必一運(yùn)動(dòng)：用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)pdf
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2、N 3/088(2023.01)(54)發(fā)明名稱一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)(57)摘要本發(fā)明涉及電子數(shù)據(jù)技術(shù)處理領(lǐng)域，公開了一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、通信模塊和控制模塊，傳感器模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、通信模塊和控制模塊通過(guò)adopt RISCV開源指令集的32位單片機(jī)總線連接，數(shù)據(jù)融合模塊采用基于自適應(yīng)無(wú)監(jiān)督深度生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合算法，控制模塊采用ARM CortexM內(nèi)核的32位RISC結(jié)構(gòu)，高效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合模型和控制算法，發(fā)送控制指令。該用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一個(gè)用于復(fù)雜環(huán)境感知的高度集成設(shè)計(jì)方。
3、案，在傳感器類型選擇、數(shù)據(jù)處理算法和系統(tǒng)集成方面實(shí)現(xiàn)更好的多源數(shù)據(jù)融合效果，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的多目標(biāo)識(shí)別能力，還具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。權(quán)利要求書3頁(yè) 說(shuō)明書7頁(yè) 附圖1頁(yè)CN 117291090 A2023.12.26CN 117291090 A1.一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、通信模塊和控制模塊，其特征在于：所述傳感器模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、通信模塊和控制模塊通過(guò)adopt RISCV開源指令集的32位單片機(jī)總線連接；所述傳感器模塊包含但不限于圖像傳感器、聲音傳感器、距離傳感器、加速度傳感器、氣味傳感器、壓電微納機(jī)械諧振器傳感器、碳納米管。
4、校準(zhǔn)傳感器、石墨烯波爾位置敏感探測(cè)器、自組裝金屬有機(jī)框架enario傳感器、表面等離子體子增強(qiáng)拉曼散射傳感器、量子點(diǎn)熒光共振能量轉(zhuǎn)移生物傳感器、納米壓電材料熱釋電傳感器、石墨烯光學(xué)微腔增強(qiáng)傳感器、DNA鏈置換邏輯門生化傳感器和編碼納米顆粒暗場(chǎng)微鏡成像傳感器；所述數(shù)據(jù)融合模塊采用基于自適應(yīng)無(wú)監(jiān)督深度生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合算法，首先通過(guò)變分自編碼器提取各傳感器數(shù)據(jù)的語(yǔ)義特征表達(dá)，再輸入生成器和判別器進(jìn)行匹配約束，最終獲得融合的特征表達(dá)，作為對(duì)目標(biāo)情景的判別，模型訓(xùn)練通過(guò)無(wú)監(jiān)督對(duì)抗學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)；所述通信模塊包含ZigBee無(wú)線通信單元、Bluetooth低功耗通信芯片、60GHz毫米波通信模。
5、塊、可見(jiàn)光通信模塊、聲學(xué)通信模塊、基于石墨烯的太赫茲通信模塊、基于石墨烯的太赫茲通信模塊、腔量子電動(dòng)力學(xué)通信模塊、可編程軟件無(wú)線電通信模塊、DNA編碼通信模塊、基于量子糾纏的超光速量子通信模塊和基于相變存儲(chǔ)器的通信模塊；所述控制模塊采用ARM CortexM內(nèi)核的32位RISC結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率100MHz,具有數(shù)字信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)加速引擎，可以高效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合模型和控制算法，發(fā)送控制指令。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像傳感器通過(guò)CMOS或CCD芯片采集視覺(jué)圖像，聲音傳感器包含麥克風(fēng)采集聲音，所述距離傳感器包含紅外測(cè)距模塊、超聲波測(cè)距模塊。
6、和光學(xué)測(cè)距模塊，所述加速度傳感器通過(guò)MEMS微機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)三軸線性加速度測(cè)量，所述氣味傳感器通過(guò)半導(dǎo)體氣敏傳感陣列實(shí)現(xiàn)，所述壓電微納機(jī)械諧振器傳感器通過(guò)測(cè)量諧振頻率變化檢測(cè)質(zhì)量變化實(shí)現(xiàn)氣體分子級(jí)檢測(cè)，所述碳納米管校準(zhǔn)傳感器基于卡儂湯普森效應(yīng)實(shí)現(xiàn)單分子級(jí)生物分析，所述石墨烯波爾位置敏感探測(cè)器通過(guò)量子化霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)精確磁場(chǎng)測(cè)量，所述自組裝金屬有機(jī)框架enario傳感器通過(guò)熒光響應(yīng)實(shí)現(xiàn)高選擇性離子檢測(cè)，所述表面等離子體子增強(qiáng)拉曼散射傳感器基于拉曼光譜實(shí)現(xiàn)痕量分析，所述量子點(diǎn)熒光共振能量轉(zhuǎn)移生物傳感器通過(guò)熒光壽命變化實(shí)現(xiàn)超高靈敏度，所述納米壓電材料熱釋電傳感器將溫差轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述石墨烯光學(xué)微腔增強(qiáng)。
7、傳感器實(shí)現(xiàn)單分子級(jí)折射率檢測(cè)，所述DNA鏈置換邏輯門生化傳感器基于DNA計(jì)算實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯運(yùn)算，所述編碼納米顆粒暗場(chǎng)微鏡成像傳感器基于breaks光學(xué)衍射極限。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于：所述ZigBee無(wú)線通信單元通過(guò)ZigBee協(xié)議與控制端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述Bluetooth低功耗通信芯片用于與移動(dòng)終端進(jìn)行連接；所述60GHz毫米波通信模塊實(shí)現(xiàn)近距離高速率傳輸，采用CMOS毫米波集成電路，傳輸速率可達(dá)20Gbps；所述可見(jiàn)光通信模塊通過(guò)LED令譜實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見(jiàn)光通信，采用波分復(fù)用技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多用戶訪問(wèn)；所述聲學(xué)通信模塊，通過(guò)聲波進(jìn)行通信，使用。
8、MEMS微機(jī)械鉚振器實(shí)現(xiàn)聲波的調(diào)制解調(diào)，權(quán)利要求書1/3 頁(yè)2CN 117291090 A2適用于水下或金屬隔離場(chǎng)景；所述基于石墨烯的太赫茲通信模塊，工作頻率達(dá)到0.310THz，采用石墨烯Josephson接面作為發(fā)射源；所述腔量子電動(dòng)力學(xué)通信模塊，使用量子光源和探測(cè)器通信，傳輸距離可達(dá)公里級(jí)，安全性高；所述可編程軟件無(wú)線電通信模塊，根據(jù)需要配置不同通信協(xié)議，使用FPGA實(shí)現(xiàn)全數(shù)模設(shè)計(jì)；所述DNA編碼通信模塊，使用DNA分子存儲(chǔ)和傳輸信息，容量高、穩(wěn)定性強(qiáng)；所述基于量子糾纏的超光速量子通信模塊，實(shí)現(xiàn)距離無(wú)關(guān)的瞬時(shí)通信；所述基于相變存儲(chǔ)器的通信模塊，使用相變材料進(jìn)行信息存儲(chǔ)和傳輸。4.根據(jù)權(quán)利。
9、要求1所述的一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于：所述控制模塊除了采用ARM CortexM內(nèi)核的32位RISC結(jié)構(gòu)，還包括有采用最新ARM CortexM85核、將MRAM直接集成在處理器內(nèi)核上、使用光子電子混合芯片技術(shù)、采用3D堆疊技術(shù)、利用碳納米管互連、與MEMS微機(jī)械系統(tǒng)集成在一體、集成可重構(gòu)邏輯單元FPGA、采用光刻可定制的掩模ROM或離子可控邏輯單元。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于：采用最新ARM CortexM85核，使用5nm工藝，主頻可達(dá)4GHz，配備AI加速器，可直接對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行低位寬高效計(jì)算；將MRA。
10、M直接集成在處理器內(nèi)核上，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器級(jí)加速，數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達(dá)1Tb/s，大幅提升性能；使用光子電子混合芯片技術(shù)，光子互連替代部分電子互連，實(shí)現(xiàn)超高速互聯(lián)，時(shí)延降低1000倍；采用3D堆疊技術(shù)，不同芯片層之間通過(guò)硅通孔(TSV)垂直互連,擴(kuò)展了功能模塊，提升系統(tǒng)帶寬；利用碳納米管互連，實(shí)現(xiàn)超高密度芯片內(nèi)部互聯(lián)，降低功耗百分之十；與MEMS微機(jī)械系統(tǒng)集成在一體，形成更緊密的感知控制反饋循環(huán)；集成可重構(gòu)邏輯單元FPGA，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可在線重配置，實(shí)現(xiàn)功能自定義；采用光刻可定制的掩模ROM，用戶可自定義指令集和功能；包含離子可控邏輯單元，可根據(jù)輸入電壓控制邏輯功能，實(shí)現(xiàn)多功能計(jì)算。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述。
11、的一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于：所述ARM CortexM85核的AI加速器是通過(guò)以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加速：采用內(nèi)存級(jí)并行技術(shù)、設(shè)計(jì)了專門的矩陣乘法運(yùn)算單元、直接支持低精度數(shù)據(jù)類型、采用流水線架構(gòu)、直接在芯片上集成高速緩存存儲(chǔ)、采用自動(dòng)生成的分析工具、支持各種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和采用近存儲(chǔ)計(jì)算技術(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)融合模塊還包括基于關(guān)聯(lián)記憶網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多模態(tài)信息表達(dá)、采用基于TENsor分解的多視圖數(shù)據(jù)融合、基于量子糾纏狀態(tài)的異構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、生物啟發(fā)的細(xì)胞凋亡網(wǎng)絡(luò)算法、。
12、生物啟發(fā)的細(xì)胞凋亡網(wǎng)絡(luò)算法、基于DNA計(jì)算的模式識(shí)別與決策、采用時(shí)間碎片網(wǎng)絡(luò)模型、基于突觸可塑性的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)框架或使用碎形幾何進(jìn)行數(shù)權(quán)利要求書2/3 頁(yè)3CN 117291090 A3據(jù)集成。權(quán)利要求書3/3 頁(yè)4CN 117291090 A4一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域0001本發(fā)明涉及電子數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)。背景技術(shù)0002人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之。
13、為電五官。多功能傳感器主要用于酒精檢測(cè)、防火報(bào)警、溫濕度檢測(cè)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效果。由于世界各國(guó)參數(shù)選擇不統(tǒng)一，生產(chǎn)出的產(chǎn)品在價(jià)格性能上都有差別。過(guò)去采用人工焊接，且所用的器件型號(hào)和參數(shù)都不統(tǒng)一，所以在性能、價(jià)格就有很大不同，現(xiàn)在隨著技術(shù)和科技的進(jìn)步，我們開始使用工廠自動(dòng)化焊接，從而在很大程度上提高了性能，降低了成本。0003經(jīng)檢索，中國(guó)專利授權(quán)號(hào)為CN 106546295 A的專利，公開了一種基于單片機(jī)的多功能傳感器設(shè)計(jì)裝置。包括智能式溫濕度傳感器、鍵盤模塊、傳感器信號(hào)采集電路、A/D模塊、單片機(jī)、蜂鳴器和顯示模塊，智能式溫濕度傳感器和鍵盤模塊分別與單片機(jī)的P2.0口和P。
14、2.4口相連，傳感器信號(hào)采集電路通過(guò)A/D模塊與單片機(jī)的P0口相連，單片機(jī)的P2.5口和P1口分別與蜂鳴器和顯示模塊相連。0004上述專利中的一種基于單片機(jī)的多功能傳感器設(shè)計(jì)裝置存在以下不足：采用單一的技術(shù)使得單片機(jī)和多種傳感器之間進(jìn)行連接監(jiān)測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)更好的多源數(shù)據(jù)融合，擴(kuò)展性低，難以適應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境。為此，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的技術(shù)方案給予解決。發(fā)明內(nèi)容0005(一)解決的技術(shù)問(wèn)題0006針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，解決了采用單一的技術(shù)使得單片機(jī)和多種傳感器之間進(jìn)行連接監(jiān)測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)更好的多源數(shù)據(jù)融合，擴(kuò)展性低，難以適應(yīng)更加復(fù)雜環(huán)境的技術(shù)問(wèn)題。00。
15、07(二)技術(shù)方案0008為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、通信模塊和控制模塊，所述傳感器模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、通信模塊和控制模塊通過(guò)adopt RISCV開源指令集的32位單片機(jī)總線所述傳感器模塊包含但不限于圖像傳感器、聲音傳感器、距離傳感器、加速度傳感器、氣味傳感器、壓電微納機(jī)械諧振器傳感器、碳納米管校準(zhǔn)傳感器、石墨烯波爾位置敏感探測(cè)器、自組裝金屬有機(jī)框架enario傳感器、表面等離子體子增強(qiáng)拉曼散射傳感器、量子點(diǎn)熒光共振能量轉(zhuǎn)移生物傳感器、納米壓電材料熱釋電傳感器、石墨烯光學(xué)微腔增強(qiáng)傳感器。
16、、DNA鏈置換邏輯門生化傳感器和編碼納米顆粒暗場(chǎng)微鏡成像傳感器；說(shuō)明書1/7 頁(yè)5CN 117291090 A50010所述數(shù)據(jù)融合模塊采用基于自適應(yīng)無(wú)監(jiān)督深度生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合算法，首先通過(guò)變分自編碼器提取各傳感器數(shù)據(jù)的語(yǔ)義特征表達(dá)，再輸入生成器和判別器進(jìn)行匹配約束，最終獲得融合的特征表達(dá)，作為對(duì)目標(biāo)情景的判別，模型訓(xùn)練通過(guò)無(wú)監(jiān)督對(duì)抗學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)；0011所述通信模塊包含ZigBee無(wú)線通信單元、Bluetooth低功耗通信芯片、60GHz毫米波通信模塊、可見(jiàn)光通信模塊、聲學(xué)通信模塊、基于石墨烯的太赫茲通信模塊、基于石墨烯的太赫茲通信模塊、腔量子電動(dòng)力學(xué)通信模塊、可編程軟件無(wú)線、通信模塊、DNA編碼通信模塊、基于量子糾纏的超光速量子通信模塊和基于相變存儲(chǔ)器的通信模塊；0012所述控制模塊采用ARM CortexM內(nèi)核的32位RISC結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率100MHz,具有數(shù)字信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)加速引擎，可以高效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合模型和控制算法，發(fā)送控制指令。0013優(yōu)選的，所述圖像傳感器通過(guò)CMOS或CCD芯片采集視覺(jué)圖像，聲音傳感器包含麥克風(fēng)采集聲音，所述距離傳感器包含紅外測(cè)距模塊、超聲波測(cè)距模塊和光學(xué)測(cè)距模塊，所述加速度傳感器通過(guò)MEMS微機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)三軸線性加速度測(cè)量，所述氣味傳感器通過(guò)半導(dǎo)體氣敏傳感陣列實(shí)現(xiàn)，所述壓電微納機(jī)械諧振器傳感器通過(guò)測(cè)量諧振頻率變化檢測(cè)質(zhì)量變化實(shí)現(xiàn)氣。
18、體分子級(jí)檢測(cè)，所述碳納米管校準(zhǔn)傳感器基于卡儂湯普森效應(yīng)實(shí)現(xiàn)單分子級(jí)生物分析，所述石墨烯波爾位置敏感探測(cè)器通過(guò)量子化霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)精確磁場(chǎng)測(cè)量，所述自組裝金屬有機(jī)框架enario傳感器通過(guò)熒光響應(yīng)實(shí)現(xiàn)高選擇性離子檢測(cè)，所述表面等離子體子增強(qiáng)拉曼散射傳感器基于拉曼光譜實(shí)現(xiàn)痕量分析，所述量子點(diǎn)熒光共振能量轉(zhuǎn)移生物傳感器通過(guò)熒光壽命變化實(shí)現(xiàn)超高靈敏度，所述納米壓電材料熱釋電傳感器將溫差轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述石墨烯光學(xué)微腔增強(qiáng)傳感器實(shí)現(xiàn)單分子級(jí)折射率檢測(cè)，所述DNA鏈置換邏輯門生化傳感器基于DNA計(jì)算實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯運(yùn)算，所述編碼納米顆粒暗場(chǎng)微鏡成像傳感器基于breaks光學(xué)衍射極限。0014優(yōu)選的，所述ZigB。
19、ee無(wú)線通信單元通過(guò)ZigBee協(xié)議與控制端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；0015所述Bluetooth低功耗通信芯片用于與移動(dòng)終端進(jìn)行連接；0016所述60GHz毫米波通信模塊實(shí)現(xiàn)近距離高速率傳輸，采用CMOS毫米波集成電路，傳輸速率可達(dá)20Gbps；0017所述可見(jiàn)光通信模塊通過(guò)LED令譜實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見(jiàn)光通信，采用波分復(fù)用技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多用戶訪問(wèn)；0018所述聲學(xué)通信模塊，通過(guò)聲波進(jìn)行通信，使用MEMS微機(jī)械鉚振器實(shí)現(xiàn)聲波的調(diào)制解調(diào)，適用于水下或金屬隔離場(chǎng)景；0019所述基于石墨烯的太赫茲通信模塊，工作頻率達(dá)到0.310THz，采用石墨烯Josephson接面作為發(fā)射源；0020所述腔量子電動(dòng)力學(xué)通信模塊，使。
20、用量子光源和探測(cè)器通信，傳輸距離可達(dá)公里級(jí)，安全性高；0021所述可編程軟件無(wú)線電通信模塊，根據(jù)需要配置不同通信協(xié)議，使用FPGA實(shí)現(xiàn)全數(shù)模設(shè)計(jì)；0022所述DNA編碼通信模塊，使用DNA分子存儲(chǔ)和傳輸信息，容量高、穩(wěn)定性強(qiáng)；0023所述基于量子糾纏的超光速量子通信模塊，實(shí)現(xiàn)距離無(wú)關(guān)的瞬時(shí)通信；0024所述基于相變存儲(chǔ)器的通信模塊，使用相變材料進(jìn)行信息存儲(chǔ)和傳輸。說(shuō)明書2/7 頁(yè)6CN 117291090 A60025優(yōu)選的，所述控制模塊除了采用ARM CortexM內(nèi)核的32位RISC結(jié)構(gòu)，還包括有采用最新ARM CortexM85核、將MRAM直接集成在處理器內(nèi)核上、使用光子電子混合芯片技。
21、術(shù)、采用3D堆疊技術(shù)、利用碳納米管互連、與MEMS微機(jī)械系統(tǒng)集成在一體、集成可重構(gòu)邏輯單元FPGA、采用光刻可定制的掩模ROM或離子可控邏輯單元。0026優(yōu)選的，采用最新ARM CortexM85核，使用5nm工藝，主頻可達(dá)4GHz，配備AI加速器，可直接對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行低位寬高效計(jì)算；0027將MRAM直接集成在處理器內(nèi)核上，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器級(jí)加速，數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達(dá)1Tb/s，大幅提升性能；0028使用光子電子混合芯片技術(shù)，光子互連替代部分電子互連，實(shí)現(xiàn)超高速互聯(lián)，時(shí)延降低1000倍；0029采用3D堆疊技術(shù)，不同芯片層之間通過(guò)硅通孔(TSV)垂直互連,擴(kuò)展了功能模塊，提升系統(tǒng)帶寬；0030利用。
22、碳納米管互連，實(shí)現(xiàn)超高密度芯片內(nèi)部互聯(lián)，降低功耗百分之十；0031與MEMS微機(jī)械系統(tǒng)集成在一體，形成更緊密的感知控制反饋循環(huán)；0032集成可重構(gòu)邏輯單元FPGA，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可在線重配置，實(shí)現(xiàn)功能自定義；0033采用光刻可定制的掩模ROM，用戶可自定義指令集和功能；0034包含離子可控邏輯單元，可根據(jù)輸入電壓控制邏輯功能，實(shí)現(xiàn)多功能計(jì)算。0035優(yōu)選的，所述ARM CortexM85核的AI加速器是通過(guò)以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加速：采用內(nèi)存級(jí)并行技術(shù)、設(shè)計(jì)了專門的矩陣乘法運(yùn)算單元、直接支持低精度數(shù)據(jù)類型、采用流水線架構(gòu)、直接在芯片上集成高速緩存存儲(chǔ)、采用自動(dòng)生成的分析工具、支持各種數(shù)據(jù)壓縮。
23、技術(shù)和采用近存儲(chǔ)計(jì)算技術(shù)。0036優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)融合模塊還包括基于關(guān)聯(lián)記憶網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多模態(tài)信息表達(dá)、采用基于TENsor分解的多視圖數(shù)據(jù)融合、基于量子糾纏狀態(tài)的異構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、生物啟發(fā)的細(xì)胞凋亡網(wǎng)絡(luò)算法、生物啟發(fā)的細(xì)胞凋亡網(wǎng)絡(luò)算法、基于DNA計(jì)算的模式識(shí)別與決策、采用時(shí)間碎片網(wǎng)絡(luò)模型、基于突觸可塑性的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)框架或使用碎形幾何進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。0037(三)有益效果0038與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：充分融合了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)、深度生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)、無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)和SOC設(shè)計(jì)多項(xiàng)前沿技術(shù)，是一個(gè)用于復(fù)雜環(huán)境感知的高度集成設(shè)計(jì)方案，其小型化和低功耗設(shè)計(jì)使系統(tǒng)可以部署于對(duì)尺寸。
24、和能量具有約束的應(yīng)用場(chǎng)景，相比現(xiàn)有技術(shù)，該設(shè)計(jì)在傳感器類型選擇、數(shù)據(jù)處理算法和系統(tǒng)集成方面實(shí)現(xiàn)更好的多源數(shù)據(jù)融合效果，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的多目標(biāo)識(shí)別能力，還具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明0039圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。具體實(shí)施方式0040下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于說(shuō)明書3/7 頁(yè)7CN 117291090 A7本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。0041請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種。
25、技術(shù)方案：一種用于32位單片機(jī)的多傳感器融合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、通信模塊和控制模塊，所述傳感器模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、通信模塊和控制模塊通過(guò)adopt RISCV開源指令集的32位單片機(jī)總線所述傳感器模塊包含但不限于圖像傳感器、聲音傳感器、距離傳感器、加速度傳感器、氣味傳感器、壓電微納機(jī)械諧振器傳感器、碳納米管校準(zhǔn)傳感器、石墨烯波爾位置敏感探測(cè)器、自組裝金屬有機(jī)框架enario傳感器、表面等離子體子增強(qiáng)拉曼散射傳感器、量子點(diǎn)熒光共振能量轉(zhuǎn)移生物傳感器、納米壓電材料熱釋電傳感器、石墨烯光學(xué)微腔增強(qiáng)傳感器、DNA鏈置換邏輯門生化傳感器和編碼納米顆粒暗場(chǎng)微鏡成像傳感器；。
26、0043所述數(shù)據(jù)融合模塊采用基于自適應(yīng)無(wú)監(jiān)督深度生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合算法，首先通過(guò)變分自編碼器提取各傳感器數(shù)據(jù)的語(yǔ)義特征表達(dá)，再輸入生成器和判別器進(jìn)行匹配約束，最終獲得融合的特征表達(dá)，作為對(duì)目標(biāo)情景的判別，模型訓(xùn)練通過(guò)無(wú)監(jiān)督對(duì)抗學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)；0044所述通信模塊包含ZigBee無(wú)線通信單元、Bluetooth低功耗通信芯片、60GHz毫米波通信模塊、可見(jiàn)光通信模塊、聲學(xué)通信模塊、基于石墨烯的太赫茲通信模塊、基于石墨烯的太赫茲通信模塊、腔量子電動(dòng)力學(xué)通信模塊、可編程軟件無(wú)線電通信模塊、DNA編碼通信模塊、基于量子糾纏的超光速量子通信模塊和基于相變存儲(chǔ)器的通信模塊；0045所述控制模塊采。
27、用ARM CortexM內(nèi)核的32位RISC結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率100MHz,具有數(shù)字信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)加速引擎，可以高效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合模型和控制算法，發(fā)送控制指令。0046進(jìn)一步改進(jìn)地，所述圖像傳感器通過(guò)CMOS或CCD芯片采集視覺(jué)圖像，聲音傳感器包含麥克風(fēng)采集聲音，所述距離傳感器包含紅外測(cè)距模塊、超聲波測(cè)距模塊和光學(xué)測(cè)距模塊，所述加速度傳感器通過(guò)MEMS微機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)三軸線性加速度測(cè)量，所述氣味傳感器通過(guò)半導(dǎo)體氣敏傳感陣列實(shí)現(xiàn)，所述壓電微納機(jī)械諧振器傳感器通過(guò)測(cè)量諧振頻率變化檢測(cè)質(zhì)量變化實(shí)現(xiàn)氣體分子級(jí)檢測(cè)，所述碳納米管校準(zhǔn)傳感器基于卡儂湯普森效應(yīng)實(shí)現(xiàn)單分子級(jí)生物分析，所述石墨烯波爾位置敏感探測(cè)器通。
28、過(guò)量子化霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)精確磁場(chǎng)測(cè)量，所述自組裝金屬有機(jī)框架enario傳感器通過(guò)熒光響應(yīng)實(shí)現(xiàn)高選擇性離子檢測(cè)，所述表面等離子體子增強(qiáng)拉曼散射傳感器基于拉曼光譜實(shí)現(xiàn)痕量分析，所述量子點(diǎn)熒光共振能量轉(zhuǎn)移生物傳感器通過(guò)熒光壽命變化實(shí)現(xiàn)超高靈敏度，所述納米壓電材料熱釋電傳感器將溫差轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述石墨烯光學(xué)微腔增強(qiáng)傳感器實(shí)現(xiàn)單分子級(jí)折射率檢測(cè)，所述DNA鏈置換邏輯門生化傳感器基于DNA計(jì)算實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯運(yùn)算，所述編碼納米顆粒暗場(chǎng)微鏡成像傳感器基于breaks光學(xué)衍射極限。0047進(jìn)一步改進(jìn)地，所述ZigBee無(wú)線通信單元通過(guò)ZigBee協(xié)議與控制端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；0048所述Bluetooth低功耗通信芯。
29、片用于與移動(dòng)終端進(jìn)行連接；0049所述60GHz毫米波通信模塊實(shí)現(xiàn)近距離高速率傳輸，采用CMOS毫米波集成電路，傳輸速率可達(dá)20Gbps；0050所述可見(jiàn)光通信模塊通過(guò)LED令譜實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見(jiàn)光通信，采用波分復(fù)用技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多用戶訪問(wèn)；說(shuō)明書4/7 頁(yè)8CN 117291090 A80051所述聲學(xué)通信模塊，通過(guò)聲波進(jìn)行通信，使用MEMS微機(jī)械鉚振器實(shí)現(xiàn)聲波的調(diào)制解調(diào)，適用于水下或金屬隔離場(chǎng)景；0052所述基于石墨烯的太赫茲通信模塊，工作頻率達(dá)到0.310THz，采用石墨烯Josephson接面作為發(fā)射源；0053所述腔量子電動(dòng)力學(xué)通信模塊，使用量子光源和探測(cè)器通信，傳輸距離可達(dá)公里級(jí)，安全性高。
30、；0054所述可編程軟件無(wú)線電通信模塊，根據(jù)需要配置不同通信協(xié)議，使用FPGA實(shí)現(xiàn)全數(shù)模設(shè)計(jì)；0055所述DNA編碼通信模塊，使用DNA分子存儲(chǔ)和傳輸信息，容量高、穩(wěn)定性強(qiáng)；0056所述基于量子糾纏的超光速量子通信模塊，實(shí)現(xiàn)距離無(wú)關(guān)的瞬時(shí)通信；0057所述基于相變存儲(chǔ)器的通信模塊，使用相變材料進(jìn)行信息存儲(chǔ)和傳輸。0058進(jìn)一步改進(jìn)地，所述控制模塊除了采用ARM CortexM內(nèi)核的32位RISC結(jié)構(gòu)，還包括有采用最新ARM CortexM85核、將MRAM直接集成在處理器內(nèi)核上、使用光子電子混合芯片技術(shù)、采用3D堆疊技術(shù)、利用碳納米管互連、與MEMS微機(jī)械系統(tǒng)集成在一體、集成可重構(gòu)邏輯單元FP。
31、GA、采用光刻可定制的掩模ROM或離子可控邏輯單元。0059進(jìn)一步改進(jìn)地，采用最新ARM CortexM85核，使用5nm工藝，主頻可達(dá)4GHz，配備AI加速器，可直接對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行低位寬高效計(jì)算；0060將MRAM直接集成在處理器內(nèi)核上，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器級(jí)加速，數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達(dá)1Tb/s，大幅提升性能；0061使用光子電子混合芯片技術(shù)，光子互連替代部分電子互連，實(shí)現(xiàn)超高速互聯(lián)，時(shí)延降低1000倍；0062采用3D堆疊技術(shù)，不同芯片層之間通過(guò)硅通孔(TSV)垂直互連,擴(kuò)展了功能模塊，提升系統(tǒng)帶寬；0063利用碳納米管互連，實(shí)現(xiàn)超高密度芯片內(nèi)部互聯(lián)，降低功耗百分之十；0064與MEMS微機(jī)械系統(tǒng)集。
32、成在一體，形成更緊密的感知控制反饋循環(huán)；0065集成可重構(gòu)邏輯單元FPGA，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可在線重配置，實(shí)現(xiàn)功能自定義；0066采用光刻可定制的掩模ROM，用戶可自定義指令集和功能；0067包含離子可控邏輯單元，可根據(jù)輸入電壓控制邏輯功能，實(shí)現(xiàn)多功能計(jì)算。0068進(jìn)一步改進(jìn)地，所述ARM CortexM85核的AI加速器是通過(guò)以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加速：采用內(nèi)存級(jí)并行技術(shù)、設(shè)計(jì)了專門的矩陣乘法運(yùn)算單元、直接支持低精度數(shù)據(jù)類型、采用流水線架構(gòu)、直接在芯片上集成高速緩存存儲(chǔ)、采用自動(dòng)生成的分析工具、支持各種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和采用近存儲(chǔ)計(jì)算技術(shù)。0069具體改進(jìn)地，所述數(shù)據(jù)融合模塊還包括基于關(guān)聯(lián)記憶網(wǎng)。
33、絡(luò)的異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多模態(tài)信息表達(dá)、采用基于TENsor分解的多視圖數(shù)據(jù)融合、基于量子糾纏狀態(tài)的異構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、生物啟發(fā)的細(xì)胞凋亡網(wǎng)絡(luò)算法、生物啟發(fā)的細(xì)胞凋亡網(wǎng)絡(luò)算法、基于DNA計(jì)算的模式識(shí)別與決策、采用時(shí)間碎片網(wǎng)絡(luò)模型、基于突觸可塑性的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)框架或使用碎形幾何進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。0070adopt RISCV開源指令集的自主可定制32位單片機(jī)，采用TSMC 7nm工藝制程，主頻可達(dá)2GHz，具備機(jī)器學(xué)習(xí)加速引擎，通過(guò)SiFive的Freedom U540平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。說(shuō)明書5/7 頁(yè)9CN 117291090 A90071所述傳感器模塊包含多種不同類型的傳感器，用于檢測(cè)目標(biāo)的相。
34、關(guān)物理量。0072控制模塊采用ARM CortexM內(nèi)核的32位RISC結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率100MHz,具有數(shù)字信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)加速引擎，可以高效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合模型和控制算法，發(fā)送控制指令，該模塊可以進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，降低了對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算單元的依賴，降低系統(tǒng)成本和功耗。0073所述系統(tǒng)供電電壓為5V，通過(guò)高度集成的SOC設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)的高效融合處理，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適用于各類復(fù)雜環(huán)境中的目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別。0074采用內(nèi)存級(jí)并行技術(shù)，可以同時(shí)訪問(wèn)多個(gè)內(nèi)存存儲(chǔ)單元，大大提升讀取參數(shù)和特征映射的帶寬；0075設(shè)計(jì)了專門的矩陣乘法運(yùn)算單元，可并行進(jìn)行大規(guī)模矩陣運(yùn)算，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中非常關(guān)鍵的計(jì)算操作；0076直。
35、接支持低精度數(shù)據(jù)類型，如INT8、INT16，可以減少存儲(chǔ)空間，降低內(nèi)存訪問(wèn)能耗；0077采用流水線架構(gòu)，可以并行執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中不同層的運(yùn)算，提升計(jì)算效率；0078直接在芯片上集成高速緩存存儲(chǔ)，減少外部存儲(chǔ)訪問(wèn)，提高計(jì)算密度；0079采用自動(dòng)生成的分析工具，可以針對(duì)特定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，生成高效的微代碼；0080支持各種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，可減少參數(shù)和特征映射占用的存儲(chǔ)空間；0081采用近存儲(chǔ)計(jì)算技術(shù)，可以將計(jì)算單元集成在存儲(chǔ)單元附近，減少數(shù)據(jù)移動(dòng)；0082綜合這些技術(shù)可以大幅提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算速度和效率，使之可以應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。0083基于關(guān)聯(lián)記憶網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，通過(guò)稀疏隨機(jī)。
36、連接進(jìn)行關(guān)聯(lián)記憶，無(wú)需人工標(biāo)注數(shù)據(jù)；0084脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多模態(tài)信息表達(dá)，通過(guò)脈沖的時(shí)序編碼融合多源數(shù)據(jù)；0085采用基于TENsor分解的多視圖數(shù)據(jù)融合，可以學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的潛在表示；0086基于量子糾纏狀態(tài)的異構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，通過(guò)量子態(tài)超position實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隱式關(guān)聯(lián)；0087生物啟發(fā)的細(xì)胞凋亡網(wǎng)絡(luò)算法，通過(guò)凋亡過(guò)程進(jìn)行非線基于DNA計(jì)算的模式識(shí)別與決策，使用DNA編碼表示多源數(shù)據(jù)；0089采用時(shí)間碎片網(wǎng)絡(luò)模型，解耦時(shí)間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)異步數(shù)據(jù)融合；0090基于突觸可塑性的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)框架，通過(guò)稀疏編碼獲得數(shù)據(jù)表示；0091使用碎形幾何進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，建立非線、這些前沿算法可在不使用標(biāo)簽數(shù)據(jù)情況下進(jìn)行強(qiáng)有力的模式判別與數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)超越預(yù)期的智能化分析。0093綜述，該系統(tǒng)充分融合了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)、深度生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)、無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)和SOC設(shè)計(jì)多項(xiàng)前沿技術(shù)，是一個(gè)用于復(fù)雜環(huán)境感知的高度集成設(shè)計(jì)方案，其小型化和低功耗設(shè)計(jì)使系統(tǒng)可以部署于對(duì)尺寸和能量具有約束的應(yīng)用場(chǎng)景，相比現(xiàn)有技術(shù)，該設(shè)計(jì)在傳感器類型選擇、數(shù)據(jù)處理算法和系統(tǒng)集成方面實(shí)現(xiàn)更好的多源數(shù)據(jù)融合效果，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的多目標(biāo)識(shí)別能力，還具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。0094以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn),對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且。
38、在不背離本發(fā)明的精神或說(shuō)明書6/7 頁(yè)10CN 117291090 A10基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。0095此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。說(shuō)明書7/7 頁(yè)11CN 117291090 A11圖1說(shuō)明書附圖1/1 頁(yè)12CN 117291090 A12。
