低功耗嵌入式工控主板
李鹏 邓于 雷明东 谭菊 穆星星
摘 要： 针对传统电子信息采集系统存在功耗高、采集精度低、传输速度慢等缺点，提出一种基于机构输出统计特征决策的电子信息采集系统。采用统计特征分析方法提取电子信息的随机分布时间序列，采用线性规划方法进行电子信息机构单元的定位管控和检测。结合高阶谱特征提取方法分析电子信息特征分布状态模型，实现电子信息的准确采集。仿真实验结果表明，该系统能够实现电子信息的快速采集，降低了系统的功耗，并且具有较高的采集精度。
关键词： 低功耗； 嵌入式； 电子信息； 采集系统； 特征统计； 高阶谱特征提取
中图分类号： TN919?34； TH165.3 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）15?0101?04
Design of low?power consumption embedded electronic information acquisition system
LI Peng1， 2， DENG Yu1， LEI Mingdong1， TAN Ju1， MU Xingxing1
（1. School of Electronic and Electrical Engineering， Chongqing University of Arts and Sciences， Chongqing 402160， China；
2. College of Communication Engineering， Chongqing University， Chongqing 400044， China）
Abstract： The traditional electronic information acquisition system has the disadvantages of high power consumption， low acquisition accuracy and slow transmission speed. Therefore， an electronic information acquisition system based on statistical characteristics decision?making of the mechanism output is proposed. The statistical feature analysis method is used to extract the random distribution time series of electronic information. The linear programming method is adopted to perform the positioning control and detection for the mechanical unit of electronic information， and combined with the high?order spectrum feature extraction method to analyze the characteristics distribution state model of the electronic information， and realize the accurate acquisition of electronic information. The simulation results show that the system can realize the rapid acquisition of electronic information， reduce the power consumption of the system， and has high acquisition accuracy.
Keywords： low?power consumption； embedded system； electronic information； acquisition system； characteristic statistics； high?order spectrum feature extraction
电子信息采集系统结构复杂且处于不间断运行状态中，电子信息机构单元的信息处理速度较快，工作负荷较大，需要进行人工智能管控和实时监测来提高电子信息采集系统的可靠性，从而保证电网配电的可靠运转，确保生产生活的有序进行[1]。因此研究电子信息采集系统以实现电子信息的快速采集、改进电子信息采集系统[2]。本文提出一种基于机构输出统计特征决策的电子信息采集系统。实验测试结果表明，本文设计的系统功耗低，采集精度高，稳定性好。
1 电子信息采集系统结构
为设计低功耗嵌入式电子信息采集系统，采用统计特征分析方法进行电子信息特征采集，提取电子信息采集系统机构管控的非线性统计电子信息样本，采用观测或者实验分析方法进行特征统计，对多变量的电子信息进行平稳化处理和特征空间重构，采用统计方法和线性方法进行特征提取处理[3]，实现对电子信息机构的非线性几何不变量的统计测量，提取有用特征，得到电子信息采集系统的结构如图1所示。
采用非线性时间序列分析方法分析电子信息采集系统的机构管控特征[4]，设电子信息采集系统的机构管控工况监测的统计测量信息为[{x1，x2，…，xN}]，通过小样本重组，结合几何不变特征量提取，监测到的电子信息机构管控工况向量运动轨迹为： 式中：[H]表示电子信息分布区域信息统计量；[M]是电子信息机构管控的节点数；[K（m）]是第[m]个机构管控的统计电子信息采样值；[αmk]是第[m]个采样通道中的第[k]条路径的耦合系数；[Tm]是信息统计采样时间间隔。对系统传递函数进行优化求解，提取电子信息分布特征，进行系统整体设计。
2 电子信息特征分析
采用统计特征分析方法提取电子信息的随机分布时间序列[5]，得到电子信息的包络幅值和相位分布分别为：
3 电子信息采集系统设计实现
本文提出一种基于机构输出统计特征决策的电子信息采集系统设计。采用卡尔曼滤波原理构建线性规划模型，得到第[i]步迭代的电子信息采集系统机构管控的输出向量[Di+1]，更新控制律向量，令[βi+1=（zTi+1zi+1）]，利用[zi+1]与[Zi]的扰动不变性，得到电子信息定位管控检测的数均衡模型描述为：
[Bi+1=λiBi+β-1i+1xi+1wTi+1] （10）
[C-1i+1=λiC-1i+β-1i+1wi+1wTi+1] （11）
對应的电子信息特征数据加以较大的权，可得：
[Ci+1=λ-1iCi-β-1i+1λ-1iCiwi+1wTi+1λ-1iCiβ-1i+1λ-1iwTi+1Ciwi+1+1] （12）
根据线性规划模型[6]得到定位管控采集的输出表示为：
[Di+1=Bi+1Ci+1=BiCi-β-1i+1（BiCiwi+1）wTi+1λ-1iCiλ-1iβ-1i+1wTi+1Ciwi+1+1+β-1i+1xi+1（λ-1iwTi+1Ci）-β-1i+1xi+1β-1i+1λ-1iwTi+1Ciwi+1β-1i+1λ-1iwTi+1Ciwi+1+1wTi+1λ-1i （13）]
根据上述输出特征信息进行电子信息机构单元的定位管控和检测。对电子信息进行采集的基础是进行电子信息特征提取，对电子信息特征相关性参数构建推导模型[7]。采用高阶谱特征提取方法得到电子信息特征提取的递推计算形式：
[Ci+1=λ-1iCi-β-1i+1αuuT] （14）
[Di+1=Di+β-1i+1αzi+1uT] （15）
式中，[λi]为学习机迭代步长，在递推过程中，由初值[λ0]（接近1）逐渐增加到1，由此构建电子信息特征检测模型，更新迭代步长为：
[λi=1-（1-λ0）（1-in）3， i≤n1， i>n] （16）
式中[n]为局部奇异特征。通过上述处理，得到电子信息的高阶谱特征提取结果为：
[xt=1-cos（2πf（r）st）1+Acos（2πfst+φ）?cos2πfmt+Bsin（2πfst+φ）+θ] （17）
根据高阶谱特征提取结构进行定位[8]，选择Lyapunove函数为：
[V1=12e21] （18）
每个电子信息特征量对应Lyapunove函数的指数分布轨迹，采用线性规划方法对Lyapunove函数求导：
[V1=e1e2-c1e21-e1λ1ζ1] （19）
通过深度学习，得到电子信息的误差统计量为：
[e1=e2-c1e1-λ1ζ1] （20）
由此得到电子信息节点定位的坐标描述为：
[θ=arcsin-T31] （21）
[γ=arctanT32T33，T33≥0π?sin T32+arctanT32T33，T33<0] （22）
[ψ=arctanT21T11，T11≥0π?sinT21+arctanT21T11，T11<0] （23）
用一个四元素表示的坐标变换矩阵描述如下：
[T=Cnb=q20+q21-q22-q232q1q2-q0q32q1q3+q0q22q1q2+q0q3q20-q21+q22-q232q2q3-q0q12q1q3-q0q22q2q3+q0q1q20-q21-q22+q23] （24）
采用四阶龙格库塔法求上述系统目标函数的最优解[9?10]，得到电子信息特征分布状态模型四元素的更新值：
[K1=h2ωtQtK2=h2ωt+h2Qt+K12K3=h2ωt+h2Qt+K22K4=h2ωt+hQt+K3Qt+h=Qt+h6K1+2K2+2K3+K4] （25）
综上分析，结合高阶谱特征提取方法分析系统的电子信息特征分布状态模型，完成对电子信息采集系统的设计。
4 实验测试分析
采用Matlab仿真工具进行电子信息采集系统的仿真测试分析，验证本文方法在实现电子信息采集方面的优越性能。首先对电子信息样本进行特征参数采样，采样的时间间隔为12 s，采集时长24 h，相空间重构嵌入维数为4，时间延迟为12 s，机构管控的加权系数为0.3，实验任务量由100增加至900，采用不同方法进行电子信息的采集，得到能耗对比如图2所示，其传输速度和精度方面的实验结果如图3，图4所示。
分析图2结果得知，采用本文方法进行电子信息采集的功耗较小。分析图3，图4得知，本文设计系统进行电子信息采集时，传输速度快，采集精度高，确保了电子信息采集系统的稳定可靠。
5 结 语
本文提出一种基于机构输出统计特征决策的电子信息采集系统设计。采用统计特征分析方法提取电子信息采集系统的随机分布时间序列，采用线性规划方法进行电子信息机构单元的定位管控和检测，结合高阶谱特征提取方法分析电子信息分布状态模型，实现电子信息采集系统设计。研究得知，该系统具有很好的应用实践价值。
注：本文通讯作者为邓于。
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