[發(fā)明專利]一種傳感器信號智能處理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110300059.2
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113076827B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭新;王童;黃鶴鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴

本發(fā)明公開了一種傳感器信號智能處理系統(tǒng)，包括：串聯(lián)的編碼模塊、特征提取模塊和識別模塊；編碼模塊用于根據(jù)相鄰采樣時(shí)刻傳感器信號的變化程度，將傳感器信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號；特征提取模塊用于基于易失性憶阻器電導(dǎo)值隨脈沖發(fā)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(dǎo)值的形式輸出到識別模塊中；識別模塊包括基于非易失性憶阻器陣列的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在識別特征之前，基于預(yù)設(shè)識別任務(wù)進(jìn)行訓(xùn)練；識別模塊用于基于預(yù)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對特征進(jìn)行識別。本發(fā)明采用模塊化的方式完成傳感器信號編碼、特征提取及識別的任務(wù)，可以與用于環(huán)境感知的傳感器陣列結(jié)合，有助于實(shí)現(xiàn)感知?存儲?計(jì)算的一體化，實(shí)時(shí)性和計(jì)算效率較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種傳感器信號智能處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的快速發(fā)展，人類社會正由信息化向智能化發(fā)展。智能化社會的構(gòu)建需要信息技術(shù)系統(tǒng)能夠?qū)ν饨绛h(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取、高效處理并及時(shí)做出決策。對被動獲取外部數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)終端傳感器的數(shù)據(jù)處理和傳輸提出了重大挑戰(zhàn)。利用不同種類的傳感器陣列可以完成生活中方方面面的任務(wù)，比如氣體傳感器陣列可以檢測室內(nèi)空氣質(zhì)量等；壓力傳感器陣列被制作為電子皮膚；視覺傳感器陣列可以用于人臉識別，自動駕駛等；基于傳感器陣列應(yīng)用的重要性和廣泛性，故研究一種傳感器信號智能處理系統(tǒng)存在重要意義。

現(xiàn)有的傳感器信號智能處理系統(tǒng)大多將傳感器信號傳輸?shù)紺PU或GPU中。這種在CPU或GPU中采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對傳感器信號進(jìn)行識別與處理的方式，采用傳統(tǒng)的存儲與計(jì)算相互分離的架構(gòu)，數(shù)據(jù)需要在存儲器與處理器之間頻繁傳輸，會產(chǎn)生巨大的功耗和延時(shí)，計(jì)算效率較低。另外，現(xiàn)有的傳感器信號智能處理系統(tǒng)大多為計(jì)算機(jī)等終端系統(tǒng)，在實(shí)際使用過程中，傳感器與傳感器信號智能處理系統(tǒng)往往無法直接相連，大多是在傳感器采集到傳感器信號后，上傳到傳感器信號智能處理系統(tǒng)中進(jìn)行處理，而數(shù)據(jù)傳輸過程會消耗大量的時(shí)間和能量，實(shí)時(shí)性較低。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳感器的規(guī)模逐漸增大，檢測到的信息越來越多，而傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)不能滿足人們對低功耗，低延遲，快速運(yùn)算的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種傳感器信號智能處理系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算效率較低的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種傳感器信號智能處理系統(tǒng)，包括：串聯(lián)的編碼模塊、特征提取模塊和識別模塊；

編碼模塊用于根據(jù)相鄰采樣時(shí)刻傳感器信號的變化程度，將傳感器信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，并輸出到特征提取模塊中；

特征提取模塊包括易失性憶阻器；特征提取模塊用于基于易失性憶阻器電導(dǎo)值隨脈沖發(fā)生變化的特性，提取脈沖信號并表征為易失性憶阻器電導(dǎo)值的形式輸出到識別模塊中；

識別模塊包括基于非易失性憶阻器陣列的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在識別特征之前，基于預(yù)設(shè)識別任務(wù)進(jìn)行訓(xùn)練；識別模塊用于基于預(yù)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對特征進(jìn)行識別，并輸出識別結(jié)果。

進(jìn)一步優(yōu)選地，上述易失性憶阻器電導(dǎo)值隨脈沖發(fā)生變化的特性為：當(dāng)有脈沖輸入時(shí)，易失性憶阻器的電導(dǎo)值逐漸升高；當(dāng)沒有脈沖輸入時(shí)，易失性憶阻器的電導(dǎo)值自發(fā)地降低。

進(jìn)一步優(yōu)選地，編碼模塊包括：n個(gè)相互并行的編碼單元；此時(shí)，易失性憶阻器的個(gè)數(shù)為n個(gè)；每個(gè)編碼單元的輸出端與每個(gè)易失性憶阻器的輸入端一一對應(yīng)相連；其中，n為正整數(shù)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，上述傳感器信號智能處理系統(tǒng)與傳感器陣列相連，傳感器陣列中的各傳感器分別與傳感器信號智能處理系統(tǒng)中一個(gè)對應(yīng)的編碼單元相連；此時(shí)，n大于或等于傳感器陣列中傳感器的個(gè)數(shù)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，編碼單元包括：濾波器、存儲器、減法器、比較器和脈沖發(fā)生器；

濾波器用于對t采樣時(shí)刻的傳感器信號進(jìn)行濾波降噪后，得到t采樣時(shí)刻的響應(yīng)信號S(t)，并分別輸出到減法器和存儲器中；