设施温室节能型传感器节点的选型与设计

以设施温室传感器节点的绿色节能为设计理念,以降低系统功耗和高效利用能量为目标。采用绿色可再生的太阳能资源作为节点的能量来源;采用功耗低、性价比高的MSP430芯片作为处理器单元主控芯片;采用具有功耗低、信号强度高、传输距离远、传输过程中信号衰减小等特点的433 MHz频率作为无线传输单元传输频率;采用单晶硅太阳能板和高性能锂充电电池组成供电系统单元。详细阐明各单元选型依据,并通过硬件电路和软件程序进行优化,进一步降低功耗。通过试验对节点的功耗进行了计算,并对节点使用太阳能充电情况进行测试。试验结果表明,通过选型与设计,系统能够实现设定目标。     

低功耗高电源抑制比CMOS带隙基准源设计

基于Ahujia基准电压发生器设计了低功耗、高电源抑制比CMOS基准电压发生器电路.其设计特点是采用了共源共栅电流镜,运放的输出作为驱动的同时还作为自身的偏置电路;其次是采用了带隙温度补偿技术.使用CSMC标准0.6μm双层多晶硅n-well CMOS工艺混频信号模型,利用Cadence的Spectre工具对其仿真,结果显示,当温度和电源电压变化范围为-50-150℃和4.5-5.5 V时,输出基准电压变化小于1.6 mV(6.2×10-6/℃)和0.13 mV;低频电源抑制比达到75 dB.电路在5 V电源电压下工作电流小于10 μA.该电路适用于对功耗要求低、稳定度要求高的集成温度传感器电路中.     

全差分式电流控制电流传输器

提出了一个全差分式电流控制电流传输器电路(FDCCCII),分析了其工作原理. 该全差分式电路具有电流控制功能,并能抑制偶次谐波和共模干扰. 仿真结果表明,在0～30 MHz的频率范围内,提出的电路满足FDCCCII理想端口特性. 当偏置电流IB=1.3 μA时, FDCCCII电路的功耗为5.69×10-5 W. 据此电路设计了一个差分式电流控制电流模式滤波器,仿真结果证明该滤波器是可行的.     

瞬时缩展模拟CMOS高频连续小波变换电路

小波函数和小波变换网络的瞬时缩展技术综合是电网络综合的新理论、新方法．本文利用对数域电路实现连续小波变换，提出的模拟CMOS高频连续小波变换电路能实现高频输入信号的时频分解，电路中的振荡器电路采用的是完全的电流模式对数域电路．并由此对数域振荡器设计和实现电流模式锁相环，从而提出了模拟连续小波变换的电路设计和实现、结果显示电路能在低电压低功率时得到宽动态范围的运用、     

1.8 GHz宽带低相位噪声CMOS压控振荡器设计

采用一种基于开关电容阵列(SCA)和尾电流源处加入电感电容滤波相结合的电路结构,设计了一个1.8 GHz宽带分段线性压控振荡器.采用TSMC 0.18μm 1P6MCMOS RF工艺,利用Cadence SpectreRF完成对电路进行的仿真.结果显示,在电源电压VDD=1.8 V时,控制电压范围为0.6~1.8 V,频率的变化范围为1.43~2.13 GHz,达到39%,相位噪声为-131 dBc/Hz@1MHz,功耗为9.36 mW(1.8 V×5.2 mA).很好地解决了相位噪声与调谐范围之间的矛盾.     

基于遗传小波神经网络的非线性动态自治网络故障诊断仿真算法

为避免用状态方程计算和分析非线性动态网络的约束计算困难,特别是计算响应跨越边界时间的问题,针对非线性动态自治网络,提出一种基于规范式分段线性化总体表达式以及非线性网络的混合参数方程.求解该方程组可得到非线性动态自治网络的故障响应仿真算法,再由小波提取故障响应的特征.采用遗传算法对BPNN进行结构和参数优化,将得到的电路故障状态特征输入至遗传优化的BP神经网络进行故障诊断.仿真结果表明了该故障诊断算法的有效性.     

学会处理非线性伏安电路实验误差

列举了一些非线性伏安电路实验,并以“伏安法测二极管的特性”的误差处理为例,叙述了如何利用最小二乘法处理非线性伏安电路实验的误差。     

基于ISFET的便携式pH检测系统的设计

本文提出了一种以离子敏场效应管(ISFET)为核心的PH检测系统,引入REFET与ISFET形成差分对,实现对ISFET的温度补偿,减小非线性失真,采用电流读出模式的读出电路,有效降低系统功耗。首先对系统的总体结构进行了介绍,重点阐述了ISFET/REFET以及电流模式读出电路的工作原理;然后介绍了系统的主控芯片,以及数据读取、显示、参数设定和自动标定等功能的实现方法;最后对系统性能进行了试验测试,结果显示,ISFET差分式电流模式读出电路在一定程度上能有效减少误差,降低功耗,抑制温漂,且使用寿命长。     

高精度Sigma-delta调制器系统设计和仿真

提出了一种基于MATLAB/SIMULINK sigma-delta(ΣΔ)调制器系统设计与仿真的方法.该方法首先根据设计目标确定调制器的阶数、过采样率和内嵌量化器位数，优化调制器噪声传输函数NTF的零极点，调整调制器的结构系数，得到性能优化的调制器系统结构；然后通过分析调制器非理想因素，对非理想情况下的调制器基于SIMULINK进行行为级建模与仿真；最后得到调制器子模块电路参数.调制器电路级仿真结果表明由该方法得到模块参数能够有效、可靠的指导调制器的电路设计.     

一个单端LO输入的新型混频器电路

设计了一个基于工作在线性区的MOSFET的新型宽带混频器.此混频器以标准CMOS工艺和简单的电路实现了现代无线通讯系统高线性度、低压和低功耗的要求,工作频带宽,且只需单端本振输入,解决了本振信号的单双端变换问题.由仿真结果可知:电路工作电压为1.2 V,功耗3.8 mW,增益为13.8 dB,P-1 dB为-4 dBm,噪声为12 dB.     

复杂非线性电阻电路小信号分析法的研究

利用小信号分析法，对复杂线性电阻网络与数个非线性电阻元件联接的电路进行了分析求解，进而得出了复杂非线性电阻电路的一般分析方法。     

基于粒子群的多BP网络并行非线性预测控制

针对传统预测控制算法在解决非线性系统控制问题时，存在难以建立精确的数学模型、控制精度不高等缺点，提出一种新的非线性系统预测控制方案。以多BP神经网络作为并行预测模型，克服误差积累以及网络规模庞大的缺点；运用粒子群优化(PSO)算法完成非线性预测控制的滚动优化。仿真表明，该方案的控制效果比常规动态矩阵控制效果有所提高，该方案是可行和有效的。     

桥梁抗震设计实用建模方法比较分析

地震作用下桥梁结构响应结果的准确性很大程度上依赖于其建立的有限元模型.以一座三跨规则连续梁为例，系统地总结和研究了进行桥梁抗震设计时不同构件和边界条件的模拟方法，并采用3种方法分别建立了集中参数模型、简化模型和精细化模型，在输入相同的地震波后进行非线性时程分析, 并对其响应结果进行比较.分析结果表明：采用前两种简化模型计算的结果误差很大，且较难反映支座、横向挡块和伸缩缝等构件的非线性响应；采用精细化模型计算的结果能更准确地反映桥梁结构的多种非线性响应，更好地适用于基于性能的桥梁抗震设计.     

基于一种混频幅值算法的油气管道探测仪及应用

针对目前地下油气管道探测仪由于高采样率、高精度而造成功耗大的问题,引入一种混频幅值算法,使得探测仪接收机能够在远低于2倍发射频率的情况下完成采样并进行相应的地下油气管道埋深的计算。根据地下管道探测仪工作原理,被测信号为等幅正弦信号,将其与方波信号通过乘法器混合得到混频信号,再通过低通滤波回路得到频率更低的信号,其频率为方波信号与正弦波信号的频率差值。接收机采集该低频信号,并计算被测信号的强度幅值即可确定油气管道的埋深。经试验证明,当管道埋深在2 m以内时,用该方法探测油气管道深度的相对误差在±2%内,且接收机测得的感应电压幅值稳定可靠,能够满足地下油气管道探测的要求,同时还降低了功耗和成本,大幅提高了地下油气管道探测仪的性价比。     

外加驱动控制法在Buck变换器非线性现象控制中应用

针对电压模式控制Buck变换器运行时参数变化导致系统出现分岔和混沌等非线性现象问题,结合Buck变换器电路结构及其精确状态方程模型,运用Matlab/Simulink软件建立仿真模型并加驱动控制信号,通过控制信号幅值及相位调节,使系统达到最优非线性控制结果。仿真结果表明,当系统电路参数变化时,采用外加驱动控制法可有效抑制系统中非线性现象,系统稳定运行,通过搭建电压模式控制Buck变换器实验平台验证该方法对控制非线性现象具有可行性。     

水果分选台单片机测控系统的研究

在现有电子称重式水果分选台的基础上，对其测控系统进行了重新研制，将原有的PC机控制替代为单片机控制。在保持原有测控功能的前提下。操作更加灵活、简便，降低了设备成本。该单片机测控系统以AT89C51为核心。配以信号调理电路、A／D转换单元、信号输出电路和键盘／显示单元等几个部分。工作时，通过压敏式压力传感器采集水果重量产生的电压模拟信号，信号经放大、滤波、模数转换后，进入单片机进行运算处理，最终实现对水果的动态称重和实时分选控制。试验结果表明，该测控系统设计方案合理可行，操作简便灵活；能够预先设置分选等级。实现多种水果的分选。具有较好的通用性和灵活性。     

高速低功耗CAM核心电路的设计

设计了一种新型高性能的CAM(content addressable memory)单元.将差分互补电路应用于CAM存储单元的比较电路中,得出差分互补CAM存储单元,并对预充电电路、放大电路进行设计.电路采用0.18 μm CMOS标准工艺来实现,在HSPICE的平台下进行仿真.仿真结果表明,对于64×64的差分互补CAM,最快的比较时间为331 ps,最慢比较时间为762 ps,总的功耗为17.8 mW.     

CMOS反相器在低电压低功率模拟系统中的应用研究

研究了ＣＭＯＳ反相器在低电压低功率模拟系统中的应用，基于对传统ＣＭＯＳ反相器电路的分析，提出了新颖的一阶低通、高通和全通ＣＭＯＳ滤波器，它具有工作电压低（±１Ｖ）、功耗极低、动态范围宽、元件数少（仅２个ＭＯＳ管）等特点，同时提出了由ＣＭＯＳ反相器构成的能工作在±１Ｖ电源下阈值电压可调的神经元器件，文中所有的电路均经ＰＳＰＩＣＥ软件验证．     

温室大棚LED智能调光的补光装置设计

针对传统温室大棚补光方法存在能耗高和智能化程度低的问题,采用改进单神经元和模糊算法设计了温室大棚发光二极管(LED)智能调光的补光装置.首先在控制器UC3852的基础上设计了功率因数校正电路,然后利用BH1750FVI光传感器将环境光照度转换为电流指令信号,并引入了改进的单神经元PID(比例-积分-微分)控制算法和模糊算法在线调整控制增益,不仅实现了根据周围环境变化自动调光的功能,还提升了驱动电路的稳态性能和动态性能,最后通过控制金属氧化物半导体场效应晶体(MOS)管的通断实现了功率因数校正.试验结果表明,设计的LED功率因数校正电路将功率因数由0.524提高到了0.989,有效提高了LED的电能转换率,智能自动调光算法具有更快的响应速度,能在0.3 s内稳定跟踪电流指令信号,且最大误差范围仅为0.3 mA,采用设计的装置对番茄进行了补光试验,与自然补光相比使产量提升了25.7％,生长周期缩短了12 d,能耗降低了23.2％(与文献[15]中的方法相比),为智慧农业的发展提供了技术支持.     

一类强非线性系统的输出反馈控制

对一类具有强非线性的输出反馈系统,设计了观测器和控制律,建立了观测误差收敛于零的条件.控制器保证了闭环系统的输出信号调节到零,其它信号有界.