在对现有产品的调研基础上,提出一套智能家居控制系统的设计方案。设计采用STM32作为主要节点,搭载Wi-Fi网络模块,实现主控器与Android应用程序之间的通信;借助MQTT协议进行数据传输和消息处理;通过安装在LCD串口触摸屏中的LVGL图形UI库,实现简洁的交互界面,使用户可以更加方便地控制家居设备;使用各种传感器技术实时采集室内环境数据,并进行处理分析。该设计可以针对不同时间段的应用场景设定不同的智能化控制策略,实现家居的自动控制,同时能通过使用数据加密和用户认证等措施确保用户的数据和隐私安全。该系统充分发挥了模块化设计优势,具有很高的性价比。

本文研究了基于石墨烯的柔性温度传感器的制备工艺与性能特性。首先阐述了石墨烯柔性温度传感器的工作机理,继而探讨了以聚二甲基硅氧烷为基底材料、石墨烯为导电介质的传感单元制备方法。通过优化石墨烯浆料配方并采用丝网印刷工艺,成功制备了柔性温度传感单元。随后对传感单元进行了系统的性能测试,包括电阻-温度特性分析和温度循环稳定性评估。实验结果表明,所制备的传感单元在电阻温度特性、循环稳定性等方面均表现出良好的性能,具备工业级应用的潜力。本研究为石墨烯柔性温度传感器的实际应用提供了重要的技术支持。

柔性电子赋能的智能人机交互系统,相较于传统电子器件,展现出卓越的柔韧性和适应性,满足人机交互的多样化需求。本文旨在全面梳理柔性电子在智能人机交互系统中的研究现状,深入剖析柔性电子在人机交互领域的优势,同时总结并指出柔性电子在人机交互领域的机遇与挑战,并进一步展望柔性电子赋能的智能人机交互系统的未来发展趋势,为后续的技术研发与实际应用提供坚实的理论指导。

针对工业软件界面用户使用后满意度低、反弹率高的问题,对用户需求驱动下的工业软件界面设计展开研究。从工业软件界面设计原理和原则出发,通过增加惩罚系数优化采集方法,收集用户需求;着重探讨图形要素设计、界面信息布局设计和界面颜色设计三方面设计考量。为准确确定界面图形要素,引入特征相似性,将其作为判定界面图形要素的条件,进一步提高界面图形要素的明确性。以2569人参与设计的工业软件界面为实例,对实践结果中用户满意度和人数进行分析。从取得较好的评价、反弹率最低的设计中提取经验和方法,用于进一步提高设计界面对用户的吸引力。

采用LMS算法和FIR框架结构,对一种基于FPGA硬件的自适应滤波器系统的实现方法展开探讨。系统采用自顶向下的模块化方案设计16阶自适应滤波器。顶层文件包含两个接口、FIR滤波、误差计量和抽头系数共5个模块。系统参数前期均由MATLAB仿真验证选取最优值。硬件测试平台选用以ZYNQ-7000系列芯片为核心的开发板。加噪正弦波信号经系统滤波处理后通过示波器观测,显示去噪效果良好,且通过逻辑分析仪抓取的结果与MATLAB理论仿真结果符合度较好。系统可以封装成一个自适应反复调用的功放IP核,适用于音频、图像、视频等信号滤波处理领域,具有一定的工程应用价值。

基于ARM处理器MM32SPIN0280设计一款细分步进电机驱动器。主要特点包括外置MOS管驱动器、半桥驱动电路和电流采集电路,实现电流环控制电机。详细分析步进电机衰减模式、电流采样时刻和恒定力矩矢量控制方法。对自举电路和驱动电阻进行功能阐述和定量计算,为实际电路设计提供理论依据。针对软件讨论PWM输出和采样时刻设计,以及恒定力矩矢量控制的实现方法。通过实际电机线圈电流测量,展示了高细分驱动对恒定力矩和小电流波动的优势。通过对比16和2细分情况下的电流波形,证明高细分运行时电机扭矩更稳定,噪音更小。本设计为小型化、高性能步进电机驱动器的开发提供了有价值的参考。

针对动态作业车间调度中新工件突发插入导致现有调度规则失效的问题,本文基于深度强化学习中的DQN算法提出一种实时调度策略。该方法可在动态环境下对调度决策进行实时调整,以实现整体生产效率最大化和新工件及时加工的目标。研究通过构建动态仿真环境,对算法在不同工件插入场景下的性能进行了验证,结果表明该方法相比传统调度方法具有更好的适应性和鲁棒性,为解决动态作业车间调度问题提供了新的思路。

为提高工业机器人的工作效率,提出一种以时间最优为目标的轨迹优化方法,在5次B样条曲线轨迹规划原理的基础上,引入遗传算法对轨迹进行优化。针对工作时间建立适应度函数,并通过选择交叉概率和变异概率操作产生新的轨迹解,与未被淘汰的父代组成新的种群,经过迭代求得运行时间最优的期望解。利用MATLAB软件对这一方法进行仿真,结果表明,经分析遗传算法优化后,轨迹运行时间明显减少,且具有良好的轨迹效果。

为了在增加有限硬件开销的基础上实现更高的信号噪声抑制比、提高面积利用效率,提出一种基于分时复用SAR ADC的动态zoom ADC。同时提出一种提取粗量化模拟残差并前馈的无源实现方案,不需要有源求和运放的设计,避免了普通无源求和信号的衰减,减小了粗量化部分量化噪声泄露引起的“毛刺”。整体电路分为粗量化和细量化两部分进行设计,粗量化由3位异步SAR ADC实现,细量化由二阶3位量化的sigma-delta调制器实现。基于0.18 μm CMOS工艺、3.3 V供电电压,在1 MHz采样频率下、1 kHz带宽内,消耗76 μA电流,得到信噪失真比和FOM的具体值,验证了设计的可行性。

为了降低失调电压和噪声对传统带隙基准的影响,采用SMIC 40 nm CMOS工艺,提出一种低温漂、低噪声、高精度的电压型带隙基准。对温度系数调制电阻和输出分压电阻采用电阻矩阵修调,减小工艺对温度系数和带隙基准电压的影响;采用斩波调制与低通滤波器结合,大幅减小失调电压和噪声对基准电压的影响。使用Cadence Spectre工具进行仿真,当电源电压为3.3 V时,典型条件下该基准源在-40~125 ℃的温度范围内输出电压的温度系数为5.87×10^-6/℃,加入斩波电路后,噪声相较普通带隙基准显著降低,且相对精度提高了50倍。

为满足ADC在高精度转换和多路复用场景下的应用需求,提出一种应用斩波的两步式增量型Sigma-Delta ADC电路。该设计通过硬件复用增加转换阶段来量化残余电压以消除量化噪声,并在两个转换阶段的第一级积分器上应用斩波稳定技术降低运放失调电压的影响。仿真结果表明,在1 kHz信号带宽、1.8 V供电、输入归一化幅值为0.6的正弦波条件下,该ADC可实现103.6 dB的信噪比,有效位数达到16.92位,适用于多传感器复用和高精度转换应用场景。

在现有产品基础上加以改进,设计一种高精度低噪声低压差线性稳压器电路。设计采用折叠式共源共栅结构放大器来降低噪声,提高增益;使用PMOS管代替过热保护电路中的电阻,降低功耗,同时采用栅极驱动结构以及电流控制方式实现开关管导通与关断。基于TSMC 0.35 μm B iCMOS工艺结合Cadence软件进行设计、版图绘制和前、后仿真,在后仿真中得出相关参数值。对各参数做出详细分析,并对不同频率下的电源电压抑制比进行了对比。实验结果表明本设计达到了高精度低功耗的设计目标。

为解决集成电路生产成本随半导体制造工艺进步而升高的问题,尤其针对传统模拟架构DC/DC变换器中的电阻、电容、运算放大器等模块面积大、功耗高、稳定性差等问题,设计一款基于数字PWM调制buck型DC/DC变换器。设计基于CSMC 0.18 μm BCD工艺,使用Verilog硬件描述语言设计数字PID补偿器,在VCS+XA数模混合仿真环境下进行仿真验证。仿真结果表明在不同PVT条件以及不同负载下,输出纹波较低,输出电压稳定,实现了低成本、高鲁棒性的设计目标。

针对监控场景中行人遮挡导致的检测漏检和精度下降问题,以及跟踪算法中精度与计算复杂度难以平衡的挑战,在YOLOv8基础上引入掩码注意力网络,提出M-YOLOv8行人检测算法。同时,通过将M-YOLOv8与优化后的DeepSort算法相结合,并对行人重识别模型进行轻量化处理,构建了一个完整的行人检测与跟踪方案。实验结果表明,改进后的算法在保持较高检测精度的同时,具有较低的计算成本,可有效应用于监控视频中的行人检测与跟踪任务。

本文研究了应变调控对紫磷烯量子输运特性的影响。基于对紫磷烯在柔性电子器件领域的研究背景和应用前景的阐述,采用第一性原理计算方法,系统地研究了紫磷烯的应变调控机理。通过建立不同应变条件下的电子输运模型,重点分析了应变对能带结构、电子密度和态密度的影响规律,进而验证了紫磷烯在不同方向应变下表现出的显著的各向异性特征。研究为紫磷烯在柔性电子和传感器领域的应用提供了理论基础,证实了应变工程在调控紫磷烯电学性能方面的重要作用。

对轴承的传统监测方法受限于外部电源且布线复杂,增加了安装和维护的难度,难以适应狭小或恶劣的环境。柔性传感器和机器学习相结合的新技术,显著提升了轴承智能监测的灵活性、准确性和实时性,为轴承智能监测提供了新的解决方案。本文总结了基于机器学习和柔性传感器在轴承智能监测中的研究进展,从柔性传感器工作原理、结构设计、机器学习等方面展开,阐述轴承智能监测的重要性,分析轴承智能监测技术的发展动态,探讨基于柔性传感器的智能轴承发展趋势,有助于提升轴承智能化监测水平。

随着集成电路技术的快速发展,高压功率驱动电路在工业和汽车电子等领域得到广泛应用。为深入理解、开发和掌握先进BCD工艺技术,更好发挥其兼容Bipolar、CMOS和DMOS工艺的优势,通过介绍BCD工艺的特点及其发展历程,结合600 V高压功率驱动电路的设计,对隔离、高压MOS和版图设计等关键技术展开深入研究。研究可为高压功率驱动电路的设计实现提供有效支持,在当前芯片国产化大趋势下,对提升中国集成电路设计制造水平具有重要意义。

针对现有的基于元路径模式建模的异质图神经网络模型灵活性和完全性较差的问题,为进一步提高异质图神经网络模型的效率,基于对现有模型原理的详细分析,提出一种双向路径排序（FR-PR）算法。该算法发挥了图神经网络作为一种基于深度学习的图表示技术在提取图数据特征方面的优越性能,可以自动识别异质图中的元路径模式,并对其进行排序。通过实验,在常用开源异质图数据集上与目前已有的可提取异质图元路径模式的模型进行对比分析,验证了算法的有效性。

为辅助相关部门更好地掌握毕业生就业网络舆情,利用大数据和人工智能技术,开发一种针对高校毕业生求职期间网络舆情的分析系统。系统基于BERT模型,通过爬虫技术从社交媒体中收集数据,将收集的数据预处理后利用深度学习训练出情感分析模型,并使用前端、后端技术,结合对模型的训练结果,将模型集成进网络舆情分析系统当中。目前该系统已研制完成并通过相关部门评审,即将投入使用,以期在全局舆情控制和引导目标方面发挥作用。

本文研究了基于SIMP密度法的电-热耦合拓扑优化问题。首先建立了SIMP密度模型,分析了电热耦合系统中的物理关系和优化目标。在模型建立过程中,重点考虑了材料的导热系数、电导率、对流换热系数等关键参数,并引入了自适应过滤半径的概念。研究表明,密度模型的选择、焦耳热的产生与分布以及目标函数的设定对优化结果有显著影响。通过对比不同过滤半径（0.2 mm、0.4 mm和0.8 mm）优化后的结构,分析了各参数对温度分布和结构性能的影响。实验结果表明,合理的过滤半径选择可以有效改善结构性能,降低温度标准差。本研究为电-热耦合系统的设计优化提供了理论基础和实践指导。

为降低电弧光对电气设备回路安全性的影响,从快速灭弧功能入手,基于单片机MSP430设计一套实用性较高的弧光检测系统。深入分析电弧光的产生过程及危险性,结合低功耗电路结构的设计要求,完成系统的软件及硬件设计,包括弧光检测电路、电源控制电路、I/V转换电路、键盘输入电路及相关软件算法的实现。经实验验证,本系统具有较高系统稳定性,适用于配网安全等场合,具有一定的工程应用价值。

为满足模拟前端检测电路的低噪声、低失调的要求,介绍一种采用0.18 μm CMOS工艺制作的基于斩波稳定技术的可编程增益放大器。采用斩波稳定技术降低失调与低频1/f噪声,利用可编程增益级提高模拟前端电路输出摆幅的利用率,以满足不同环境下的检测需求。该款放大器从1 Hz到10 kHz的等效输入噪声积分值为1.43 μV,使用阻抗增强电路实现4.52 GΩ的运放输入阻抗;采用C-2C电容阵列作为可变电容阵列,可实现0~15倍最小步长1/64倍的增益调节,对于需要精细化调节增益的低噪声电路有广泛的应用场景。

针对早期定型的CQFP器件在设计时并未考虑到板级安装可靠性,存在引线与瓷体共面度差异大、引线应力释放效果不明显等问题,以CQFP128器件为例,进行引线成型设计和板级可靠性验证的研究。研究对CQFP材料结构、出线方式及引线成型要求展开详细分析,并通过试验证明成型后的器件具备更好的焊接共面性;在经历整机振动试验后,通过X射线、扫描电镜等分析方法,表征出焊点具备良好的可靠性。本研究可为同类型器件引线成型和可靠性验证提供参考。

柔性传感器能够无隙贴覆在非平整被测物表面的特点,使其在信息、能源、医疗、国防、农业等领域具有广泛的应用前景。本文制备了一种具有正电阻温度系数的石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料,并用此材料制备了一种柔性温度传感器。石墨烯/PDMS传感器在 15~80 ℃ 的温度范围内成线性正电阻温度系数,线性系数0.049,拟合度较好,具有良好的重现和稳定性,其电阻波动较小,在0.05%-0.08%范围内,在高湿度环境下也能良好测温。测试了柔性温度计在植物中应用的可靠性。基于石墨烯/PDMS的柔性温度传感器,能够实现植物叶温测量的应用,在智慧农业精准测温领域具有巨大潜力。

为解决现有轴柄式控制增量编码器损耗高、寿命短、抗振动能力差、可靠性低等问题,介绍一种光机电一体化的增量式光电编码器设计方案,包括32内花瓣轴套和可伸缩滚珠定位、Z型遮光盘设计和红外光敏OC开路输出电路等创新设计。通过精密结构设计和材料选择,实现了高精度32档位电信号转换。采用三维建模和有限元分析进行了结构可靠性验证。通过与国外同类产品的技术指标对比,验证数据和所达到的环境适应能力。本研究在性能、结构和成本等方面皆有优势,应用前景广阔。

针对柔性场效应晶体管直接在柔性衬底上进行器件制备时的机械损伤问题,提出一种基于无损转移法的柔性有机铁电栅石墨烯场效应晶体管制备方法。器件的微纳加工过程完全在刚性衬底上完成,再通过液相法转移到柔性衬底上,可以有效避免器件制备过程引入的应力对性能的损伤。实验结果表明,转移至PET衬底上的柔性有机铁电栅石墨烯场效应晶体管仍具有典型的铁电滞回特性,且滞回窗口大于20 V。经过1 000次弯折之后,器件的滞回窗口仅有约14%的降低,证明了所制备柔性石墨烯晶体管器件具有优异的耐弯折特性。本研究可为柔性可穿戴电子系统的研制提供研究方案与解决问题的思路。

针对无人机信息采集任务中路径规划对效率和覆盖范围的重要影响,提出一种基于A*算法的路径规划方法。该方法以偏离期望路线的距离作为代价函数,通过优化计算确保无人机能够尽快回到期望路线;同时将最小化加加速度作为目标函数,以考虑无人机动力学约束,提升拟合轨迹的平滑程度。研究通过仿真实验验证了该方法的有效性,表明该方法可显著提高轨迹平滑度和信息采集完整性,有效减少能量损失,延长飞行时间,从而提升无人机的信息采集效率。

随着现代应急消防向智能化、多功能化和小型化方向发展,可穿戴设备需同时满足舒适性和轻量化要求,以应对突发事件中的不确定性和场景复杂多样性。本文以智能红外AR消防面罩为例,详细阐述了其设计与实现方法,分析了应急消防过程中的痛点问题。重点探讨了柔性电子、微纳集成、多模态网络通信和人工智能等关键技术在可穿戴消防装备中的应用。研究表明,这些新型技术的融合应用可显著提升消防装备的智能化水平和实用性能。本文的研究成果为智能应急消防可穿戴设备的发展提供了技术支持和创新思路。

针对电荷泵功率效率偏低的问题,设计一种带有电荷回收结构的四级两支路电荷泵升压电路。使用电荷回收开关连接升压电容不同电位极板实现电荷回收,提高了功率效率;使用交叉耦合电压抬升电路提供高压电荷转移开关控制信号,简化了电路结构;使用三相非交叠时钟分别控制高压时钟生成电路以及电荷回收开关,避免了各节点在电位变化期间的电荷泄漏。仿真结果显示该电路在5 V电源电压下,可对外输出20.11 V。开启电荷回收功能前后,电路的最大功率效率分别达到44.35%和51.33%。

本研究探讨了FDD LTE/NR动态频谱共享（DSS）技术在5G网络中的应用及其性能。研究选择1.8 GHz频段,在室内环境中进行了实验测试。测试采用路测和CQT方法,比较了LTE单模、NR单模和DSS模式下的网络性能。从RSRP、SINR、MCS、占用RB数以及吞吐量角度多维度地验证动态频谱共享的性能。结果显示,DSS技术在提高频谱利用率的同时,对LTE和NR性能都有一定影响。LTE性能损失在3%到8%之间,而NR性能损失在10%到22%之间。DSS技术能根据LTE和NR的业务需求灵活调整资源,在5G终端普及和网络发展的背景下,可有效提升网络容量和频谱效率。

为突破转换器在输出电容选型上的局限性,保证转换器快速的负载瞬态响应,基于自适应恒定导通时间控制的两种控制模式,提出一种可根据输出电容类型选择控制模式的同步降压型DC/DC转换器。在D-CAP模式下,支持具有适当等效串联电阻的电容等作为输出电容;在电流模式下,支持等效串联电阻较低的陶瓷电容作为输出电容。基于0.35 μm BCD工艺,使用Cadence软件对转换器进行瞬态仿真。结果表明,该设计在两种模式下都具有快速的瞬态响应。

针对传统PCR和杂交法需要使用两台仪器且存在气溶胶污染的问题,本文设计了一种核酸PCR扩增杂交一体化反应仪。该仪器通过全封闭设计将PCR扩增和杂交反应整合到同一设备中,主要由PCR扩增杂交反应芯片模块、温控模块、温度采集及控制系统、主控板和蠕动泵模块等组成。实验结果表明,该仪器具有结构简单、温度控制精度高、液体传输精准等特点,可实现自动化控制并有效避免气溶胶污染,具有良好的应用前景。

为减少图像亮暗不均、出血点间灰度差异大对视网膜出血点检测结果的影响,提出一种基于灰度幅值直方图零点阈值与区域特征分析的视网膜出血点检测算法。算法通过大尺度中值滤波器实现图像的阴影校正,结合凹凸线段对背景干扰点进行抑制,完成前期的预处理操作;由各行各列幅值直方图中第一个零点进行暗目标自动阈值分割,并基于幅值特征的区域生长改善血管连续性;根据血管与出血点间形状的不同去除血管,实现了出血点分割。在DIARETDB1公开图库中的测试结果验证了算法的有效性。

研究提出基于互补双掺杂低源漏电阻同或门的场效应管（CDSD-XNOR）。源极和漏极采用N型和P型区域掺杂形成互补欧姆接触,取代传统双向可重置场效应晶体管（BRFET）的肖特基接触。采用两个栅极分别控制通道的不同部分,以其电压决定所控制沟道的载流子类型。欧姆接触减少了能量损失和热量产生,提高了器件效率和可靠性。采用互补掺杂技术显著提高正向传导电流,降低导通电阻,且在两个栅极分别用作控制栅极时具有更好的传输特性一致性。该器件更适合用作XNOR逻辑门,具有更高的正向导通电流和输入一致性,并实现输入可互换功能。通过Silvaco TCAD仿真验证了各项指标功能。

针对木材表面缺陷种类繁多、缺陷特征各异的问题,提出一种基于高斯混合模型参数自适应的木材表面缺陷检测算法,仅需要对木材表面无缺陷区域提取特征并通过构建算法检测模型即可完成表面缺陷识别。为进一步提高算法智能性,针对训练样本大小和数量如何选择的问题,提出了一种基于正常纹理特征的参数自适应训练样本选择算法。最终通过自适应算法选择训练样本并基于高斯混合模型实现对木材表面缺陷的定位。实验结果表明,所提算法能同时实现对木材表面多种缺陷的检测,提高了木材表面缺陷的检测精确度和准确率,具有一定的应用价值。

为实现硅基结势垒控制肖特基（JBS）二极管低反向漏电流和高击穿电压的双重目标,使用TCAD软件建立耐压值为60 V的JBS二极管仿真模型。通过研究其正向导通状态和反向截止状态的工作原理,模拟施加电压观察内部电场分布情况,仿真不同P⁺区间隔距离对反向漏电流和耐压能力的影响。通过分析JBS二极管的仿真结果,可选择合适的P⁺区间隔距离,以优化硅基JBS二极管的性能,降低反向漏电流并提高耐压能力,对于JBS功率半导体器件参数优化具有重要意义。

针对离散小波变换的提升算法进行研究和优化,提出一种基于5/3的二维离散小波变换的硬件架构。离散小波变换整体工作过程都采用了并行输入输出结构,使用内部 RAM 对计算过程中间变量进行暂存。将三级流水线结构运用到列滤波器和行滤波器的设计上,设计出逻辑较为简单且内存较小的转置单元。减少外部RAM存储空间,采用5个RAM对小波系数进行存储。通过实验,在XILINX KC705型现场可编程逻辑门阵列上实现无损压缩系统,对4幅图像进行压缩,压缩比在1.3~2之间。本设计节约了硬件资源消耗,缩小了关键路径延时,DWT模块工作频率可达219 MHz,在实际应用中具有一定的技术优势。

针对塑封BGA芯片因其组分的尺寸、材料参数差异而在焊接过程中易发生翘曲变形的问题,基于有限元分析软件Abaqus对某款塑封BGA进行建模,模拟其在焊接过程中的变形情况。研究计算并分析了三种塑封料及不同厚度基板、塑封料对焊点凝固时芯片变形量的影响。分析结果表明,该芯片变形的计算值与Shadow Moiré实测值相近,进一步揭示出塑封料与基板的热膨胀系数的匹配度以及在一定范围内基板和塑封料的厚度对芯片变形量的影响规律。研究结论有助于更优化地调整材料选型及尺寸比,在设计阶段提高芯片的抗热变形能力。

本文基于柔性液晶高分子聚合物基板优异的微波特性,设计并实现了一款小型化三通带带通滤波器。通过在多层LCP基板中采用立体布局,创新性地运用垂直螺旋电感和垂直叉指电容结构,实现了滤波器的小型化设计。研究重点分析了多层螺旋电感设计和垂直叉指电容设计的关键技术,并对缺陷地结构的影响进行了深入探讨。测试结果表明,该滤波器具有体积小、性能优的特点,测量结果与仿真结果吻合度高,为小型化通信系统的发展提供了新的技术方案。

本研究旨在通过自整定模糊控制技术优化PID参数控制,解决传统PID控制中参数调节复杂、精度不足的问题。采用模糊控制规则,以误差e和误差变化ec为输入,实现参数自整定。利用MATLAB中的Simulink模块,成功模拟了自整定模糊PID控制器,并展示了其在MATLAB中的实现方法。研究结果表明,该控制器具有快速响应、高精度调节和良好稳定性,且无超调或振荡现象。研究为控制系统设计提供了高效、稳定的解决方案,具有重要的实际应用价值。