将网络中每个Unit的输入特征与输出特征进行通道堆叠操作,使特征得到重复利用;(3)引入通道注意力和空间注意力机制,使得BNSC-Net能够在有限的特征信息中充分利用重要的特征;(4)将STE(StraightThrough-Estimator)的更新区间从[-1,1]扩大到[-2,2],使得网络中更多的权重得到更新。基于上述四个改进方法,本文所提出的BNSC-Net在CIFAR-10和Image Net数据集上取得较高的准确率。同时,为分析BNSC-Net在实际工业场景数据上的分类能力,本文在NEUCLS数据集上进行验证,结果表明BNSC-Net可对NEU-CLS实现较好的分类。此外,本文对二值卷积神经网络在FPGA上的实现方法进行初步尝试。具体地,本文基于HLS开发方式,利用Xilinx SDx开发工具,在FPGA上对二值卷积神经网络中的各个模块进行仿真验证。针对不同的模块,本文采用了不同的优化方法。具体的,在二值卷积层,为充分利用资源并降低二值卷积层的整体计算时间,本文采用三种优化方法:8通道并行计算、输入特征复用和流水线优化方法。在Batch Norm层,通过化简整合表达式,将4个全精度的参数数量整合为2个,可降低Batch Norm层的整体资源消耗和运行时间,提高了加速比。本文针对二值卷积神经网络的性能改进方法,在Image Net数据集上取得了59.9%的TOP-1准确率,相比于近几年其它的二值卷积神经网络,提升了2.6%。此外,本文在FPGA上初步尝试实现二值卷积神经网络,通过仿真结果验证了二值卷积神经网络硬件实现方法的可行性,为后续网络的部署奠定基础。

关键词： 桡动脉顺应性无创检测装置   硬件设计   软件开发   频率特性  

摘要： 心血管疾病（CVD）一直是全球人类生命健康安全的头号敌人，而在心血管疾病爆发之前，动脉血管硬化程度即动脉顺应性早已发生改变。因此，加强对动脉血管顺应性的检测对心血管疾病的预防及早期治疗意义重大。目前主流的无创动脉顺应性检测技术有脉搏波波速法、脉搏波波形分析、血管多普勒超声等，各种方法都能在一定程度上说明动脉血管的硬化程度或弹性状况，但仍存在如血压依赖性、理论依据不充分、操作复杂、成本较高等问题，这在一定程度上限制了动脉顺应性在评估心血管病患病风险上的应用。　　针对上述问题，本文提出一种基于静水压力波动法与光电容积脉搏波描记法的桡动脉顺应性无创检测装置，通过引发桡动脉静水压力正弦规律的变化，利用光电容积脉搏波描记技术采集桡动脉产生的容积脉搏波响应信号，对其进行频率特性分析，计算出人体在不同跨壁压下的桡动脉顺应性。　　本文的主要研究工作如下：　　（1）静水压力波动法无创检测桡动脉顺应性的理论分析研究。通过对人体动脉跨壁压-容积关系的理论研究以及光电容积脉搏波描记法的理论研究，推导了基于正弦静水压力波动与容积脉搏响应的桡动脉顺应性计算公式，通过预备实验验证了静水压法检测桡动脉顺应性的可行性，确定了桡动脉顺应性无创检测装置设计方案。　　（2）桡动脉顺应性无创检测装置研发设计。设计了装置所需的静水压力激振模块、外加压控制模块、信号采集模块以及内部硬件电路与软件程序。静水压力激振模块利用凸轮机构实现桡动脉跨壁压力微小振幅波动，外加压控制模块实现跨壁压力大范围变化，信号采集模块利用两路传感器实现外加压力信号与动脉血管容积信号的同时获取;装置硬件系统完成了Arduino微处理器、MAX30102光电传感器、压力传感器以及电源的芯片选型与电路设计，UART通信利用采购的USB串口模块或无线蓝牙模块实现;装置软件系统完成了下位机硬件驱动、串口通信程序设计，以及上位机终端数据显示与数据保存的应用程序设计。　　（3）容积脉搏波信号分析处理与检测装置可行性实验验证研究。采用巴特沃斯滤波以及独立成分分析滤波结合，实现了容积脉搏波的噪声去除，计算出了相应的桡动脉顺应性。通过进行人体试验，对桡动脉顺应性无创检测装置的可行 性进行初步实验验证，实验结果表明本文设计的桡动脉顺应性无创检测装置能够较好地反应人体不同跨壁压下的桡动脉顺应性，区分不同人体的血管状况，具备应用价值。

关键词： 机电设备   自动控制系统   硬件设计   软件设计  

摘要： 本文研究基于PLC的机电设备自动控制系统设计与应用,为解决传统机电设备控制系统存在的较大误差,同步率较低的问题。设计PLC可编程逻辑控制器,主控制芯片,电动泵以及电源等硬件,通过机电设备控制数据自动采样,获取控制数据;计算机电设备控制当量,分析最终控制结果。实验结果证明,设计系统提高了对机电设备控制的同步率。

关键词： 光电装备   实训装置   硬件设计  

摘要： 近年来,光电装备日渐增多,已涵盖激光测距机、红外热像仪、简易火控系统等,是遂行侦察、跟踪、制导等任务的核心,光电装备具有技术复杂、集成度高等特点,逐渐成为装备维修中的重点和难点。光电装备体积小且光机电一体,安装密度高,结合和调整的难度较大等问题;光电装备维修教学主要采用器件级检测维修,存在电路理论理解困难、检测维修难度大等问题;两级维修采用板件换件修理为基本原则,其维修流程通常包括整机在线检测、单板隔离故障定位、换部组件(板件)修理、整机联试联调等四个步骤,这就使得维修应重点强化板件级检测维修,重点解决整机检测、板件检测以及整机调试的教学手段。针对上述问题和需求,提出了开展光电装备模拟训练装置可行性的技术研究。

关键词： 饮料灌装生产线   WinCC软件   控制系统   方案设计   硬件设计   程序设计   监控界面设计  

摘要： 根据饮料灌装生产线的控制要求,设计了基于WinCC的饮料灌装生产线控制系统。分析了灌装生产线控制系统的基本结构和控制方案,探讨了系统的硬件设计、程序设计及监控界面设计,并利用仿真技术对系统进行模拟和调试。实验证明,该系统具有人机界面良好、生产效率高、自动化水平较高等优势。

关键词： 选煤厂   智能化   实例   软件设计   硬件设计   运行效果  

摘要： 论述了选煤厂智能化的研究与应用将会是选煤行业发展的必由之路。通过分析选煤厂智能化的现状,用投产的选煤厂智能化工程为实例,对目前选煤厂智能化软件、硬件设计进行了探讨,展示了实例选煤厂智能化的应用场景及取得的良好运行效果。

关键词： 接口通信   数字信号处理器   导航定位技术   天文导航系统   电机控制   定向精度   累积误差   导航技术  

摘要： 针对天文导航数据量大,处理速度要求高等特点,本文介绍了基于国产数字信号处理器FT-C6713/400的硬件设计方案,使用FPGA及MCU配合完成接口通信及星敏感器电机控制功能。经测试,该系统能满足天文导航的需求,实现恒星目标的准确捕获及跟踪。天文导航以空间位置已知、不可毁灭的自然天体作为导航信标,通过对天体的观测来确定飞行器的位置、航向和姿态等信息的导航技术。具有隐蔽性好,工作稳定,定位、定向精度高,无累积误差等优点。为了扩展天文导航定位技术的应用领域,天文导航设备目前正向体积小的嵌入式系统方向发展。

关键词： RFID   硬件加密   R2000   NB-IOT  

摘要： 针对重要物品以及机密文件的运输场合,设计一个基于RFID射频识别技术的智能运送箱;主要阐述了智能运送箱硬件电路的设计,包括硬件加密模块的设计、GPS定位模块的设计、NB-IOT远程通信模块的设计、ZigBee短距通信模块的设计以及射频识别模块的电路设计;并对各个模块的功能进行了简要的说明。

关键词： 陀螺稳定平台   数字稳定电路   硬件  

摘要： 针对某型陀螺稳定平台目前仍然采用模拟稳定电路的问题,设计了陀螺稳定平台数字稳定硬件电路。数字稳定硬件电路采用DSP处理技术、24位高精度AD采集技术及H桥功率放大技术。实验结果表明,该电路能满足各种性能指标要求。该电路的实现为后续自适应控制理论、数字化及智能化控制技术应用于陀螺稳定平台奠定了硬件基础。

关键词： 无框电机   DSP28335   MOSFET   逆变电路  

摘要： 针对FDM6021-4803型号的无框电机进行驱动器的硬件电路设计。以TMS320 F28335芯片为控制核心,通过搭建DSP外围控制电路,设计多电源匹配电路、PWM驱动电路、MOSFET逆变桥电路、电流检测电路、位置反馈电路和保护电路等模块,实现一类无框交流伺服电机的实用驱动功能。详细阐述了各个电路模块的元器件参数和选型,通过硬件平台eEEP1000N电力电子实验装置进行实验调试,基于SVPWM调制技术控制电机电枢电流的同时,使用CSpacewatch上位机软件观测电机运行状态,验证表明此驱动器控制电机运行可靠且具有较高的性能指标和抗干扰能力。