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关键词： 输液加温   智能医疗监控系统   多功能监控模块   硬件设计  

摘要： 在医疗系统中,全天监控患者是一项繁琐的任务,其中一个重要工作是为患者输液管内液体温度进行监测,如果静脉滴注系统无法及时监测,可能导致液体回流或出血等问题.为了解决静脉滴注监测的紧急情况,提出设计输液加温智能多功能监控系统.本文旨在研究输液加温智能多功能监控模块的硬件设计,首先描述了输液加温智能多功能监控的特点,探讨推动综合医院采用该系统服务的因素,并概述了输液加温智能多功能监控模块硬件设计及其功能,通过介绍与该系统相关的各种应用程序,对其进行了进一步验证.

关键词： 塑壳断路器   智能控制器   硬件设计   电磁兼容   PCB   Hyperlynx  

摘要： 低压塑壳断路器作为一种对电网进行通断控制的开关装置，被广泛地应用于低压电网。开关作为电力系统的重要组成部分，对人类生产、生活等都具有重要意义。随着智能电网技术的发展，传统的开关已逐渐退出历史舞台，而新的智能化开关正处于开发与普及的阶段。智能开关相对于常规开关，其控制精度高、整定方便、可靠性高，在实现基础保护的同时，还可以进行数据采集，数据存储，参数设定，为实现配电网的智能化、信息化奠定了基础。

关键词： 短消息   远程控制   温度检测   人体红外检测   烟雾检测  

摘要： 本文主要研究家电远程控制与控制相结合的家电远程控制系统.单片机作为系统的核心,负责处理输入指令,控制其他电路的正常工作;GSM系统接收和发送短消息,以确保从外部来源接收输入指令.温度模块通过实时温度检测器确定是否发生火灾;人体红外模块通过红外探测器检测是否有入侵;烟雾模块通过检测可燃气体和烟雾的浓度来控制环境条件;继电器模块负责控制家用电器的断路器;蜂鸣器模块执行声音报警功能.

关键词： 煤矿智能监控   硬件设计   生产管理   实践应用  

摘要： 近年来,我国煤矿井下安全事故频率不断增加,国家对防范煤矿开采安全事故高度重视,对煤矿的生产安全性提出了更严格的要求。传统煤矿开采管理大多依靠人工模式。随着现代科技的迅猛发展,利用现代计算机技术对煤矿进行跟踪性生产控制和管理已经成为新的发展方向。智能监控系统在煤矿安全生产管理工作中不仅具有效率较高、成本较低的优势,也能有效排查煤矿生产过程中存在的各类隐患。本文主要分析了煤矿智能监控系统硬件的设计方法,就煤矿智能监控系统在煤矿生产中的实践应用进行了探讨。

关键词： 灌溉用水   无喉道量水槽法   自动测流系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 全世界可用的淡水资源极少，而且大部分被冻结在南北极，导致能利用的水资源很少。我国是个农业大国，农业用水量很大，而一些传统的量水方式精度较低且造成水资源的浪费，为了实现对灌区的科学用水，需要先进的量水方式对灌溉用水进行精准测量。　　本文在对灌区量水技术的发展历程、国内外发展现状的基础上，研究了一种量水槽法自动测流系统。该自动测流系统采用槽式测流方法，选用矩形渠道和梯形渠道无喉道量水槽作为基本测量部件，使用超声波水位传感器测出量水槽上游水位信号并输出给单片机，经过单片机转换、处理然后送入到上位机监控系统，根据相应的水位-流量函数，计算出过槽流量，最后生成水位和流量的数据过程线并将数据导出保存。　　根据以上的设计思路，本文完成了以下工作：　　在量水槽方面，选择矩形渠道和梯形渠道无喉道量水槽作为测量板，对量水槽进行了结构和尺寸的设计和对流量计算公式进行了探讨与研究。　　在硬件方面，选择HC-SR04的超声波传感器和STM32F103C8T6的核心芯片和设计各重要模块电路连接图，主要包括：电源模块、时钟模块、显示模块、A/D转换模块、通信模块等。　　在软件方面，使用Keil5软件编写程序并下载到单片机上，上位机利用Visual Studio中的C#语言编制上位机监控软件对水位信号进行监控，上位机监控软件可实现以下功能：①通过编程输入各种断面渠道流量计算公式实现多种类型断面的流量计算;②将实时水位、流量数据做成折线图;③可实现年、月、日水量的汇总与Excel导出存储。　　最后，经过调试证明，该系统具有可靠性，有一定的开发应用前景。

关键词： 智能电柜   数据采集传输模块   硬件设计   软件开发   功能模块  

摘要： 当今时代，人民生活需要电，企业生产也离不开电，电力使用在社会生产生活中具有重要地位。作为电网系统末端的配电柜，具备着对用电设备的控制、监视及分配电能的作用，其性能状态直接影响部分电力系统的安全及稳定，因此需要对配电柜进行安全监管。目前，配电柜大多采取传统方式监管，即使用简单的数显或者指针式仪表监测，且监测的参数有限，同时也未将监测方式深入至配电柜内部。当配电柜内部运行状态异常时，无法做到及时告警，也无法快速确定故障类型，只能人工逐一排查，这样不仅耗时耗力，而且在排查时还可能发生意外，造成人身安全事故。随着科技的不断发展，传统的配电柜监管方式已经逐渐落后，需要更加智能、高效的监管方式。　　为解决上述问题，本文将嵌入式技术、物联网技术和计算机技术综合应用，设计了一个采集配电柜内部运行状态数据的监测系统。该系统利用传感器模组智能采集配电柜内电压、电流等电能信息，同时实时采集柜内温度、湿度、烟雾气体浓度等非电能环境信息，将这些数据通过 4G 无线网络实时上传至OneNET物联网平台，实现人机交互，同时转发给移动智能端，形成一套完整的采集、上传和查看的监测系统。一旦配电柜运行状态数据异常，可形成多维度警报方式，即现场语音异常类型警报、云端平台警报和短信提醒警报，力求做到第一时间告警、第一时间定位以及第一时间检修。　　本文主要工作内容如下：　　（1）针对数据异常告警，舍弃传统的蜂鸣器告警方式，改变数据异常故障时告警类型不清晰的缺点，创新使用智能语音模块告警。将录制好的语音异常类型告警下载至模块中，通过改变模块的引脚高低电平触发I/O口发出不同语音告警。本论文共有五种语音告警，即电压、电流、温度、湿度和烟雾气体异常告警。如此可使检修人员快速知晓故障类型，减少排查故障点时间，做到针对性检修，增加检修效率。　　（2）完成前端数据采集板硬件设计。硬件设计流程采用模块化方式设计，一共三大模块，包括以STM32F103ZET6为核心的微处理主控模块、采集配电柜电力电能信息及非电能环境数据的前端数据模块和将采集到的数据通过4G无线网络上传至物联网平台的无线传输模块。　　（3）完成与硬件协同的软件设计。对软件设计也进行模块化设计，首先将μC/OS-Ⅲ实时操作系统移植进STM32中，使得各个硬件模块功能能够有序、高效的调用CPU，解决以往采用while()循环的编程方式。然后是对重要硬件模块功能的实现，包括温湿度模块、烟雾气体模块、电能采集模块及无线传输模块等。　　（4）针对数据上传至云平台进行设计，使用OneNET物联网平台，做到数据可视化和平台告警功能。同时对移动智能端进行设计，选择开发周期和成本更低的微信小程序，数据可从云平台转发至移动智能端，可使管理人员脱离PC端束缚，使用手机即可便携查看数据。　　（5）在实验室对系统的软硬件进行测试，包括模块供电电压检测、软硬件协同测试、采集数据精确度以及整体功能检测。测试结果表明，硬件各模块所需供电电压平稳无波动;软硬件协同工作正常，监测的电能数据精度满足0.2级别，非电能环境数据符合国家标准要求;系统的整体功能正常，数据的采集、上传、云平台的接收和转发至微信小程序流程顺畅无误，异常告警及时准确，有效解决了配电柜监测方式落后、检修效率低下等问题。

关键词： 胎心电监测设备   硬件设计   软件开发   神经网络   信号分离  

摘要： 胎儿心电监测作为现阶段保障围产期孕妇与胎儿健康的重要手段，在优生优育中起到具有重要的指导意义。目前胎心电监测设备存在携带不便、体积过大等诸多问题，与医疗监护终端逐渐家庭化的趋势背道而驰。针对上述问题，本课题提出一套基于神经网络的便携式胎心电设备研制方案。本文主要研究内容如下：　　（1）心电信号分离算法。为了从腹部混合心电信号中提取出纯净的母亲心电信号和胎儿心电信号，采用U-net网络搭建分离模型。随后通过仿真实验验证该算法的可行性，以此表明该算法可分离出目标心电信号。最终，该分离算法被应用于后续的软件系统中。　　（2）硬件系统设计。硬件系统主要包括四个模块：前端信号采集模块、微处理器控制模块、系统电源模块以及外壳设计模块。为了方便导联连接，前端信号采集模块和微处理器控制模块设计为子母模块，用户可以手握前端信号采集模块连接导联线，并通过数据线连接微处理器控制模块。前端信号采集模块按照美国心脏协会标定的规范进行设计，对采集的信号进行预处理并通过高度集成的控制芯片进行数字化处理。微处理器控制模块采用ARM系列芯片对采集数据进行打包和传输至上位机。系统电源模块作为前两个模块的心脏，需要进行电源纹波干扰的控制以避免带来额外的高频噪声。最后，本研究还设计了PCB板块并根据需求设计外壳封装，以提高系统的美观度和可靠性。　　（3）软件系统设计。软件系统主要包括嵌入式系统与上位机系统。嵌入式系统搭建的功能是控制外围芯片、接收打包采集数据并传输数据至上位机中。上位机系统搭建的主要目的是实现用户自检自查功能，用户可以通过登陆界面记录用户数据，然后通过与Qt程序进程交互的分离算法程序将分离后的心电信号以心电图形式显示到实时监测界面上，最后用户可以通过历史回顾界面翻查测试情况。　　（4）系统性能指标检验与系统测试。针对系统硬件性能和临床应用效果进行测试，结果表明该设备符合设计要求并能满足用户胎儿心电监测需求，具有一定的实用性。

关键词： Electronic design automation   Graph neural networks   High-level synthesis   Reinforcement learning   Machine learning  

摘要： With the ever-increasing applications comes the realization that efforts and complexity for developing hardware to keep pace with such compute demands are growing at an even faster rate. And, the problem goes further. As the target cadence of Moore’s law is already slipping, more burden is placed on the design methodology to achieve the “equivalent scaling”. The proliferation of everywhere machine learning (ML) reveals its multi-faceted role: the killer applications that pull transition to novel hardware and compute paradigms (i.e., system for ML), and the important boosters to design methodology that push toward automated and agile hardware development (i.e., ML for system). Aiming to foster the virtuous cycle between ML and hardware, my research features hardware agile development empowered by ML and studies how to infuse intelligence, improve agility, and eventually enable no-human-in-the-loop automation for scalable and efficacious hardware development flow by synergistic investigation across algorithm, architecture, and electronic design automation (EDA). Specifically, we investigate how different ML techniques can be applied for (1) fast and accurate design evaluation, (2) efficient and scalable design optimization, and (3) high-quality and productive design verification. In design evaluation, we leverage the inherent graph structures of data flow graphs and circuits and explore how domain knowledge can be infused into graph neural network (GNN)-based models, so that we can reconcile timeliness, accuracy, and generalization capability in high-level synthesis (HLS) and logic synthesis performance predictions. In design optimization, we exploit deep reinforcement learning for flexible, scalable, and automated design exploration in HLS resource allocation and workload placement optimization, which is efficient in large search spaces and can be transferred to new designs. In design verification, we utilize the message-passing mechanism in GNN computation to imitat

关键词： 机载显示系统   国产化   硬件设计   高速PCB   信号仿真  

摘要： 机载显示技术是航空电子系统中的一项关键的技术,是飞行员感知外界信息的重要手段。航空机载显示系统作为人机交互的接口,对信息的交互能力、数据的处理速度、系统的可靠性等多方面提出较高设计要求。目前国内比较成熟的机载显示系统架构多数采用国外的处理器芯片,国产化产品较少。基于此背景,本文设计了一款基于国产CPU+国产GPU为核心的机载显示系统。 本文设计的机载显示系统主要的研究内容如下: 1)根据系统的技术指标,依据低功耗、可重构、高集成度的设计思想,完成系统总体框架设计,给出了基于国产CPU FMQL45T900+国产GPU HKM9000的机载显示系统硬件设计方案。采用模块化和结构化的设计理念,将机载显示系统硬件平台划分为多个功能模块,主要包括主控、存储、显示、调试以及电源等多个模块,并对各个功能模块进行详细的设计,最终完成机载显示系统硬件电路的原理图设计。整体的设计满足国产化、高集成度、高可靠性的设计要求。 2)根据系统电路的原理图,完成硬件平台14层高密度PCB板卡设计,包括层叠设计、布线设计以及电源平面设计。采用“目标阻抗法”对DDR3的PDN网络进行了PI仿真分析,根据仿真结果对电路结构进行优化,使得DDR3电源平面的阻抗控制在“目标阻抗”以内。针对DDR3高速信号传输质量的问题,采用sigrity仿真软件在时域下对高速敏感信号的传输进行SI的仿真分析,并根据仿真的数据对系统电路进行优化设计,使得DDR3数据信号在1066Mbps的传输速率下满足系统高速信号的传输要求。 3)为更好的统一调度和管理底层硬件资源,在机载显示系统平台移植了Vx Works6.9操作系统。分析了Vx Works操作系统的模型架构以及初始化启动流程,进行了BSP文件的编写,并针对GPU模块PCI接口驱动和SPI接口驱动进行开发,使得操作系统能够充分的调度管理硬件资源,实现复杂机载画面的绘制。 4)搭建系统测试环境,完成对系统平台的测试验证。首先,针对硬件平台接口信号测试不便的问题,基于该机载显示系统设计一款调试平台;其次,采用“元器件预计法”对原理样机的平均故障时间进行分析计算,计算得到该系统平台可连续工作29732小时;再次,对系统中关键的时钟信号进行测试,测试结果表明时钟信号满足芯片的工作时序,同时,在静态和动态工作模式下对电源质量进行测试计算,测试的数据表明,系统平台电压的相对误差和纹波系数均在4%以内,满足系统设计指标要求,有充分的裕度;最后,基于该系统平台进行了软硬联合调试,完成机载显示系统视频与图像的叠加以及大屏信息的综合显示。

关键词： 机器人禽类分割系统   工厂应用   高效分割  

摘要： 家禽产品作为人类获取蛋白质的重要途径,已经成为人们餐桌上不可或缺的必需品。但禽类产品加工生产中的分割环节目前在世界范围内仍属于人工密集型工种,需求持续增长和零售商越来越高的肉类品质要求给禽类加工操作带来了挑战,禽类分割环节机器人化实现成为加工工厂未来发展趋势。迫切需要一种面向工业生产的机器人分割工艺和应用到工业现场的机器人禽类分割系统。基于此,本文发展了一种应用于工业现场的机器人禽肉分割工艺及对应的机器人禽肉分割系统,具体内容包括如下: 第二章提出了一种面向全无人化操作的禽类机器人分割工艺,利用机器人操控灵活性的优势,集合了目标对象行进中动态抓取、生物体与夹具对准装配、夹持操作等,实现了鸡胴体脱钩、套锥、扯翅、分块、剔骨的自主分割。搭建了实验室环境下的机器人分割实验平台,设计了能够多姿态切换的末端执行器,采用了满足食品行业需求的纯气源驱动;基于医疗手术中对生物材料无损夹取过程的探索,确定了禽类无损夹取方式;基于单台机器人点到点轨迹规划,完成了鸡胴体脱钩、套锥、扯翅等系列连贯动作,并得到与人工分割相似的结果,验证了机器人自主分割工艺流程的可行性。 第三章和第四章面向工厂高效分割的应用要求,开发了多机械臂多工位协同的禽类肉品机器人分割硬件系统,包含多工位协同工艺优化、多工位末端执行器结构设计及多机器人多工位协同控制软件系统。设计了面向多工序协同操作的多工位末端执行器,并根据工厂环境进行了结构优化,实现了生产线中抓取、脱钩、撑翅、扯翅等单个工位的功能验证。基于此,开发了全自动地面输送线用于连接多台机器人对应的不同工序,设计了基于无源信号的通讯系统,服务于多机器人协同控制。开发了集成红外传感信号、PLC和继电器信号控制的机器人分割系统控制程序,实现了机器人分割生产线系统的全流程循环。 第五章完成了禽类肉品机器人自主分割系统的软硬件集成及应用验证。在河南极鲜达公司现场对机器人禽类分割系统进行了搭建与实验测试,证明机器人分割系统能有效代替人工完成禽类分割环节的全流程,分割质量符合要求。