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基于PVDF柔性压电薄膜的性能优化与嵌入式设计开发

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基于PVDF柔性压电薄膜的性能优化与嵌入式设计开发

作者：李涵博河南大学

学位级别：硕士

聚偏氟乙烯(PVDF)具有高的物理化学稳定性和压电性,其作为传感器的应用受到科研工作者的广泛关注。静电纺丝法制备自支撑纳米纤维膜是一种新型的技术手段,是提高PVDF固有压电性质并赋予其可弯折柔性的有效方法。为提高PVDF薄膜的压电性... 详细信息

聚偏氟乙烯(PVDF)具有高的物理化学稳定性和压电性,其作为传感器的应用受到科研工作者的广泛关注。静电纺丝法制备自支撑纳米纤维膜是一种新型的技术手段,是提高PVDF固有压电性质并赋予其可弯折柔性的有效方法。为提高PVDF薄膜的压电性能,本文以PVDF为基底,通过原位共混掺杂法,制备出复合PVDF静电纺丝柔性纤维膜;采用多种现代分析手段对所制备材料进行了形貌表征和性能测试。根据纤维膜不同的压电输出特性,设计开发了两种应用方向的嵌入式软硬件集成系统。本论文的主要研究内容如下:(1)基于PVDF二元掺杂纤维膜的可穿戴脉冲计数仪为获得具有良好经济性、机械性、压电性(高β相含量)的PVDF压电传感器。首先是材料的制备:以PVDF溶液为基础液,一定比例的纳米Zn O和纳米碳粉与之混合作为电纺丝溶液,通过静电纺丝法制备出二元掺杂PVDF纳米纤维膜。其次是电路设计:根据所制备薄膜的特性(压电特性、输出范围、机械性能)和应用场景,确定硬件电路主要组成为:放大电路,数字化电路,主控芯片(单片机),显示电路。PVDF纳米纤维膜位于放大电路的输入端。最后,信号处理电路中,各组件之间的数据传输需要紧密衔接,并对显示信号所表达的涵义进行可视化‘翻译’。因此进行了以下程序设计:一、芯片通信以及信号传输程序设计,用以进行单片机与显示器之间的数据交流;二、单片机对信号的运算处理程序,读取单片机在固定时长内检测到的脉冲次数,经过运算处理转化为速率。通过多种现代表征手段分析了薄膜的形貌和结构,证实了其β相含量与机械性能的提高。通过嵌入式仿真软件和编程软件,对电路的合理性、程序的主要功能进行测试。最后根据整体设计组装‘计数仪’,成功构建了一种计数准确、灵敏度高,传感部分可穿戴,电路部分可集成的脉冲计数仪模型。(2)基于PVDF三元掺杂纤维膜的自供电大面积柔性触摸板为了解决PVDF静电纺丝纤维膜本身机械强度较低,易粉末化、难于从收集板上分离的问题。在上一章二元掺杂PVDF薄膜的基础上,进一步添加Si O纳米颗粒改性剂以提高材料的韧性和压电性能。具体而言,将一定比例的正硅酸乙酯(TEOS)与氨水混合,充分反应后,将所配制的溶液通过静电纺丝法制备出Zn O-C-Si O三元掺杂PVDF纳米纤维膜。该纤维膜的韧性强度得到显著增强,并且从收集板上可完整取下而无破碎。大面积、完整的PVDF三元掺杂纳米纤维膜的成功制备为构建触摸板提供了材料基础。在纳米纤维膜下加上铝箔导电层,以便对纤维膜按压信号进行多点位取样和传递。信号处理电路主要组成为:放大电路,A/D转换电路,参考电压电路,主控芯片(单片机),显示电路等。程序设计以‘定位算法’为核心,以单片机、A/D转换芯片以及显示器之间的数据流为‘骨架’。最终实现按压不同区域,可显示响应区域编号的输入输出转换。通过多种现代表征手段分析了薄膜的形貌和结构,证实了其β相含量与机械性能的进一步提高。通过嵌入式仿真软件和编程软件,对电路的合理性、程序所要实现的主要功能进行测试。最后根据整体设计组装‘触摸板’,成功构建了一种新型的自供电大面积柔性触摸板设备模型。

关键词：静电纺丝 PVDF纳米纤维膜脉冲计数仪自供电触摸板嵌入式设计

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舰船视觉传感控制器的嵌入式设计与研发

舰船科学技术 2021年第22期43卷 193-195页

作者：朱海英赵转莉黄河水利职业技术学院电气工程学院

为了提高舰船视觉传感控制精度,降低舰船视觉传感控制器功耗,设计嵌入式舰船视觉传感控制器。嵌入式硬件设计包括全向视觉模块、图像采集模块以及处理器模块。在处理器模块中,设计一种嵌入式微处理器。图像采集模块采用ADWH233嵌入式控... 详细信息

为了提高舰船视觉传感控制精度,降低舰船视觉传感控制器功耗,设计嵌入式舰船视觉传感控制器。嵌入式硬件设计包括全向视觉模块、图像采集模块以及处理器模块。在处理器模块中,设计一种嵌入式微处理器。图像采集模块采用ADWH233嵌入式控制芯片控制CMOC八位图像采集传感器。全向视觉模块选用一种等比例组合的全向反射镜面实现全向视觉功能。嵌入式软件设计具体包括智能处理模块、管理中心模块。智能处理模块能够实现图像的智能处理、结果统计和图像校正功能。管理中心模块能够实现图片历史、任务切换等功能。通过嵌入式硬件与软件相结合,实现控制器的嵌入式设计。测试结果表明,设计结果的控制精度较高,且成功实现了功耗的有效降低,对于舰船数字视觉系统的发展有一定意义。

关键词：舰船视觉传感控制器嵌入式设计时钟电路图像采集传感器套接字

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西安市社区托养型养老设施嵌入式设计研究

西安市社区托养型养老设施嵌入式设计研究

作者：周书航西安建筑科技大学

学位级别：硕士

西安市老龄化进程加速发展,老年人口日益呈现高龄化、空巢化的发展趋势,需要照料的失能、半失能及失智老年人比例不断增加。家庭结构小型化使得居家养老照料的负担加重,高龄独居老年人的生活照护问题变得日益严峻。受到传统观念影响,老... 详细信息

西安市老龄化进程加速发展,老年人口日益呈现高龄化、空巢化的发展趋势,需要照料的失能、半失能及失智老年人比例不断增加。家庭结构小型化使得居家养老照料的负担加重,高龄独居老年人的生活照护问题变得日益严峻。受到传统观念影响,老年人多数不愿意离开自己的原居环境,而西安市机构养老设施布局呈现“近郊多,城中少”的特点;而社区养老设施的专业照料水平普遍较低,目前的机构养老设施和社区居家养老设施否服务功能类型满足不了老年人对就近享有专业养老照料的需求。在社区设置托养型养老服务是西安市老年人的实际养老需求。研究如何利用社区既有闲置资源,嵌入托养型养老设施,既整合利用了社区既有资源节约用地,也使“居家-社区-机构”养老模式统一联动,实现老年人原居安老。研究从以下几个方面展开,首先构建社区托养型养老设施嵌入式设计的基本理论,阐述了社区托养型养老设施的概念及嵌入式设计的涵义,并通过对概念详细解析明确要解决的核心问题;对西安市老年人群特征及养老需求进行研究,明确社区托养型养老设施服务对象的实际需求;再从嵌入载体类型、嵌入方式、功能配置、空间布局等方面对国内外社区托养型养老设施实际案例进行研究,总结社区托养型养老设施的发展经验与类型特征;进一步分析西安市现有社区托养型养老设施存在问题:设施配置不均衡、建设水平参差不齐、内部功能空间布局不合理、居住空间缺少人性化设计、普遍适老化设计不足等,提出适合于西安市养老现状的社区托养型养老设施嵌入式设计策略。从嵌入式设计的相关影响因素进行分析,提出托养型养老设施嵌入社区的设计原则,分析西安市社区中常见的嵌入载体资源类型,根据其不同布局形式确定设施嵌入方式:外置式嵌入、内置式嵌入,进一步提出适合于西安市的嵌入式日间托养养老、嵌入式短期托养养老、嵌入式混合托养养老等三种社区托养型养老设施的配置模式,并根据老年人生活行为及空间需求对设施功能配置与空间布局进行研究。最后对设施各功能空间的设计原则、空间组织等方面提出设计要点。希望为西安市社区托养型养老设施的嵌入建设实践提供一定的参考,为改善西安市养老环境起到一定积极作用。

关键词：社区托养小型养老设施嵌入式设计

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数字式LED驱动电源嵌入式设计研究

现代工业经济和信息化 2022年第12期12卷 44-46页

作者：丁犇佛山职业技术学院广东佛山528137

随着全球能源危机问题逐渐突显,低碳环保开始被人们重点重视,照明作为能源消耗的一大方面也备受社会人士的关注。LED作为新时代下的固态光源,具有环保、节能、寿命长、效率高和易控制等优点,也被认为是如今最具发展前景的技术。由于数字... 详细信息

随着全球能源危机问题逐渐突显,低碳环保开始被人们重点重视,照明作为能源消耗的一大方面也备受社会人士的关注。LED作为新时代下的固态光源,具有环保、节能、寿命长、效率高和易控制等优点,也被认为是如今最具发展前景的技术。由于数字式LED驱动电源设计在动态光调节下不够全面和完善,导致对LED的调节无法达到预期的效果。设计嵌入式系统下LED驱动电源,可有效提高驱动电源的功能,测试结果表明,所设计的数字式LED驱动电源具有转换效率高、驱动性能强等优势。

关键词：数字式LED驱动电源嵌入式设计驱动电路

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将接近感应添加到您的下一个嵌入式设计中

世界电子元器件 2023年第8期 19-22页

消费电子设备现已成为日常生活的一部分。移动电话稀有、PDA只能由少数人买得起的日子已经一去不复返了。随着这些嵌入式电子设备变得无处不在,此类设备的制造商正在寻找新的方法来封装更多特性和功能,以增强其可用性并在市场上更具竞... 详细信息

消费电子设备现已成为日常生活的一部分。移动电话稀有、PDA只能由少数人买得起的日子已经一去不复返了。随着这些嵌入式电子设备变得无处不在,此类设备的制造商正在寻找新的方法来封装更多特性和功能,以增强其可用性并在市场上更具竞争力。接近感应是许多嵌入式设备中的一项此类功能。嵌入式设备领域的接近传感是检测电子设备附近是否存在人类手指或手。接近传感的这一特性正在被众多行业的各种应用所采用。

关键词：嵌入式设备嵌入式设计电子设备 PDA 移动电话可用性感应传感

动态光调节下的数字式LED驱动电源嵌入式设计

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现代电子技术 2017年第10期40卷 103-106,110页

作者：蔡建军无锡职业技术学院江苏无锡214121

由于动态光调节下的数字式LED驱动电源设计不完善,使动态光对LED的调节无法达到预期效果,而嵌入式系统则可有效提升LED驱动电源各项性能。为此,设计基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源。其中的A/D采集模块对动态光调节下的... 详细信息

由于动态光调节下的数字式LED驱动电源设计不完善,使动态光对LED的调节无法达到预期效果,而嵌入式系统则可有效提升LED驱动电源各项性能。为此,设计基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源。其中的A/D采集模块对动态光调节下的数字式LED数据进行采集、整流、滤波和A/D转换,得到A/D采样数据并传输到驱动电路。驱动电路采用嵌入式设计对A/D采样数据进行优化,进而实现对LED发光的合理控制和动态光对数字式LED的有效调节。C8051F021芯片是基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的"管理者",其管理流程图于软件中给出。软件还对A/D采集模块的数据采集语言进行了设计。实验结果表明,所设计的数字式LED驱动电源驱动性能强、电源转换效率高。

关键词：动态光调节数字式LED驱动电源嵌入式设计 C8051F021

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小型PLC自动控制器的嵌入式设计与实现

现代电子技术 2017年第22期40卷 82-84,87页

作者：姜永华张正中烟台职业学院山东烟台264670 苏州工业职业技术学院江苏苏州215104 中国科学技术大学纳米科学技术学院江苏苏州215123

为了解决原有PLC生产过程中手工调试参数校准效率低和测试精度低的弊端,设计并实现了小型PLC自动控制器。详细分析了PLC硬件中AIO模块、DIO模块、PTA模块以及CPU模块的功能,基于这些模块的功能,设计小型PLC自动控制器的模块级自动检测方... 详细信息

为了解决原有PLC生产过程中手工调试参数校准效率低和测试精度低的弊端,设计并实现了小型PLC自动控制器。详细分析了PLC硬件中AIO模块、DIO模块、PTA模块以及CPU模块的功能,基于这些模块的功能,设计小型PLC自动控制器的模块级自动检测方案,重点分析AIO模块的自动检测过程。描述自动控制器中矩阵开关以及上位机软件的实现过程,采用最小二乘拟合的方法校准AIO模块中的数据,降低系统误差的干扰度,提升检测精度。实验结果表明,所设计自动控制器各测试模块检测方案可行,具有较高的测试精度。

关键词：小型PLC 自动控制器嵌入式设计最小二乘拟合

数字营销在人才培养方案的嵌入式设计研究——以福州大学市场营销专业为例

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现代商贸工业 2023年第6期44卷 47-50页

作者：陈章旺朱引娣福州大学经济与管理学院福建福州350108

数字时代,数字人才的竞争愈发激烈,数字人才培养也愈发重要。市场营销是实践性极强的专业,时代需求向专业人才培养提出新挑战。福州大学市场营销专业深化人才培养改革,将数字营销嵌入式设计专业人才培养方案,以转变人才培养目标、优化... 详细信息

数字时代,数字人才的竞争愈发激烈,数字人才培养也愈发重要。市场营销是实践性极强的专业,时代需求向专业人才培养提出新挑战。福州大学市场营销专业深化人才培养改革,将数字营销嵌入式设计专业人才培养方案,以转变人才培养目标、优化专业课程体系、丰富教学资源及加强数字营销与实践教学的深度融合等实现人才培养改革的突围,探索培养具有数字营销意识、数字营销能力、数字营销精神的营销复合型人才的改革路径。

关键词：数字营销人才培养嵌入式设计市场营销

基于嵌入式的先天性心脏病辅助诊断系统设计与实现

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基于嵌入式的先天性心脏病辅助诊断系统设计与实现

作者：李国正云南大学

学位级别：硕士

先天性心脏病是危害我国儿童、青少年的严重心血管疾病。目前,先天性心脏病的初诊、筛查是通过专业医生借助听诊器通过心脏听诊判断受试者心音是否异常,再对疑似患者行“超声心动图”检查进行确诊。这需要丰富的临床经验,基层乡镇卫生... 详细信息

先天性心脏病是危害我国儿童、青少年的严重心血管疾病。目前,先天性心脏病的初诊、筛查是通过专业医生借助听诊器通过心脏听诊判断受试者心音是否异常,再对疑似患者行“超声心动图”检查进行确诊。这需要丰富的临床经验,基层乡镇卫生院的医生不易掌握。目前,先心病初诊主要依靠省级医疗队下乡筛查,这需耗费大量的人力、物力、财力,且效率低,漏诊、误诊时有发生。以上诸多因素,导致许多先心病患儿不能及时得到诊断并及时治疗。为此本研究旨在开发一套基于嵌入式的便携式先心病辅助诊断设备,该设备克服了其他先心病筛查设备对网络的依赖,便于在临床初诊和大规模筛查先心病中使用。系统由STM32、Raspberry Pi和SoC-FPGA等构成,Raspberry Pi通过以太网向SoC-FPGA发送指令和数据并实施控制。在Raspberry Pi中,实现了心音信号数据采集、去噪、分割和特征提取,最终生成二维心音特征图;在SoC-FPGA中移植了心音分类算法并实现了对该算法的加速。本文研究的主要内容分为4个部分:(1)设计基于STM32的无线心音心电采集电路,该心音心电采集电路由心音传感器The one、心电放大器AD8232、模数转换器AD7606、STM32最小系统和蓝牙模块构成,旨在通过无线心音心电采集电路采集良好的心音心电信号并通过蓝牙将信号发送给Raspberry Pi或其他移动端。(2)心音信号的预处理以及特征提取,在Raspberry Pi得到心音信号后,首先对原始的心音信号进行小波去噪、使用持续隐马尔可夫模型对心音进行分割提取单周期心音信号、再对单周期心音信号进行短时傅里叶变换得到心音时频域图,最后取时频域图的等值线作为心音分类的特征图。(3)心音分类算法的设计与算法加速方案,本研究选用卷积神经网络作为心音分类算法,并通过Open CL模型将该算法移植到FPGA中。首先计算出心音分类算法的计算复杂度和空间复杂度,并利用Roofline Model分析硬件平台的性能瓶颈。然后结合Roofline Model提出优化方案,在卷积计算中通过降低并行度,牺牲时间将硬件资源控制在可接受的范围内,卷积运算的过程中,当计算结果满足一次池化要求时,即可进行池化操作,无需等到卷积层计算完成后进行池化;全连接层中通过批量数据计算方法减少全局内存的访问次数,同时采用分段计算简化矩阵乘法运算过程。(4)Raspberry Pi与SoC-FPGA之间的通信,使用Raspberry Pi中的Putty工具登录到FPGA,并通过以太网向SoC-FPGA传输特征图,完成特征图的传送后FPGA利用移植在其中的算法对特征图进行前向推理后得到心音分类结果,并将结果发送给Raspberry Pi。本设计验证结果表明:无线心音心电采集电路能发送出信号质量较好的心音心电数据,同时Raspberry Pi可接收到较高质量的心音心电信号,Raspberry Pi能较好的完成心音信号的去噪、分割和特征提取任务。在相同的实验条件下,SoC-FPGA心音分类速度是PC(核心芯片为Intel core i5-5200 CPU)的22.74倍,且心音分类精度无明显下降。该系统实时性效果较好、便于携带,为偏远无网络地区的先心病辅助诊断提供了一种离线的解决方法。

关键词：先天性心脏病辅助诊断系统心音信号处理嵌入式设计硬件加速