[發明專利]一種傳感器信號智能處理系統

有效

• 申請號: 202110300059.2
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113076827B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 郭新;王童;黃鶴鳴
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴

1.一種傳感器信號智能處理系統，其特征在于，包括：串聯的編碼模塊、特征提取模塊和識別模塊；

所述編碼模塊用于根據相鄰采樣時刻傳感器信號的變化程度，將傳感器信號轉換為脈沖信號，并輸出到所述特征提取模塊中；所述編碼模塊包括：n個相互并行的編碼單元；此時，易失性憶阻器的個數為n個；每個編碼單元的輸出端與每個易失性憶阻器的輸入端一一對應相連；其中，n為正整數；當所述傳感器信號智能處理系統與傳感器陣列相連時，所述傳感器陣列中的各傳感器分別與所述傳感器信號智能處理系統中一個對應的編碼單元相連；此時，n大于或等于傳感器陣列中傳感器的個數；

所述編碼單元包括：濾波器、存儲器、減法器、比較器和脈沖發生器；

所述濾波器用于對t采樣時刻的傳感器信號進行濾波降噪后，得到t采樣時刻的響應信號S(t)，并分別輸出到所述減法器和所述存儲器中；

所述存儲器用于存儲t采樣時刻的響應信號S(t)，并將t-Δt采樣時刻的響應信號S(t-Δt)輸入到所述減法器中；其中，Δt為采樣時間間隔；

所述減法器用于計算t-Δt采樣時刻的響應信號S(t-Δt)與t采樣時刻的響應信號S(t)差值的絕對值，并輸出到所述比較器中；

所述比較器用于將差值的絕對值與預設閾值進行比較，若超過預設閾值，則控制所述脈沖發生器發出高電平脈沖；否則，控制所述脈沖發生器發出低電平脈沖；

所述特征提取模塊包括易失性憶阻器；所述特征提取模塊用于基于易失性憶阻器電導值隨脈沖發生變化的特性，提取脈沖信號的特征并表征為易失性憶阻器電導值的形式輸出到所述識別模塊中；

所述識別模塊包括基于非易失性憶阻器陣列的神經網絡；所述神經網絡在識別特征之前，基于預設識別任務進行訓練；所述識別模塊用于基于預訓練好的神經網絡對所述特征進行識別，并輸出識別結果；

所述識別模塊包括：微控制單元、非易失性憶阻器陣列、數模轉換器和第二模數轉換器；所述微控制單元通過數模轉換器與所述非易失性憶阻器陣列的各行相連，所述微控制單元通過所述第二模數轉換器與所述非易失性憶阻器陣列的各列相連，從而形成所述基于非易失性憶阻器陣列的神經網絡；

所述微控制單元將所述特征提取模塊輸入的特征編碼為脈沖序列后，通過所述數模轉換器轉換成對應的電壓，并輸入到所述非易失性憶阻器陣列中進行矢量矩陣乘法運算，并將運算結果表征為電流，經所述第二模數轉換器轉換成數字信號，輸入至所述微控制單元中進行識別，并輸出識別結果。

2.根據權利要求1所述的傳感器信號智能處理系統，其特征在于，所述易失性憶阻器電導值隨脈沖發生變化的特性為：當有脈沖輸入時，所述易失性憶阻器的電導值逐漸升高；當沒有脈沖輸入時，所述易失性憶阻器的電導值自發地降低。

3.根據權利要求1所述的傳感器信號智能處理系統，其特征在于，所述特征提取模塊還包括：第一模數轉換器；各易失性憶阻器的輸出端分別與第一模數轉換器的輸入端相連；

所述第一模數轉換器用于讀取所述易失性憶阻器的電導值，并將所述易失性憶阻器的電導值轉換成數字信號，得到脈沖信號的時空特征，輸出到所述識別模塊中。

4.根據權利要求3所述的傳感器信號智能處理系統，其特征在于，每隔預設時間，所述第一模數轉換器讀取一個易失性憶阻器電導值來表示脈沖信號該段時間內的特征；重復上述過程，得到一組電導值序列，即所述脈沖信號的時空特征。

5.根據權利要求1-4任意一項所述的傳感器信號智能處理系統，其特征在于，所述非易失性憶阻器陣列被劃分為k個子陣列，分別記為第i子陣列，i＝1,2,...,k；每一個子陣列分別對應一個突觸層，以形成k層神經網絡；

所述微控制單元選中第一子陣列，并對所述特征提取模塊輸入的特征進行編碼后經過所述數模轉換器輸入到第一子陣列中，實現矢量矩陣乘法運算，并將運算結果表征為電流，經所述第二模數轉換器轉換成數字信號后輸出至所述微控制單元；

所述微控制單元選中第j子陣列，并對第j-1子陣列輸出的經所述第二模數轉換器轉換后的結果進行編碼后經過所述數模轉換器輸入到第j子陣列中；j＝2,3,...,k；

所述微控制單元對第k子陣列輸出的經所述第二模數轉換器轉換后的結果進行識別，得到識別結果。

6.根據權利要求1所述的傳感器信號智能處理系統，其特征在于，所述傳感器信號智能處理系統在識別傳感器信號之前，根據預設識別任務采集訓練樣本，并將訓練樣本輸入至所述傳感器信號智能處理系統中進行訓練，在訓練過程中基于反向傳播算法不斷更新所述非易失性憶阻器陣列中對應憶阻器的電導值。