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关键词： 智能化系统   市政电气工程   传感器技术   控制算法  

摘要： 本文旨在探讨智能化系统在市政电气工程中的设计与应用，首先介绍了智能化系统的概念及其设计原理，包括传感器与数据采集技术、控制算法与决策策略、通信与网络技术以及软件开发与集成。然后详细分析了智能化系统在市政电气工程中的应用，涵盖智能照明系统、智能交通管理系统、智能环境监测系统以及智能能源管理系统。通过这些应用案例展示了智能化系统在提高城市能源利用效率、优化交通管理、改善环境质量等方面的重要作用。

关键词： 多电极平面电容传感器   小目标检测   边界元法   BP神经网络  

摘要： 平面电容传感器通常应用于检测目标尺寸较大的场景，例如电容层析成像检测液体流体，以及电容式接近传感器测量机械表面距离等。在针对小目标，尤其是尖端小目标的检测中，增加电极面积是提升传感器探测距离的有效方法，但这导致了传感器面积远大于目标检测截面积，形成小目标大尺寸传感器的应用场景。在这种场景下，由于电极的空间敏感不均，目标与传感器空间交汇点的不同会造成检测灵敏度的显著差异，从而增大检测误差。故本文旨在解决平面电容传感器在检测小目标时面临的定距精度问题，从传感器结构设计与优化到多电极传感器检测方法进行了以下深入研究:　　（1）优化设计了多电极平面电容传感器结构:利用COMSOLMultiphysics仿真软件的边界元方法，系统分析了电极结构参数（包括电极形状、极间距及屏蔽电极等）对传感器性能的影响，并设计了新型的五种电极结构:三角螺旋型、四角螺旋型、梳齿型、梳齿交叉型及迷宫型，通过对比各结构的穿透深度、灵敏度、信号强度及敏感场分布等参数，最终选定三角螺旋型电极作为最优结构，以满足小目标检测的高精度需求。　　（2）电容测量系统设计与校准:设计了基于PCap01电容检测芯片的微小电容检测电路，并搭建了大尺寸多电极平面电容传感器测量系统。通过校准和实验测试，验证了系统的准确性和稳定性。依此对设计的五种不同电极结构传感器进行实验验证，实验结果表明，三角螺旋型电极的综合性能最优，与仿真结果一致。　　（3）面向小目标的精确定距:通过多传感器融合方法增加数据冗余性，并结合多电极传感器信息融合技术，对比分析了BP神经网络、支持向量回归和径向基函数神经网络等方法的预测性能。结果表明，BP神经网络模型表现出最优的预测效果，其准确率高达90.9298%,决定系数R2为0.97328。　　综上所述，本文提出的面向小目标检测的电容传感器研究方法，可以有效地提高电容传感器的定距精度，具有较高的应用价值。

关键词： 智能灌溉   模糊控制   树莓派   物联网技术   传感器技术  

摘要： 随着全球水资源供需矛盾的增加和现代科技的快速发展,我国的灌溉设备逐渐智能化,并且农业现代化的提出进一步带动了智能灌溉的发展,智能灌溉技术的应用极大程度避免了传统灌溉人工成本高和灌溉效率低的问题。通过分析智能灌溉领域的发展现状和目前存在的问题,为适应灌溉过程中土壤水分变化的特点,本研究采用模糊控制技术针对盆栽柑橘的灌溉设计了一套智能灌溉系统。智能灌溉是智能农业的重要组成部分,模糊控制技术在农业灌溉中的使用,在一定程度上解决了由于土壤湿度存在输出延迟和非线性特点导致的控制效果差的问题,提高了灌溉效率和水资源利用率,实现了对灌溉过程的智能化控制。本研究主要做了以下工作:(1)基于传感器采集和树莓派控制的农业灌溉系统设计本文通过对系统原理及关键技术的分析与研究,设计了系统架构,明确了系统功能。通过硬件总体结构设计把系统划分成了几个模块,并对各模块进行了硬件设计和功能实现。系统使用的485型传感器均采用标准的Modbus-RTU协议,通过485转USB转换器将传感器采集的数据发送到树莓派主控系统中,通过调用树莓派的GPIO引脚实现对灌溉模块的控制。其次,在树莓派本地搭建服务器并用关系型数据库Postgre SQL对数据进行存储,实现数据的实时更新。最后,用户通过手机或电脑访问网页,根据设定的账号和密码进行登录,实时监测环境数据。(2)基于模糊控制的农业灌溉系统算法设计为了提高系统的灌溉效率并实现智能化控制,本系统加入了模糊控制算法。将土壤湿度误差和空气温度误差作为系统输入,根据柑橘不同时期的需水情况,制定了不同的灌溉策略。根据模糊推理得到的控制信号,如“增加灌溉时长”,结合灌溉设备的特性和土壤的水分情况,计算实际需要的灌溉时长,以控制灌溉设备进行相应的操作,使土壤湿度始终保持在适宜的范围。(3)系统开发与功能测试本研究构建了一个功能完备的系统,涵盖了数据采集、传输、存储、数据监测、远程控制以及用户登录等核心功能。为了确保系统的稳定性和可靠性,在系统开发完成后,对这些功能进行了相应的测试。最终的结果表明系统具有良好的稳定性和可靠性,实现了系统需求和预设目标。

关键词： 心源性猝死   死亡率   国家死因监测系统   中国   心肺复苏术   培训系统   模拟人   嵌入式   传感器技术   心肺复苏   培训模式   模拟教具   心肺复苏   线上培训   线下培训   学校   韶关   智能心肺复苏模拟人   线上培训系统  

摘要： 第一部分中国2013-2021年心源性猝死率分析 目的:猝死患者中半数以上为心源性猝死,是中国重大的健康负担。由于缺乏集中的数据登记系统,定义方面也有差异,导致关于心源性猝死的数据非常稀少。本研究旨在提供中国2013-2021年期间心源性猝死的估计值。方法:数据来自中国国家死因监测系统,筛选心源性猝死患者。计算不同时期、不同地区及各省的粗死亡率和年龄标化死亡率。采用联合点回归来确定趋势变化的显著性。为进一步探究心源性猝死与社会人口因素间的关系(如年龄、性别和婚姻状态),进行亚组分析。结果:从2013-2021年期间,心源性猝死率从8.36/10万人上升至18.60/10万人,各省之间存在明显差异,2021年北京市年龄标化死亡率最高,为66.7/10万人,浙江省最低,为4.59/10万人。根据社会学人口特征分组,心源性猝死率有所不同,城市地区和男性患者的死亡率高于其他亚组。心源性猝死患者中,半数以上发生在院外,约60%患者的根本死因为缺血性心脏病。结论:随着中国心血管疾病及其相关危险因素持续增长,心源性猝死负担也将加重。为提高心源性猝死患者生存率,降低其发生率,国家迫切需要增加有效的干预措施,加强公众对应急策略的认识。 第二部分智能心肺复苏模拟人及线上心肺复苏培训系统研发 目的:设计一套面向公众的心肺复苏教学用模拟人及培训系统,为在线心肺复苏教学及考核提供解决方案。方法:智能心肺复苏模拟人的硬件部分由数据采集模块、MCU数据处理模块、蓝牙传输模块以及电源模块组成,MCU的嵌入式算法通过获取压力传感器在使用者进行心肺复苏术操作的过程中每一时刻的电压变化和霍尔涡轮传感器的电平信号上升数量,经过转换得到按压数据和通气数据,通过蓝牙发送到手机端的微信小程序中,121心肺复苏小程序对数据进行处理和计算,实现按压深度、频率、人工呼吸次数、吹气量及胸廓完全回弹合格率的指标监测。结果:该模拟人监测得到的操作相关数据精度较高,可初步反映学员操作质量。经医务人员试用后,认为与模拟人相匹配的培训系统可实现在线培训及远程考核。 结论:该模拟人及培训系统外观新颖,具有反馈装置,能够实现心肺复苏术的在线培训及远程考核,且收集到的数据可作为学员操作考核时的参考依据,从而提高心肺复苏术培训效率。 第三部分智能心肺复苏模拟人与传统模拟教具间的培训效果对比 目的:在相同心肺复苏培训模式下,比较使用智能模拟教具(安安)和传统教具(安妮)练习的学员最终的培训效果。方法:2023年5月选取某体育大学的239名男性学生进行心肺复苏教学,按照教学模具不同,随机分为安妮组113人和安安组126人。培训后以问卷形式对学员进行满意度调查。分析两组学员主观成绩、客观成绩、理论成绩、总成绩及满意度间的差异性。结果:两组学生在年龄及培训经历方面无统计学差异。主观成绩和总成绩安安组显著高于安妮组(P<0.05),客观成绩及理论成绩均无统计学差异。问卷调研显示,安安组在培训后在心肺复苏术操作能力、操作信心,对CPR的掌握程度上评分更高;学员对培训的预期效果评分中,两组基本保持一致;针对教具模具使用的满意度方面,安安组学员评分(总满意度:96.77%)略高于安妮组(总满意度:95.45%)。结论:安妮和安安两款模拟人用于学生心肺复苏的培训时均可达到良好的培训效果,安安在学生中的接受度更高,使用安安进行培训的学员对急救流程及操作要点的掌握更牢固。 第四部分传统线下培训模式与线上心肺复苏培训模式间的效果对比 目的:探究线下及线上两种培训方案在心肺复苏教学中的培训效果。方法:2023年5月选取某体育大学的236名男性学生进行心肺复苏教学,按照培训方案不同,随机分为线下组113人和线上组126人。培训后以问卷形式对学员进行满意度调查。分析两组学员主观成绩、客观成绩、理论成绩、总成绩及满意度间的差异性。结果:两组学生在年龄及培训经历方面无统计学差异。线上组及线下组学员在操作考核中,主观成绩和客观成绩均无统计学差异。线上组学员理论成绩显著高于线下组学员(P<0.05)。线下组及线上组学员在总满意度上基本保持一致,但线下组在每个问题中回答“非常满意”的学员占比更大。结论:线上及线下模式的心肺复苏培训在高校学生中可达到相同的培训效果,且理论培训在线上完成效果更佳。为提高培训效率及节约资源,在学校场景下可考虑选择线上培训模式。 第五部分智能心肺复苏模拟人与线上培训系统推广应用 近年来,针对群众的大规模心肺复苏培训模式的研究成为焦点。传统的面授模式受到时间、空间及人员限制,培训效率低下。本文选择韶关市作为试点,应用第二部分中所提到的智能心肺复苏模拟人与线上培训系统,历时7个月,完成韶关市5%民众的心肺复苏普及培训,产生良好的社会效益。

关键词： 精准灌溉   水资源利用效率   传感器技术   环境保护   农作物产量  

摘要： 精准灌溉是一种先进的农业技术，通过准确地控制水资源的使用，提高作物产量和水资源利用效率。该技术是利用传感器、遥感技术和数据分析等监测土壤湿度、作物需水量和气象条件，从而实现精确的灌溉管理。精准灌溉不仅能显著减少水资源浪费，还能降低农药和化肥的使用量，减少环境污染。此外，它还能提高农作物的质量和产量，增加农民的经济收益。精准灌溉技术在全球范围内得到了广泛应用，尤其在水资源匮乏和农业生产条件严峻的地区。本文结合农业生产实践，介绍了精准灌溉技术概念、技术发展情况、优势及面临的挑战等，可以成为相关领域工作人员提供帮助与参考。

关键词： 电化学适配体传感器   双模式传感器   联吡啶钌-MOF材料   黄曲霉素B1   鹿茸基因检测  

摘要： 中药的运用历史悠久,数千年来在我国医疗体系中占据着举足轻重的地位,为人们的身体健康提供了坚实的保障。然而,这一切的前提是确保中药的质量。无论是受到黄曲霉毒素的污染,还是市场上中药伪品的泛滥,都严重损害了中药的质量。因此,研究一种特异性高、灵敏度好的检测中药材中黄曲霉毒素以及高效省时辨别中药真伪的方法至关重要。这将有助于我们更好地保障中药的质量,维护人们的健康。 在本文中我们结合了多种信号放大策略和分析手段,实现了对中药党参中黄曲霉素B1的灵敏、高效检测,并且开发了一种无需依赖PCR扩增技术即可灵敏检测鹿茸基因,辨别鹿茸真伪的方法。具体内容如下: （1）我们开发了一种新型的无试剂适配体传感器,并成功用于黄曲霉毒素B1（AFB1）的灵敏检测。该传感器采用DNA步行者策略和双二茂铁来增强信号。首先,AFB1与AFB1适配体的特殊结合激活了DNA酶链。然后,在Mn2+的帮助下,DNA酶链依次切割固定在底物链上的双二茂铁,导致电化学信号的变化。我们将Mn2+包裹在金属有机框架Ui O-66（Zr）-（COOH）2中,并将其与DNA步行者整合,从而使得在检测过程中无需添加Mn2+即可启动切割反应,实现实时监测。基于上述优点,在最佳条件下,传感器在0.1 pg/mL至1000 ng/mL的范围内显示出良好的检测性能,回归方程为y=（1.409±0.015）-（0.187±0.004）lgC,R2=0.997,检测限为4.81 fg/mL。该传感器还成功用于复杂基质（中药党参样本）中AFB1的检测,具有高灵敏度和无需试剂操作等优点。此外,所提出的适配体传感器还可以通过更换适配体来检测其他霉菌毒素,从而为检测和实时监测应用提供了一个高效的平台。 （2）本文探讨了一种高效的鹿茸DNA提取方法。以天根生化血液/组织/细胞基因组提取试剂盒（DP304-02）中的提取方法为基础,改良了鹿茸DNA的关键提取条件,优化了鹿茸样品的前处理步骤,实现了高质量鹿茸DNA的提取。其纯度和完整性经电泳及紫外分光光度仪测定,确保了分析结果的准确性。特异性PCR扩增及后续序列测定确认了鹿茸样本的真伪,与NCBI数据库中的马鹿细胞色素氧化酶亚基I（COI）基因序列比对,相似度达到99%,证实样本为正品马鹿鹿茸。总之,本研究成功开发了一套高效、可靠的鹿茸DNA提取方法,为接下来鹿茸的真伪鉴定提供了基础,也对中药材的质量安全监管及公众健康保护做出了贡献。 （3）本研究开发了一种基于联吡啶钌-金属有机框架（联吡啶钌-MOF）和双酶切技术的双模式“开-关-开”传感器,用于鹿茸基因的灵敏检测。此传感器克服了传统PCR方法的限制,通过电致化学发光（ECL）和荧光（FL）两种模式实现了对鹿茸基因的快速、准确鉴定。通过优化实验条件,该传感器分别在0.1 fg/mL至1 ng/mL（ECL）以及10 fg/mL至100 ng/mL（FL）的鹿茸基因浓度范围内表现出良好的线性关系,ECL和荧光的检测限分别为0.093 fM和0.31 fM,两个拟合方程分别为Y=1393.79lg（C）+2372.48,R2=0.997,和Y=4429.59lg（C）-909.17,R2=0.998,展现了高灵敏度和特异性。实验结果表明,该传感器在实际样品中的应用具有很高的准确性和稳定性,为鹿茸及其他中药材的质量控制与真伪鉴定提供了一种新的技术手段。

关键词： 起重机结构   安全性检测   视觉检测   传感器技术  

摘要： 本研究旨在探讨起重机结构的安全性检测方法及其在不同领域中的应用，以及所面临的挑战。在方法与应用研究部分，我们详细讨论了视觉检测、传感器技术和数值模拟等不同方法，分析了它们的原理、优点和局限性。在实验与数据采集方面，我们介绍了实验设计和数据采集方法，包括测试条件和样本选择，以及传感器部署、数据记录和处理等方面的内容。在应用领域与挑战部分，我们探讨了这些方法在不同领域中的应用情况，同时讨论了复杂环境下的检测和数据分析的复杂性等挑战。

关键词： NV色心   集成矢量金刚石NV磁传感器   矢量磁场   微波频率跳转  

摘要： 金刚石NV（氮空位,Nitrogen Vacancy,NV）磁传感器在室温环境下以其高灵敏度、易矢量传感等优异性能闻名,逐渐成为新一代量子磁传感器的热点方向。目前,在实验室环境下,基于大型光学平台系统的系综NV色心磁传感器的灵敏度已经超过了p T/Hz1/2的水平。然而,随着量子传感器应用范围的扩展,一种新型的实现矢量磁场快速而实时测量集成矢量金刚石NV磁传感器有极大需求,但是集成矢量NV磁传感器方面的研究却比较少。因此,本论文针对能实时传感的集成矢量NV磁传感器进行研究,根据金刚石NV色心特性以及具有线性区间的解调曲线,创新性地提出了微波频率跳变寻址共振峰实现三轴矢量磁场测试方法与NV轴-笛卡尔三轴转换模型,设计并完成了金刚石NV磁传感器探头、控制系统的集成化,完整测试了磁传感器的指标参数,在实验室环境与外场环境下进行了移动车辆矢量磁场快速而精确的传感。 首先,本研究阐述了金刚石NV色心的矢量磁传感机制。分析NV自旋结构,创新性地提出了NV色心磁传感器跳频寻址方法、三轴矢量转换模型。与传统的微波扫频寻址共振峰相比,相同条件下,该方法比扫频方法实现矢量的速度提升87倍。 随后,我们依据微波跳频方法,设计集成三轴矢量磁传感检测系统,包括集成探头和控制系统。探头主要包括光学组件、激光器、光电探测器、以及三轴亥姆霍兹线圈,并对其进行定量分析,且控制探头体积在616 cm3以内。控制系统主要包括微波源、锁相放大器、平衡探测器等,详细描述了软硬件设计以及实现过程,进行了功能验证并对指标定量分析,开发了模块间的软件交互系统。最终,成功搭建采用跳频方式的集成三轴矢量磁传感系统,该系统可以手持式携带外场应用,解除了量子磁传感器只能在实验室环境下的磁测试束缚。 最后,我们针对设计的集成矢量NV磁传感器进行矢量场测试。利用ODMR信号四对磁共振峰和解调曲线确定基准参数,计算施加到金刚石NV晶轴上的磁场大小和方向。然后,将NV晶轴磁场结果代入三轴转换模型,实现三轴磁场信息测量与分析,包括最小可检测磁场值、可检测磁场范围、灵敏度、带宽等指标的定量分析。同时,我们利用集成化的矢量NV磁传感器对外场移动车辆的磁场进行了矢量场测试,并提供了x、y、z三轴的具体磁场数值,从而进一步提升了该微波跳频方式在NV磁传感器中的矢量磁场检测能力,增加了其实际应用价值。

关键词： 无线传感器   水环境   监测系统   设计效果  

摘要： 本研究在通过无线传感器技术，构建一个高效、可靠的水环境监测系统。研究内容涉及系统架构设计、Zigbee网络结构的构建、数据采集节点的选型、终端程序设计以及簇头节点和汇聚节点的综合设计。本研究的成果表明，通过采用先进的无线传感器技术和精确的网络结构设计，能够实现对水环境质量的实时监测，提高数据传输的准确性与效率。该系统设计克服了传统监测方法的局限性，如线缆的束缚和数据处理的滞后，显著提升了水环境监测的自动化水平和监控效果，为水质监测与环境保护提供了坚实的技术支撑。