低水头大型水利枢纽汛期运行水位动态控制方法研究与应用--以长洲水利枢纽为例

水库汛期运行水位动态控制是促进雨洪资源利用、缓解水库防洪与兴利之间矛盾、提高水电站综合效益的重要手段。本文以长洲水利枢纽为例,针对低水头大型水利枢纽调度过程中面临库区上游淹没制约、下游尾水顶托、机组出力受限等多约束问题,构建了适用于此类工程的防洪与发电多目标联合优化调度模型,提出基于淹没临界控制线的调洪演算方法和发电流量逐次分配优化求解方法。通过长系列模拟演算和多方案对比分析发现,与常规方案相比,采用运行水位动态控制方案可以使枢纽汛期平均发电水头提升6.88%、平均发电量增加8.75%,经济效益显著。研究方法对低水头大型水利枢纽防洪与发电联合优化调度具有借鉴意义。

业务驱动的低轨卫星物联网终端模态切换方法

针对低轨卫星物联网场景下基于窄带物联网(narrow band Internet of Things,NB-IoT)体制的物联终端大尺度地理范围内多场景应用业务时延和终端功耗需求动态变化问题,提出一种利用马尔可夫链模型评估NB-IoT终端在扩展不连续接收(extended discontinuous reception,eDRX)和节能模式(power saving mode,PSM)下的时延功耗的方法,建立了以下行业务延迟和终端功耗为优化目标的多目标优化问题。在信关站利用终端历史业务数据信息离线训练基于支持向量机(support vector machine,SVM)的时延功耗的回归预测模型,以回归预测模型作为非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms-II,NSGA-II)的目标函数,得到多目标优化问题的Pareto前沿解集,进一步从Pareto前沿解集中选择满足当前应用时延功耗需求的工作状态定时器参数值,在线配置终端。仿真结果表明,相比于传统的地面物联网终端固定式定时器参数配置方法,所提出的业务驱动的定时器参数配置方法在终端动态多场景应用下能够更好地满足业务时延和终端功耗需求。

多路音频传感信号低功耗实时采集方法设计

由于多路音频存在信号混合噪声干扰,以单路无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)节点为基础的采集过程,淡化了不同路线上的噪声特征,以单一阈值为基础降噪,存在采集偏差大、丢包率高等问题,提出基于WSN节点的多路音频信号低功耗实时采集方法。利用五元麦克风声源定位模型,确定音频信号声源的方位、距离和角度等信息,引入传感器节点,引入静音区检测的多路降噪法,通过调整静音区幅度值为0达到对音频信号不同线路的降噪目的;通过计算合适的采样时间点和平均采样频率,实现多路音频信号低功耗采集。在对比实验测试中,所提方法取得的音频信号值最接近实际值,并且丢包率最高仅为2.5%,最高功耗仅为0.62 W,该方法有效提高了信号的准确性。

基于UWB技术的矿井低功耗无线传感器网络研究

针对煤矿井下各类参数有线监测系统的布线复杂、维护困难、扩展性差等问题,基于UWB技术研究了矿井低功耗无线传感器网络,采用STM32L151微处理器和DW1000芯片设计了具有自动组网、数据多跳传输和测量距离等功能的传感器节点。详细介绍了矿井低功耗无线传感器网络的组网机制、传感器数据多跳传输技术和低功耗休眠算法等关键技术。试验结果表明,传感器节点入网时间与网络深度成正比,网络深度每增加1级,入网时间就增加1个数据传输周期;传感器数据传输时延不超过1 s,通信距离可达100 m,未入网时的平均工作电流为230μA,已入网时的平均工作电流为680μA。该无线传感器网络为煤矿安全监测系统提供了一种低功耗、低成本且高可靠性的数据传输通道和平台。

基于高密度计算的多核处理器电力芯片低功耗设计系统

多核处理器电力芯片是目前多种系统的重要组成部分,设计低功耗电力芯片,能够更好地保证系统正常运行。目前设计的电力芯片低功耗系统运行速度较慢,功耗难以达到用户要求,为此该文应用高密度计算设计了一种多核处理器电力芯片低功耗系统。兼容系统多核处理器与层次化AHB总线,探索处理器电力芯片的整体结构,集中处理存储数据信息,不断调整系统算法参数,通过高密度分析引入矩阵进行数据解析,确保运行过程的安全性。在分析处理器调度性能的基础上,利用高密度处理对数据进行层次化处理,避免数据冗余造成的系统运行故障。实验结果表明,引入所设计系统后电力芯片功耗减少了60%,加速比达到3.992,可以有效提高电力芯片运行性能。

基于多旋翼无人机倾斜摄影的近岸海域生态环境风险监测

由于现有的智能监测方法的环境质量综合指数较低,为此,研究基于低功耗多旋翼无人机倾斜摄影的近岸海域生态环境风险智能监测。低功耗多旋翼无人机能够灵活深入测区,获取地物全方位的倾斜影像。通过改变焦距,对曝光参数进行调整,自动匹配感光度,避免航片的动态模糊。对近岸海域生态环境采样,计算摄影物距,使无人机依次遍历所有路径点拍摄测区全局。建立模型,对近岸海域生态环境风险进行分析,将获得的生态环境特征数据输入模型中,对环境潜在风险进行识别,获得风险预测结果,从而完成监测。实验结果表明,2009—2023年环境质量综合指数均在90以上,提高了保护区的生态环境质量,使生态系统的健康状况得到改善。

低功耗MC-EDFA的技术发展路线

多芯掺铒光纤放大器(MC-EDFA)是实现空分复用(SDM)系统的关键器件,也是主要耗电器件,而放大器功耗主要由其泵浦技术和泵浦方式决定。以MC-EDFA泵浦技术为轴线阐述其低功耗技术发展路线,综述了MC-EDFA在降低功耗方面的研究进展。最后对低功耗MC-EDFA目前存在的问题和未来发展应用前景进行了探讨和展望。

基于多传感器融合的低功耗人体活动识别方法

人体活动识别是行为监测、健康分析等许多任务的前提与基础,其中基于可穿戴设备的人体活动识别方法凭借其持续性分析的能力有着不可替代的优势。人工神经网络(ANN)可以显著提高人体活动识别的准确度,然而,基于ANN的分析方法由于计算量大,计算功耗高,不适用于可穿戴设备应用场景。基于此,提出一种基于多传感器与脉冲神经网络(SNN)的人体活动识别方法,该方法基于集成学习实现,分类准确率达到97.8%。同时将训练好的集成学习模型转换为SNN,可以充分利用SNN专用芯片低功耗的特性,以数毫瓦的功耗完成人体活动识别任务。

一种全集成高效率多通道神经电刺激电路

设计了一种超低待机功耗、高效率的16通道高压神经电刺激集成电路(IC)。该电路主要包括1个基于串-并联电荷泵的高压产生模块,以及1个16路独立配置的通道输出驱动电路模块。高压产生模块将输入的1.65 V低压域电压转换为高压域电压6.6、9.9、13.2 V;通道输出驱动电路根据设定的刺激电流和电极负载情况动态选择合适的高压域电压以提高电刺激效率。经测试,在1.65 V输入电压和3.3 V电源电压下,该电路待机时静态功耗约为7.6 nW,由待机至电刺激电路工作切换时间小于36 ns,电荷泵输出最大电压可达12.7 V,约为电源电压的4倍,通道控制电路能输出最高1 mA的刺激电流。与传统的固定电源电压电刺激电路相比,消耗的能量最高减少了76.9%。

一种用于TDC的低功耗多相时钟生成电路

在无人机3D地形测绘中,作为核心模块的时间数字转换器(TDC)需要具有远距离测量能力和高测量分辨率。基于对测距系统的长续航、公里级测距能力和厘米级测量精度的综合考量,文章设计了一种用于TDC的低功耗多相位时钟生成电路。采用了伪差分环形压控振荡器,通过优化交叉耦合结构,在保证低功耗的前提下,提升了信号边缘的斜率,增强了时钟的抖动性能和对电源噪声的抑制能力。在电荷泵设计中,通过对环路带宽的考量选取了极低的偏置电流,在进一步降低功耗的同时缩小了环路滤波器的面积。基于SMIC 180 nm CMOS工艺完成了对多相时钟生成电路的设计。仿真结果表明,在400 MHz的输出频率下,环路带宽稳定在1 MHz。该电路在不同工艺角下均能达到较快的锁定速度,相位噪声为-88 dBc@1 MHz,功耗为1 mW,均方根抖动为27 ps,满足厘米级测距的精度需求。

一种基于ZigBee技术的低功耗水文遥测系统研究

基于ZigBee技术的低功耗水文遥测系统,利用感知层内的遥测雨量计、管道流量计、浮子水位计获取当前流域水文信息后,经由RS485总线将其传输到控制层内的遥测数传仪内,再将水文RS485总线信息转换成报文后,将其发送到传输层内ZigBee收发器内;传输层按照水文报文信息属性利用ZigBee无线网络和5G通信传输技术将其传输到相对应的组网内,并传输到服务层内;服务层利用防护墙过滤水文报文信息后,经由服务器将其存储于数据库内,用户通过调取数据库内水文报文信息,对流域水文异常情况进行识别并使用水文地图展示功能呈现当前水文异常状态,完成遥测。实验表明,该系统稳定性好,应用效果显著。

可现场GPS定位的手持式γ能谱仪的设计

针对目前现场γ能谱测量仪需要满足便携式、低功耗、高灵敏度等应用要求,设计了一款基于C8051F340片上系统微处理器的手持式现场γ能谱仪。该能谱仪采用低功耗的电源设计方案,并集成GPS现场定位功能;同时,采用软硬件结合的方式实现γ能谱测量的自动稳谱。其系统结构采用多功能一体化的设计方案,非常适合野外现场工作。高灵敏度γ能谱的实验结果验证了系统设计方案的可行性。

一孔多层监测井中地下水分层监测系统开发

针对一孔多层监测井中的地下水动态监测,研发了一种地下水分层自动监测、远程传输技术及仪器,重点解决了监测仪器多通道数据信息的在线监测与集中传输技术问题,并采用多种措施解决了仪器的稳定性、可靠性、低功耗、密封防水等一系列关键技术问题。仪器可挂接多个传感器并进行集中数据的远程传输,在野外对仪器进行测试应用,系统运行状况良好。该系统为一孔多层监测井中多层位地下水位、水温在线监测提供了一套技术及设备,实现地下水监测从传统的混合监测到分层监测。支撑示范区多层地下水数据精细分析、地下水演化规律深入研究、水文地质参数的真实获取,大大提高了野外工作效率。

一种新型多用无线传感器网络平台硬件设计与实现

在分析了无线传感器网络特点的基础上,基于应用广泛的新型51核心单片机设计了一种新型多用硬件节点,此节点可搭配多种无线射频模块,论述了该节点的设计思路与设计方法,根据设计要求制作硬件实物并对该平台的功耗、无线数据传输距离和丢包率参数做出评估。在搭配Si4432无线模块时,该平台最大功率仅为280mW;无线通信距离为120m,丢包率仅为0.667%。硬件测试结果表明:该平台设计灵活、功耗低,满足无线传感器网络硬件节点要求,具有一定的应用价值。

基于FPGA的多传感数据融合电子式互感器采集系统仿真

提出了一种基于FPGA和AD7685的电子式互感器采集系统的设计方案,给出了具体的基于多传感数据融合技术的积分方法,在FPGA中采用Verilog HDL语言编程控制AD7685进行数据采样,并将采样数据加上CRC校验码后按规定的帧格式组帧,最后通过串口按曼彻斯特码发送。由于电子式互感器的采集系统处于高压侧,受到激光电源输出功率的限制,故必须采取低功耗设计。该方案在Quartus II中通过功能仿真,可以满足数据采集、传输的时序性要求。

低能耗下铝电解槽阳极结构的优化

为了进一步降低铝电解工业能耗,以仿真软件ANSYS及ANSYS-FLUENT为平台,应用阳极穿孔方式对铝电解用阳极进行结构优化,并进行工业试验,以研究其工业应用并验证仿真结果。计算结果表明:新型阳极下气泡层厚度为1.28 cm,比普通阳极气泡层厚度减少0.72 cm,对应极距电压差约240 mV;阳极表面温度最低为704.3℃,阳极电压降为379 mV,电场分布与普通阳极保持一致;阳极碳块热应力最大值为17.4 MPa,远低于碳块的许用应力。新型阳极在3台槽上进行试验,长期运行的平均槽电压比传统电解槽的降低了229 mV,穿孔阳极结构电解槽电流效率从91.15%提高到91.85%,生产每吨铝直流电耗降低了683 kW.h。仿真结果与实验结果相符,说明此结构阳极能够快速排出气泡进而减小极距。

一种基于无线传感器网络的车间多参数监测系统

针对现有监测系统存在的功能单一、灵活性不强等不足,基于无线传感器网络,以STM32F103微处理器为计算处理核心,设计了一种组网灵活的多参数车间状态监测系统。该系统能够对车间内的环境温度、湿度、气压和设备震动、运动、倾斜等参数进行数据采集,并将数据无线发送给监测中心,实现远程实时监测。在实现功能的前提下,重点进行低功耗设计。测试结果表明:系统数据包传输率在90%以上,温度测量误差小于0.7℃,功耗低,能长时间稳定、准确地监测环境信息。

基于MSP430单片机的海洋多参数检测系统设计及实现

随着传感器技术的高速发展,多参数检测系统广泛应用于海洋监测等领域。然而,该类系统需要针对不同应用进行单独设计,增加了系统设计成本,延长了设计周期。为此,设计了一种基于MSP430单片机的海洋多参数检测系统,该系统包含RS232、I^2C和SPI三种串行接口,能够连接具有这三种接口的多种传感器,以便对多种参数进行检测。系统检测的多参数数据可以存储在SD卡中,也可以通过RS485串行接口随时将数据传输给上位机。系统硬件各部分设计均采用具有低功耗特点的芯片。在软件设计方面,通过移植μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统,增强了系统软件的可扩展性。经测试,该系统具有扩展性强和功耗低等特点。

基于绝热多米诺逻辑的三值移位寄存器设计

通过对三值移位寄存器和绝热多米诺电路的研究,提出了一种具有左移右移并入并出功能的三值绝热多米诺移位寄存器的设计方案.首先根据开关信号理论设计了具有复位功能的三值绝热多米诺D触发器,实现寄存器移位寄存功能;然后设计了具有数据选择功能的T运算电路,此电路具有3种切换功能;最后在此基础上进一步设计了4位三值绝热多米诺移位寄存器,实现三值绝热多米诺移位寄存器的级联.经HSPICE仿真验证,所设计的电路具有正确的逻辑功能及显著的低功耗特性.

基于分光光度法的多量程海水营养盐原位传感器检测系统设计

针对传统海水营养盐检测方法不能满足海水营养盐长期原位监测需求的问题,研制了一种基于分光光度法的多量程海水营养盐原位传感器检测系统,通过对系统的高度集成及对多量程检测、低功耗技术、漏液保护技术的应用,实现了对海水5项营养盐参数快速、宽范围、高精度的原位测量。经过实验室和青岛中苑码头现场测试,表明本营养盐传感器检测系统具有低功耗、高可靠性能,可满足对5项营养盐参数的快速精确测量要求,实现了对海水营养盐参数的原位监测,为相关部门及时了解海洋生态环境和水体富营养化程度提供了数据支持,具有重大现实意义。