基于开口谐振环结构的介电常数测量传感器研究

固态材料介电常数的测量常采用双端口传感器,但传感器尺寸较大。针对此问题,设计了一款单端口特性的射频传感器,尺寸仅为30 mm×40 mm。射频传感器采用开口谐振环结构,选用介电常数为4.4的FR4材料作为传感器基板,厚度为1 mm。首先使用电子设计自动化软件ADS设计了传感器,并对加载不同介电常数模型的传感器进行仿真,以得到不同介电常数下的回波损耗S11;随后使用MATLAB对S11谐振频率进行处理,得到待测样品厚度为0.8 mm时的拟合公式。最后,将实测数据代入拟合公式得到材料介电常数的测量值,并与样品介电常数标准值比较。实验结果表明,使用该射频传感器测量Rogers 5880得到的介电常数为2.18,误差为0.91%;测量FR4得到的介电常数为4.32,误差为1.82%。因此,所设计的射频传感器可以用于固态材料介电常数的精准测量。

基于FPGA的贴片式定位导航系统设计

设计一种基于FPGA的贴片式定位导航系统,实现了以Altera公司的CycloneⅡ EP2C35为核心的接收终端。试验样机表明,以FPGA为接收终端,采用软核处理器,减小了导航系统的体积,缩短了产品开发周期,产品升级方便,接收终端采用数字指南针+GPS组合定位,提高了贴片式定位系统的定位精度。

手指静脉图像感兴趣区域快速提取方法研究

手指静脉识别技术由于其非接触、高防伪性以及活体检测等优点,成为研究与应用的热点。针对传统手指静脉图像感兴趣区域提取方法过程复杂、运算量大的问题,提出一种感兴趣区域快速提取的方法。该方法采用三点对比法定位手指上下边界以及基于相似三角形定理的图像校正方法。与传统的方法相比,省去了边缘优化的复杂过程以及减少了旋转校正的乘法运算量,能将指静脉图像感兴趣区域提取的速度提高2~3倍。利用指静脉图像库进行仿真实验,结果表明,本算法提取ROI的正确率为100%,识别的等错误率仅为2.45%,说明该方法具有较高的普适性和稳定性,能广泛应用在指静脉识别系统中。

基于SOPC技术的便携式定位系统设计

采用SOPC技术,设计了一种基于NIOSⅡ软核处理器的便携式组合定位系统。介绍了系统硬件组成,对系统软件开发进行了详细阐述,并给出了相应程序。试验样机表明,该系统接收终端体积小,开发周期短,开发成本低,产品生命周期长,系统采用GPS/数字指南针组合定位,克服了单一GPS定位盲区。

应用于WBAN的动态自适应网络研究

基于WBAN的技术尚不成熟,提出一种新型WBAN技术方案,将HBC技术与MICS频段结合应用到WBAN中。考虑到体域网中体内节点的能耗约束性,提出了一种应用于WBAN的新型网络,即具有自适应性的基于中继的两跳星型网络;针对WBAN中节点生存周期的重要性,提出一种低能耗的MAC协议——基于TDMA的中继MAC协议。该方案的提出,能够满足WBAN对安全、能耗、可靠性等服务质量(QoS)的要求,且较好地改善了体内节点的网络生存期。

基于人体通信的信息交互系统设计

针对穿戴式设备之间的互联互通问题,研究并实现了基于人体通信技术的信息交互系统。考虑到穿戴式设备的应用场景,设计了人体通信双向通信的MAC协议;为了提高系统的通信效率,定制了人体通信传输帧结构;为了降低系统功耗,设计了系统的3种工作模型。实验结果表明,该系统能够快速完成信息交互,其实时数据率达到200 khit/s,误码率亦趋近10^(-8)。为IEEE 802.15.6标准MAC协议的实现奠定了良好基础,将进一步推动人体通信技术的发展与应用。

基于气固两相流的空气净化器效率优化研究

室内颗粒物的净化效率是空气净化器的重要参数之一,采用气固两相流的原理仿真优化净化效率时,容易出现无法进行精确设置边界条件的难点。针对上述问题提出研究了不同出口边界条件对出口精度及效率的影响规律,并提出了将outflow出口与压力出口相结合来进行净化效率的优化。仿真结果表明:outflow出口精度与效率都较高,但不存在回流,过于理想化;压力出口若压力设置不合适,很难收敛,精度与效率都较低;outflow出口与压力出口相结合能加快收敛,效率明显提高,达到99.88%。研究为净化除尘设备的优化设计提供了一种新的思路及理论依据。

电极形状对无创血糖检测精度影响的研究

在低频段时,为了提高基于射频信号的无创血糖检测的精度,本文探讨了圆形、方形、螺旋形电极分别在模拟的三种不同浓度血糖溶液中对S11参数的影响,从而分析电极形状对血糖检测精度的影响。研究表明:电极形状与血糖检测精度存在一定关系,在谐振点时,相较于方形电极和圆形电极,螺旋形电极所测得的S11参数幅值最小,其血糖检测精度最高,因此,该形状电极更适用于无创血糖检测。

指纹识别技术发展现状

利用生物特征进行身份识别已成为目前信息安全领域的研究热点,指纹识别技术随着计算机图形学技术的飞速发展已取得巨大的进步。对近20年来指纹识别技术的发展状况进行综述,重点介绍指纹图像的采集、图像的增强、特征提取及匹配、图像的存储与数据库应用等指纹识别中的关键技术,阐述这些关键技术的实现原理,并分析不同技术方法的优缺点。

一种兼容AHB总线的Nor Flash控制器IP设计

为满足医学系统芯片(SOC)的低成本、低功耗、微型化的需求,定制了一款兼容AHB总线接口的NorFlash控制器IP.该设计针对常规Flash控制器功能繁杂,读写数据需长时间等待等缺点,采用了硬件解锁、简化块擦除模块和增加写操作数据寄存器等优化设计方法.该设计最后进行了FPGA原型验证并进行了流片,验证测试结果表明,该IP功能正确,总线的利用率得到了提高.在系统时钟10MHz下,选用S29L V008J Nor Flash芯片,按连续存储16个32位数据计算,本设计比常规设计减少总线占用时间165μs,设计达到了预期结果.

可穿戴设备中基于人体通信的身份识别方法研究

针对目前生物识别技术在穿戴式设备上应用的缺陷,提出一种可应用于可穿戴设备上的生物识别方法。利用300 k Hz^1.5 GHz的电磁波在人体通信信道传输中产生的幅度衰减特性曲线作为生物特征。为了验证此方法的可行性,首先,利用矢量网络分析仪测量生物特征;其次,提取数据的梯度,使用支持向量机进行分类器模型训练和测试。验证结果与直接对采集的生物特征进行分析的方法对比,引入梯度的分析方法使得正确识别率从90.45%提高到94.54%,等错误率从0.95%降低到0.14%,接收者操作特征曲线下面积从0.997 1增加到0.999 9。因此,基于人体通信的身份识别方法可为穿戴式设备的身份认证系统研究提供一种方法。

基于单片机的小票打印系统

介绍基于单片机89C52的小票打印系统的设计。硬件采用最小系统,并通过TpμP-T微型打印机打印,软件采用C51编程。最后实现了小票打印系统,并具有编辑功能。该系统可以用来记录建筑工地上装机打水泥粉的各种数据,包括打印型号、打粉的起始日期和结束日期、桩号、总深度和总重量等数据,并能进行适当的编辑例如删除、复位、取消当行输入、输出打印等。

人体通信不同信道传播特性的研究

植入式通信系统是人体体域网(BAN)的重要组成部分,在医疗监测、疾病诊断治疗和残疾人辅助方面有重要的应用前景。基于时域有限差分的方法(FDTD)原理建立多层非均匀介质人体组织模型,通过在体表、体内植入不同方式信道,研究植入式人体通信信道传播特性。首先,建立多层非均匀介质人体组织模型,考虑到组织介电特性与频率有关,随频率呈α、β、γ色散,需对介质Debye模型进行非线性参数拟合;然后,在人体通信链路体表-体表、体表-体内、体内-体表和体内-体内植入四种信道,分析0.3~100 MHz频段人体通信信道的衰减特性;最后,通过信道植入实验(猪肉)验证了非均匀介质建模的可行性。分析植入式人体信道路径损耗特性:在植入信道传播特性方面,信道路径损耗与信道长度相关且随频率呈高通特性,在信道植入方式方面,体内信道较体表植入更具有优势。

视网膜假体专用集成电路研究进展

近些年来,人工视网膜假体的研究成为视觉修复领域的一个热点。文中根据不同的视网膜假体实现方案,概括介绍了视网膜假体专用集成电路的主要种类及实现方法;分析比较了视网膜上假体和视网膜下假体两种实现方式的优缺点。重点论述了视网膜假体专用集成电路中能量和数据收发、全局数字控制器以及神经驱动阵列等模块的基本原理及研究进展。最后讨论了视网膜假体专用集成电路设计上所面临的一些挑战及关注问题的展望。

人体通信信道测试系统的研究与实现

人体通信以人体为通信媒介,具有低功耗、高速率、高安全性等优点,其为人体传感器网络提供了一种理想的通信方式。设计了一种人体通信信道测试系统,具有"浮地"特性,能真实反映人体通信的耦合或感应机制。该系统采用ARM7TDMI内核的S3C44B0X系统作为开发平台,使用直接数字合成器(DDS)芯片AD9910设计可调频率信号源,使用对数放大器芯片AD8310设计信号强度检测器。测试结果表明:可调频率信号源频率范围为0～200MHz,窄带无杂散动态范围大于80dB;信号强度检测器检测分辨率可达0.1 dB。该系统采用电池供电,成功地在电磁屏蔽室做大量实验,并测试得到人体信道特性。

一种应用在人体传感器网络的低功耗VCO

人体通信作为人体传感器网络的一种新兴的通信方式,有着突出的优势与巨大的潜力。介绍了应用在人体通信无线收发器的压控振荡器(VCO)的设计与测试。该模块采用了四级双差分结构,采用SMIC 0.18μm 1P6M工艺,核心面积仅为0.02 mm2。测试结果显示:在1.8 V供电电压下,VCO调谐范围为30～130 MHz,在80 MHz输出频率下,1 MHz频偏处相位噪声为-98 dBc/Hz,最大功耗仅为1.27 mW,较好地满足了采用人体通信作为通信方式的人体传感器网络的要求。

人体通信信道相位特性研究

采用实验统计方法研究人体信道在1 ～200 MHz频段下的传播延时和相位特性.实验采用13名志愿者分别进行4个传播路径的群延时测量,并将测试频段划分为1～100 MHz和100～200 MHz两个子频段进行研究,探讨4个传播路径和两个子频段下的延时特性.统计分析表明：信号在人体通信信道的传播延时和传播路径无关;100 ～ 200 MHz频段内的传播延时均比1～100 MHz内的传播延时大.1～200 MHz频段内相位归一化曲线表明：在20～40 MHz频段信号畸变较大.根据最大似然估计算法（Maximum Likelihood Estimation,MLE）和Akaike信息量准则（Akaike Information Criterion,AIC）,信号相位归一化偏差值符合Lognormal分布.

基于ECG信号的高精度血糖监测

连续血糖监测在糖尿病管理中具有重要的意义.目前糖尿病患者主要通过指尖采血或植入式微创传感器监测血糖,但上述方法存在疼痛、成本昂贵、易感染等问题,因此,无创监测是实现连续血糖监测的理想技术.本文利用心电(ECG)信号,提出了一种血糖水平无创监测的方法:通过获取12名志愿者共60 d 756160个ECG周期信号,利用递归滤波器实现ECG信号的滤波,并采用卷积神经网络和长短期记忆网络相结合(CNN-LSTM)的方法,实现了血糖水平的十分类监测,并通过实验探索了个体建模和群体建模2种建模方式的差异.结果表明,在个体建模和群体建模的条件下,血糖监测精确率分别约达到80%和88%.其中群体建模10分类的F1值可达到0.95、0.88、0.91、0.85、0.92、0.88、0.86、0.86、0.87和0.86.研究表明,本文提出的基于ECG的无创血糖监测方法为实现血糖水平的实时、精准监测提供了一种有力的理论支撑与技术指导.

无创血糖检测中不同葡萄糖浓度的介电-频率响应特性研究

无创血糖检测技术具有无痛感、不易感染和可连续监测等优点,是血糖检测技术发展的重要方向。为了研究在不同频率下、不同葡萄糖浓度对介电特性的影响,该文首先以不同葡萄糖浓度的水溶液为研究对象,探索了500 kHz～5 MHz频率范围内不同葡萄糖浓度水溶液的介电-频率特性。研究表明,葡萄糖水溶液在500 kHz～5 MHz的响应特性与高频下的响应特性不同。在该频段下,当葡萄糖浓度不变时,水溶液的复介电常数的实部和虚部随着频率的增大而减小;当频率不变时,水溶液的复介电常数的实部和虚部随着葡萄糖浓度的增大而减小。其次,该文还通过对复介电常数测量值进行二阶Debye模型拟合,并对Debye模型中的参数进行了二次多项式拟合。拟合的决定系数均高于0.93,最终得出了葡萄糖浓度为0～16%水溶液的复介电常数在不同葡萄糖浓度和频率下的相关函数,量化了葡萄糖水溶液的复介电常数与葡萄糖浓度及频率的关系。最后,通过建立包含皮肤、血液、肌肉的无创血糖检测模型,并采用基于时域有限差分法对模型进行仿真分析。结果表明,接收电极2与3之间的电压差值随着葡萄糖浓度的增加而线性增大,为基于500 kHz～5 MHz频率范围内的无创血糖检测提供了一定的理论基础。

一种兼容AMBA总线的实时高效静态存储管理IP的设计与实现

设计了一种兼容AMBA2.0AHB总线的实时高效存储管理IP——静态存储管理IP.与虚拟存储管理技术相比,IP可以为实时系统芯片的高实时性提供良好的保障,它完成一次存储器访问最多需要2个时钟延时,最少可以达到0延时传输.同时它具有结构简单、可支持8个64M的静态存储器、可编程控制以及进行不同数据宽度的Burst传输等特点.设计采用结构完全并行、时序完全同步的状态机设计思想,采用SIMC.18工艺进行流片,系统芯片整体面积为5mm×3.5mm,测试结果与设计目标基本一致.