[发明专利]一种传感器信号智能处理系统

权利要求书

1.一种传感器信号智能处理系统，其特征在于，包括：串联的编码模块、特征提取模块和识别模块；

所述编码模块用于根据相邻采样时刻传感器信号的变化程度，将传感器信号转换为脉冲信号，并输出到所述特征提取模块中；所述编码模块包括：n个相互并行的编码单元；此时，易失性忆阻器的个数为n个；每个编码单元的输出端与每个易失性忆阻器的输入端一一对应相连；其中，n为正整数；当所述传感器信号智能处理系统与传感器阵列相连时，所述传感器阵列中的各传感器分别与所述传感器信号智能处理系统中一个对应的编码单元相连；此时，n大于或等于传感器阵列中传感器的个数；

所述编码单元包括：滤波器、存储器、减法器、比较器和脉冲发生器；

所述滤波器用于对t采样时刻的传感器信号进行滤波降噪后，得到t采样时刻的响应信号S(t)，并分别输出到所述减法器和所述存储器中；

所述存储器用于存储t采样时刻的响应信号S(t)，并将t-Δt采样时刻的响应信号S(t-Δt)输入到所述减法器中；其中，Δt为采样时间间隔；

所述减法器用于计算t-Δt采样时刻的响应信号S(t-Δt)与t采样时刻的响应信号S(t)差值的绝对值，并输出到所述比较器中；

所述比较器用于将差值的绝对值与预设阈值进行比较，若超过预设阈值，则控制所述脉冲发生器发出高电平脉冲；否则，控制所述脉冲发生器发出低电平脉冲；

所述特征提取模块包括易失性忆阻器；所述特征提取模块用于基于易失性忆阻器电导值随脉冲发生变化的特性，提取脉冲信号的特征并表征为易失性忆阻器电导值的形式输出到所述识别模块中；

所述识别模块包括基于非易失性忆阻器阵列的神经网络；所述神经网络在识别特征之前，基于预设识别任务进行训练；所述识别模块用于基于预训练好的神经网络对所述特征进行识别，并输出识别结果；

所述识别模块包括：微控制单元、非易失性忆阻器阵列、数模转换器和第二模数转换器；所述微控制单元通过数模转换器与所述非易失性忆阻器阵列的各行相连，所述微控制单元通过所述第二模数转换器与所述非易失性忆阻器阵列的各列相连，从而形成所述基于非易失性忆阻器阵列的神经网络；

所述微控制单元将所述特征提取模块输入的特征编码为脉冲序列后，通过所述数模转换器转换成对应的电压，并输入到所述非易失性忆阻器阵列中进行矢量矩阵乘法运算，并将运算结果表征为电流，经所述第二模数转换器转换成数字信号，输入至所述微控制单元中进行识别，并输出识别结果。

2.根据权利要求1所述的传感器信号智能处理系统，其特征在于，所述易失性忆阻器电导值随脉冲发生变化的特性为：当有脉冲输入时，所述易失性忆阻器的电导值逐渐升高；当没有脉冲输入时，所述易失性忆阻器的电导值自发地降低。

3.根据权利要求1所述的传感器信号智能处理系统，其特征在于，所述特征提取模块还包括：第一模数转换器；各易失性忆阻器的输出端分别与第一模数转换器的输入端相连；

所述第一模数转换器用于读取所述易失性忆阻器的电导值，并将所述易失性忆阻器的电导值转换成数字信号，得到脉冲信号的时空特征，输出到所述识别模块中。

4.根据权利要求3所述的传感器信号智能处理系统，其特征在于，每隔预设时间，所述第一模数转换器读取一个易失性忆阻器电导值来表示脉冲信号该段时间内的特征；重复上述过程，得到一组电导值序列，即所述脉冲信号的时空特征。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的传感器信号智能处理系统，其特征在于，所述非易失性忆阻器阵列被划分为k个子阵列，分别记为第i子阵列，i＝1,2,...,k；每一个子阵列分别对应一个突触层，以形成k层神经网络；

所述微控制单元选中第一子阵列，并对所述特征提取模块输入的特征进行编码后经过所述数模转换器输入到第一子阵列中，实现矢量矩阵乘法运算，并将运算结果表征为电流，经所述第二模数转换器转换成数字信号后输出至所述微控制单元；

所述微控制单元选中第j子阵列，并对第j-1子阵列输出的经所述第二模数转换器转换后的结果进行编码后经过所述数模转换器输入到第j子阵列中；j＝2,3,...,k；

所述微控制单元对第k子阵列输出的经所述第二模数转换器转换后的结果进行识别，得到识别结果。

6.根据权利要求1所述的传感器信号智能处理系统，其特征在于，所述传感器信号智能处理系统在识别传感器信号之前，根据预设识别任务采集训练样本，并将训练样本输入至所述传感器信号智能处理系统中进行训练，在训练过程中基于反向传播算法不断更新所述非易失性忆阻器阵列中对应忆阻器的电导值。