基于纳米材料的无源RFID温度传感器设计

射频识别(RFID)技术与传感器的一体化设计,具有数据采集便捷和部署方便等优点,在智慧农业和食品溯源监测领域具有潜在应用价值。提出一种基于氧化锌(ZnO)/还原氧化石墨烯(RGO)的无源RFID一体化温度传感器设计,传感器天线和电极主要采用微带贴片天线制作,天线及电极结构通过HFSS软件进行仿真设计及优化,然后利用热转印技术在环氧树脂覆铜板上通过化学刻蚀制备图形化电极;传感器的温敏材料为水热法制备的ZnO/RGO纳米复合材料。ZnO/RGO温敏材料阻抗随环境温度发生变化,从而引起RFID射频谐振中心频点偏移,以射频回波损耗和归一化频移来度量环境温度的变化,在10℃~60℃量程范围内,该传感器的温度灵敏度可达0.86 dB/℃,线性度R2=0.99。

基于共振峰和梅尔倒谱的声纹特征提取SOC设计

反映声道(谐振器)物理特性且不易受环境影响的元音共振峰可以更好地反映说话人的声纹特征,为此提出了说话人共振峰自适应MFCC(梅尔倒谱系数)特征提取SOC(片上系统)设计。首先提取说话人语音元音的三组共振峰来设计Mel三角形滤波器组,并基于传统MFCC与共振峰改进MFCC矩阵参数比值设计自适应融合说话人语音特征以改进MFCC。在MATLAB中完成性能仿真,在QUARTUS II中完成VERILOG-HDL代码设计,在FPGA(现场可编程门阵列)开发板上完成SOC设计、编译、仿真和验证下载。结果表明,在较高信噪比环境下,基于自适应融合和共振峰改进的MFCC得到的特征向量比传统的MFCC具有更强的鲁棒性,此技术在说话人声纹身份识别传感器设计中有较大应用推广价值。

PCA-VQ融合降维的SMO-SVM说话人识别研究

针对说话人语音原始梅尔频率倒谱系数(MFCC)特征参数维数较高造成的模型计算效率低以及不稳定的问题,基于序列最小优化(SMO)高效算法求解支持向量机(SVM)基本型的对偶问题,开展主成分分析-矢量量化(PCA-VQ)融合降维的SMO-SVM说话人识别算法研究。改进后的算法在MATLAB平台上仿真通过。仿真结果表明:通过PCA-VQ融合算法对MFCC特征参数进行优化降维后,SMO-SVM说话人识别模型的正确率提高3.77%,训练时间节省1.24 s,具有较好推广应用价值。

基于物联网技术森林火灾防控系统设计

采用无线传感器网络(WSN)和Java平台,基于物联网技术标准构建森林防火控制系统,主要含WSN布置方案及路由策略设计、WSN信息采集终端和GPRS与Internet网络接口硬件设计、以及Java跨平台信息处理及远程控制中心设计,可以实现森林火灾信息采集与数据处理,为火灾防空提供技术支持和科学决策。

一种基于单片机的湿度传感器校准实验平台设计与实现

设计了一种湿度传感器校准实验平台。该平台以STC89C52单片机为核心控制器,通过PTC(正温度系数)陶瓷加热器和半导体制冷器将密闭试验箱环境温度控制在25℃,利用饱和盐溶液构建标准湿度环境,以18B20温度传感器制作出的数字干湿球温度计对环境湿度进行辅助校准。最终研制出具有硬件电路、软件驱动代码和输入输出控制系统的湿度传感器校准平台。该平台作为湿度传感器校准仪器具有准确度高,成本低和便于携带等优点。

码本聚类矢量量化算法在说话人识别中的应用

应用于说话人识别的矢量量化算法在匹配识别时需要对已有码本进行全搜索,当说话人数量增加时,全搜索的匹配计算量也随之增大,影响系统性能,且不利于片上系统应用开发。针对这一问题,本文提出码本聚类矢量量化算法,通过对训练得到的码本进行聚类处理,获取说话人码本的分类情况及各子类的代表码本。在匹配识别时,首先确定待识别说话人所属的子类,再与该子类的初级码本进行匹配,最终确定说话人身份,通过这种方式减少了与其他不可能子类码本之间的匹配计算量。实验结果表明:选择优化后的码本聚类方式,系统使用全搜索计算次数的42.56%时,误识别率不超过5.00%。

钕掺杂纳米二氧化钛光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法在Si(111)衬底上制备纳米TiO2薄膜,利用电化学阴极还原法对TiO2纳米薄膜掺杂Nd3+,对其结构及光催化活性进行研究,结果显示,所制备的样品均为多晶结构,随着Nd3+掺杂量的增加颗粒尺寸明显减小,比表面积增大.Nd3+的掺杂导致TiO2光催化剂吸光能力增强,同时吸收限红移,提高了光的利用率,并且当掺杂量为1.2%时,光催化活性最好.

基于KFCM改进SVM的学生学业预警系统设计

针对高校学业困难学生过程化管理的预警需求,通过学生的入学成绩、学期成绩、一卡通应用数据、早操考勤和学籍处理等状态数据,基于大数据处理思想,提出用核函数的模糊均值聚类(KFCM)改进支持向量机(SVM)数据决策算法,开展学生学业预警决策研究,为教师或学生个人及早采取有效干预措施提供技术支持。经仿真对比分析,本文改进算法相比传统SVM、BP神经网络、遗传算法优化支持向量机(GA-SVM)数据决策算法,在解决学生学业预警领域具有较大优势,有一定推广应用价值。

基于自适应Mel滤波器组的MFCC特征提取的SOC设计

说话人声纹身份认证技术中的关键是特征参数的准确性和模式识别的速率.为此,对识别对象的性别予以区分,并进行参数可自适应调整的Mel滤波器组设计,即通过Quartus II平台在Altera的DE2系列型号为EP2C35F672C6的开发板上完成高效率说话人声纹特征提取的SOC(片上系统)设计.设计具体步骤如下:首先,设计截止频率为400 Hz和200 Hz的低通滤波器以完成男女生基音频率的检测;然后,依据计算出的每一帧语音频谱的频率范围确定Mel滤波器组的最高频率并完成参数设计;最后,在Quartus II平台上完成Verilog-HDL代码设计,并封装为IP核完成SOC设计以及编译、仿真和下载验证.结果表明,Mel滤波器组利用率的提高有利于提高特征参数的准确性和识别速度.

基于改进Mel滤波器组的声纹特征提取SoC设计

针对说话人声纹身份认证一体化设计需求,利用曲线拟合方法改进Mel滤波器组,开展声纹特征参数提取的SoC设计研究。首先选取MFCC,IMFCC,MidMFCC的Mel频率刻度上的平均值作为拟合参数,得到拟合函数;然后利用插值方法改进Mel滤波器组中各滤波器的加权中心频率;通过Matlab进行算法设计和仿真分析,采用Quartus II和Modelsim实现代码编写、编译、时序仿真和综合;最后利用SOPC Builder技术将Verilog模块封装为IP核,并下载到DE2开发板中进行验证。研究结果表明,本系统提取出的多维特征参数具有更好的鲁棒性,有利于提高识别率。

声纹认证前端音频预处理SOPC设计

针对声纹身份认证一体化设计需求,基于SystemVue和Quartus Ⅱ平台,利用DSP Builder技术,在EP2C35F芯片上完成了用于声纹特征提取的前端音频预处理模块的SOPC设计。主要通过SystemVue设计数字音频滤波器参数,然后结合Simulink平台完成基于线性相位结构和分布式(DA)算法的低通滤波器结构设计,最后通过Signal Compiler转换为HDL语言完成设计。实验结果表明,系统可以有效限制音频信号的带宽,减少带外噪声;利用DSP Builder设计具有线性相位结构和DA算法的滤波器,设计周期短,占用逻辑资源少,其运算速度有很大提高;MATLAB理论计算也验证了设计的正确性。

基于FPGA的O-QPSK调制解调器设计

利用Quartus Ⅱ和ModelSim软件,基于EP2C35芯片FPGA开发平台,通过Verilog-HDL语言,完成了O-QPSK调制解调器的设计。该设计具有结构简单、占用芯片面积少、便于生成IP核等优点。电路与系统的仿真结果表明,所预期的功能均已实现,该方法适合在无线传感器网络及低功耗通信集成电路设计中应用。

一种基于钯-镍/硅纳米线的二量程果糖传感器

利用化学沉积法和恒电流沉积法制备了钯-镍/硅纳米线(Pd-Ni/SiNWs)。以钯-镍/硅纳米线作为工作电极,铂电极为对电极,银-氯化银电极为参比电极,从而构建了一种二量程的无酶电化学果糖传感器。以0.1 mol/L KOH为背景溶液,分别采用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)进行果糖的定量检测。循环伏安法得出果糖检测量程为5~50 mmol/L,灵敏度为0.061 6 mA/(cm^2·mmol/L);计时电流法检测果糖量程为0~7 mmol/L,灵敏度为31.185 2μA/(cm^2·mmol/L),检测限为7.6μmol/L。该种电化学无酶传感器可以实现果糖的快速准确检测。

可编程数字稳压电源设计

利用AT89C51单片机强大的可编程功能和硬件接口实现用按键或串口调整系统的输出,以达到控制输出电压的目的。输出部分由数码管显示和DA转换器输出两部分组成。数模转换芯片在单片机的输出端采样,将采样转换的结果输出,并且数码管显示单元把输出结果显示出来。电压的调节精度0.05 V,显示精度达到0.01 V。除了PC机与单片机的串口通信实现对单片机的输入之外,还可以通过编码过的按键实现对单片机的输入控制,输入的数据就是要显示和转换出来的数据。设计的特色是:输入方式多,输入操作简单灵活,输出精度高,性能稳定,经济和携带方便等。

RF MEMS工艺中牺牲层的去除方法研究

研究了MEMS开关聚酰亚胺牺牲层的去除,通过添加少许碳粉,能够减少刻蚀时间。讨论了在这种刻蚀情况下刻蚀温度和刻蚀时间之间的关系。此研究应用在表面微细加工工艺中,对MEMS加工具有重要的参考价值。该研究还可应用于RF MEMS开关、可调电容、高Q值悬臂电感、MOSFET等制造工艺中。

基于WSN和ARM的混合能源辊道窑控制系统设计

传统辊道窑能耗大、窑室温度不易均衡稳定地控制在最佳温度下,出产率及高质量成品率均限制着企业的发展。为了有效提高产能,确保产品质量,研究采用无线传感器网络(WSN)和嵌入式平台,运用物联网技术构建基于太阳能、市电和水煤气能源供给的混合能源辊道窑控制系统,主要包含WSN终端、协调器与ARM主控器以及USB接口的软硬件设计,可实时采集窑内温度、尾气气体浓度、变频电机转速和水煤气含量等参数,经WSN终端数据采集、实时传输并通过协调器上传与WSN接收端通信,最终完成混合能源自动高效协同供热等任务。该混合能源辊道窑控制系统具备良好的稳定性、可靠性和实时性。

基于Pd-Ni/Si Nanowires电极室内甲醛实时监测处理装置

研究设计一种室内甲醛气体实时监测和处理一体化装置。首先,通过电化学方法刻蚀大面积硅纳米线阵列并通过无电镀技术制备镍/硅纳米线(Ni/Si Nanowires)和钯-镍/硅纳米线(Pd-Ni/Si Nanowires)阵列电极,Pd-Ni/Si Nanowires阵列电极对甲醛有很强电化学催化氧化作用,以其为电化学甲醛传感器工作阳极,以Ni/Si Nanowires阵列为对电极,Ag/AgCl为参考电极,循环伏安技术测试结果显示该传感器对甲醛浓度灵敏度高达0.265 mA/(mmol/L),三倍信噪比检测限为2μmol/L。其次,利用STC12C5410AD单片机产生三角波扫描电压模拟循环伏安原理,可利用回路中因催化氧化产生的峰电流值来监测室内甲醛浓度,并进一步通过恒压电催化将甲醛处理。该设计方案新颖、成本低廉、便于携带,具有较大实际应用价值。

基于Kmeans改进FP算法稻米溯源体系优化设计

针对当前稻米溯源体系缺乏统一规范和溯源信息表达不够精准等问题,首先参考HACCP(hazard analysis critical control point,危害分析临界控制点)食品安全保障体系,设计稻米生长环境溯源指标体系表来实现稻米生长溯源指标标准化。然后运用Kmeans(k均值聚类)改进FP-Growth(frequent pattern-growth,频繁模式增长算法)挖掘稻米溯源参数与稻米口感评价之间潜在的关系,进而提高稻米溯源信息的精准表达。稻米溯源指标体系的优化为稻米溯源的标准化制定和溯源信息的精准表达奠定了研究基础。

B/S模式下嵌入式说话人身份认证系统

目的研究设计基于B/S模式的与文本相关嵌入式说话人语音身份认证系统。方法针对网络数据传输的噪声环境、语音识别算法的复杂度和大量用户远程实时认证的需求等问题,首次利用了MPC850微控制器和EP2C35 FPGA芯片,采用2代小波降噪,语音增强,声谱中主要参数分布估计,加权MFCC语音特征提取,与指定文本相关的混合HMM辨识等技术完成设计要求。结果给出了系统SOC实现方法,讨论了语音特征提取算法的原理及改进措施。结论该系统能有效地完成基于B/S模式远程说话人身份认证,具有较高的实践应用价值。

光电化学除草剂检测系统设计

我国农作物生产中化学除草剂被广泛使用,但除草剂的残留会威胁人们的生命健康。基于纳米技术和光电化学技术,研制的Au/ZnO/Co_(3)O_(4)/NF纳米复合材料除草剂残留传感器具有灵敏度高、检测限低等特点,以Au/ZnO/Co_(3)O_(4)/NF纳米复合材料除草剂残留传感器电极为基础,结合嵌入式技术设计的传感器样机成本低、制作工艺简便、操作简单,为新型光电化学除草剂残留传感器的研制提供了很好的研究案例,有一定的科研和应用价值,特别是在农业领域具有较大的应用前景。