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申请/专利权人：江苏国芯科技有限公司

摘要：本发明涉及电子数据技术处理领域，公开了一种用于32位单片机的多传感器融合设计系统，包括传感器模块、数据融合模块、通信模块和控制模块，传感器模块、数据融合模块、通信模块和控制模块通过adoptRISC‑V开源指令集的32位单片机总线连接，数据融合模块采用基于自适应无监督深度生成对抗网络模型的多源异构数据融合算法，控制模块采用ARMCortex‑M内核的32位RISC结构，高效实现数据融合模型和控制算法，发送控制指令。该用于32位单片机的多传感器融合设计系统，是一个用于复杂环境感知的高度集成设计方案，在传感器类型选择、数据处理算法和系统集成方面实现更好的多源数据融合效果，不仅能够实现预期的多目标识别能力，还具有可扩展性强、适应复杂环境等优点。

主权项：1.一种用于32位单片机的多传感器融合设计系统，包括传感器模块、数据融合模块、通信模块和控制模块，其特征在于：所述传感器模块、数据融合模块、通信模块和控制模块通过adoptRISC-V开源指令集的32位单片机总线连接；所述传感器模块包含但不限于图像传感器、声音传感器、距离传感器、加速度传感器、气味传感器、压电微纳机械谐振器传感器、碳纳米管校准传感器、石墨烯波尔位置敏感探测器、自组装金属有机框架enario传感器、表面等离子体子增强拉曼散射传感器、量子点荧光共振能量转移生物传感器、纳米压电材料热释电传感器、石墨烯光学微腔增强传感器、DNA链置换逻辑门生化传感器和编码纳米颗粒暗场微镜成像传感器；所述数据融合模块采用基于自适应无监督深度生成对抗网络模型的多源异构数据融合算法，首先通过变分自编码器提取各传感器数据的语义特征表达，再输入生成器和判别器进行匹配约束，最终获得融合的特征表达，作为对目标情景的判别，模型训练通过无监督对抗学习实现；所述通信模块包含ZigBee无线通信单元、Bluetooth低功耗通信芯片、60GHz毫米波通信模块、可见光通信模块、声学通信模块、基于石墨烯的太赫兹通信模块、基于石墨烯的太赫兹通信模块、腔量子电动力学通信模块、可编程软件无线电通信模块、DNA编码通信模块、基于量子纠缠的超光速量子通信模块和基于相变存储器的通信模块；所述控制模块采用ARMCortex-M内核的32位RISC结构，时钟频率100MHz,具有数字信号处理和机器学习加速引擎，可以高效实现数据融合模型和控制算法，发送控制指令；所述图像传感器通过CMOS或CCD芯片采集视觉图像，声音传感器包含麦克风采集声音，所述距离传感器包含红外测距模块、超声波测距模块和光学测距模块，所述加速度传感器通过MEMS微机械技术实现三轴线性加速度测量，所述气味传感器通过半导体气敏传感阵列实现，所述压电微纳机械谐振器传感器通过测量谐振频率变化检测质量变化实现气体分子级检测，所述碳纳米管校准传感器基于卡侬-汤普森效应实现单分子级生物分析，所述石墨烯波尔位置敏感探测器通过量子化霍尔效应实现精确磁场测量，所述自组装金属有机框架enario传感器通过荧光响应实现高选择性离子检测，所述表面等离子体子增强拉曼散射传感器基于拉曼光谱实现痕量分析，所述量子点荧光共振能量转移生物传感器通过荧光寿命变化实现超高灵敏度，所述纳米压电材料热释电传感器将温差转换为电信号，所述石墨烯光学微腔增强传感器实现单分子级折射率检测，所述DNA链置换逻辑门生化传感器基于DNA计算实现复杂逻辑运算，所述编码纳米颗粒暗场微镜成像传感器基于breaks光学衍射极限；所述ZigBee无线通信单元通过ZigBee协议与控制端进行数据传输；所述Bluetooth低功耗通信芯片用于与移动终端进行连接；所述60GHz毫米波通信模块实现近距离高速率传输，采用CMOS毫米波集成电路，传输速率达到20Gbps；所述可见光通信模块通过LED令谱实现室内可见光通信，采用波分复用技术，可实现多用户访问；所述声学通信模块，通过声波进行通信，使用MEMS微机械铆振器实现声波的调制解调，适用于水下或金属隔离场景；所述基于石墨烯的太赫兹通信模块，工作频率达到0.3-10THz，采用石墨烯Josephson接面作为发射源；所述腔量子电动力学通信模块，使用量子光源和探测器通信；所述可编程软件无线电通信模块，根据需要配置不同通信协议，使用FPGA实现全数模设计；所述DNA编码通信模块，使用DNA分子存储和传输信息；所述基于量子纠缠的超光速量子通信模块，实现距离无关的瞬时通信；所述基于相变存储器的通信模块，使用相变材料进行信息存储和传输；所述控制模块除了采用ARMCortex-M内核的32位RISC结构，还包括有采用最新ARMCortex-M85核、将MRAM直接集成在处理器内核上、使用光子-电子混合芯片技术、采用3D堆叠技术、利用碳纳米管互连、与MEMS微机械系统集成在一体、集成可重构逻辑单元FPGA、采用光刻可定制的掩模ROM或离子可控逻辑单元；采用ARMCortex-M85核，使用5nm工艺，主频4GHz，配备AI加速器，对神经网络模型进行低位宽高效计算，其中，所述ARMCortex-M85核的AI加速器是通过以下几个方面实现对神经网络的加速：采用内存级并行技术、设计了专门的矩阵乘法运算单元、直接支持低精度数据类型、采用流水线架构、直接在芯片上集成高速缓存存储、采用自动生成的分析工具、支持各种数据压缩技术和采用近存储计算技术；将MRAM直接集成在处理器内核上，实现存储器级加速，数据传输带宽可达1Tbs；使用光子-电子混合芯片技术，光子互连替代部分电子互连，实现超高速互联，时延降低1000倍；采用3D堆叠技术，不同芯片层之间通过硅通孔TSV垂直互连,扩展了功能模块，提升系统带宽；利用碳纳米管互连，实现超高密度芯片内部互联，降低功耗百分之十；与MEMS微机械系统集成在一体，形成更紧密的感知控制反馈循环；集成可重构逻辑单元FPGA，使系统结构可在线重配置，实现功能自定义；采用光刻可定制的掩模ROM，用户可自定义指令集和功能；包含离子可控逻辑单元，可根据输入电压控制逻辑功能，实现多功能计算；所述数据融合模块还包括基于关联记忆网络的异构数据融合、脉冲耦合神经网络进行多模态信息表达、采用基于TENsor分解的多视图数据融合、基于量子纠缠状态的异构数据关联、生物启发的细胞凋亡网络算法、生物启发的细胞凋亡网络算法、基于DNA计算的模式识别与决策、采用时间碎片网络模型、基于突触可塑性的无监督学习框架或使用碎形几何进行数据集成。

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