CN109709511A - 神经元仿生电路和信号时差检测系统 - Google Patents
神经元仿生电路和信号时差检测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109709511A CN109709511A CN201811631733.XA CN201811631733A CN109709511A CN 109709511 A CN109709511 A CN 109709511A CN 201811631733 A CN201811631733 A CN 201811631733A CN 109709511 A CN109709511 A CN 109709511A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pulse
- time difference
- resistance
- circuit
- neuron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 title claims abstract description 79
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title abstract 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 58
- 208000006218 bradycardia Diseases 0.000 claims description 25
- 230000036471 bradycardia Effects 0.000 claims description 25
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 23
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 20
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 20
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 18
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 6
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 4
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims description 3
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims description 3
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 2
- 230000002336 repolarization Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000002964 excitative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 230000002102 hyperpolarization Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 1
- 210000004205 output neuron Anatomy 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 210000000225 synapse Anatomy 0.000 description 1
- 230000000946 synaptic effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
本发明提供一种神经元仿生电路和信号时差检测系统。该系统中，第一信号接收模块接收外部第一脉冲；第二信号接收模块接收外部第二脉冲；外部第一脉冲和外部第二脉冲为同周期信号且存在时差的模拟脉冲信号；神经元仿生电路根据外部第一脉冲和外部第二脉冲向第二微分电路发送神经元仿生脉冲；第一微分电路对外部第一脉冲微分并向计数器发送第一脉冲；第二微分电路对神经元仿生脉冲微分并向计数器发送第二脉冲；计数器根据第二脉冲对第一脉冲计数得到目标时差计数序列；控制模块根据目标时差计数序列确定目标时差。本发明模仿动物神经系统对双耳信号时间差的探测机理，实现对信号的微小时间差的快速测量，提高仿生超声波定位电路的定位精度。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，更具体地说，是涉及一种神经元仿生电路和信号时差检测系统。
背景技术
时差定位是利用信号到达多个接收站的时间之差(简称时差)进行探测定位，它是无源定位技术中最重要的方法之一，相比其他定位方法，它具有定位精度较高、协同工作较方便的特点，在许多无源定位系统中得到了广泛应用。时差测量是时差定位中的关键技术，它的精度直接影响定位精度。但是，现有技术中，时差测量的准确性低，尤其是微小时差。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种神经元仿生电路和信号时差检测系统，旨在现有技术中针对微小时差检测不准确的问题。
本发明实施例的第一方面提供一种神经元仿生电路，包括：快脉冲支路、慢脉冲支路、第一平衡电阻、第二平衡电阻和整合输出支路；
所述慢脉冲支路的第一端与所述神经元仿生电路的第一输入端连接，所述慢脉冲支路的第二端与所述第一平衡电阻的第一端连接；
所述快脉冲支路的第一端与所述神经元仿生电路的第二输入端连接，所述快脉冲支路的第二端与所述第二平衡电阻的第一端连接；
所述第一平衡电阻的第二端和所述第二平衡电阻的第二端均与所述整合输出支路的第一端连接；
所述整合输出支路的第二端与所述神经元仿生电路的输出端连接。
可选的，所述慢脉冲支路包括：第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第一三极管和第一平衡电源；
所述第一电容的第一端与所述慢脉冲支路的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端连接；所述第二电容的第二端分别与所述第一二极管的阳极和所述第一电阻的第一端连接；
第一二极管的阴极与所述第一三极管的基极和所述第二电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端接地；
所述第一三极管的集电极通过所述第三电阻与所述第一平衡电源的正极连接，所述第一三极管的集电极还与所述慢脉冲支路的第二端连接，所述第一三极管的发射极通过所述第四电阻接地。
可选的，所述快脉冲支路包括：第三电容、第四电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二二极管、第二三极管和第二平衡电源；
所述第三电容的第一端与所述快脉冲支路的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第四电容的第一端连接；所述第四电容的第二端分别与所述第二二极管的阳极和所述第五电阻的第一端连接；
第二二极管的阴极与所述第二三极管的基极和所述第六电阻的第一端连接；所述第五电阻的第二端和所述第六电阻的第二端接地；
所述第二三极管的集电极通过所述第七电阻与所述第二平衡电源的正极连接，所述第二三极管的发射极与所述快脉冲支路的第二端连接，所述第二三极管的发射极还通过所述第八电阻接地。
可选的，所述整合输出支路包括：第五电容、第六电容和第九电阻；
所述第五电容的第一端与所述整合输出支路的第一端连接，所述第五电容的第二端分别与所述整合输出支路的第二端、所述第六电容的第一端和所述第九电阻的第一端连接；
所述第六电容的第二端和所述第九电阻的第二端接地。
本发明实施例的第二发面提供了一种信号时差检测系统，包括：第一信号接收模块、第二信号接收模块、第一微分电路、第二微分电路、计数器、控制模块和上述任一种神经元仿生电路；
所述第一信号接收模块，与所述神经元仿生电路的第一输入端和所述第一微分电路连接，用于接收外部第一脉冲；
所述第二信号接收模块，与所述神经元仿生电路的第二输入端连接，用于接收外部第二脉冲；所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲为同周期信号，且两个脉冲之间存在时差；
所述神经元仿生电路，输出端与所述第二微分电路连接，用于根据所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲向所述第二微分电路发送神经元仿生脉冲；
所述第一微分电路，与所述计数器的时钟端连接，用于对所述外部第一脉冲进行微分，并向所述计数器发送第一脉冲；
所述第二微分电路，与所述计数器的复位端连接，用于对所述神经元仿生脉冲进行微分，并向所述计数器发送第二脉冲；
所述计数器，与所述控制模块连接，用于根据所述第二脉冲对所述第一脉冲计数，得到目标时差计数序列；
所述控制模块根据所述目标时差计数序列确定所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲之间的目标时差。
可选的，所述第一信号接收模块包括：用于接收所述外部第一脉冲的第一接收机、第一放大/衰减单元和第一整形单元；
所述第一放大/衰减单元，用于对第一接收机接收到的所述外部第一脉冲进行放大/衰减处理；
所述第一整形单元，用于将放大/衰减处理后的所述外部第一脉冲进行整形处理并发送给所述神经元仿生电路和所述第一微分电路。
可选的，所述第二信号接收模块包括：用于接收所述外部第二脉冲的第二接收机、第二放大/衰减单元和第二整形单元；
所述第二放大/衰减单元，用于对第二接收机接收到的所述外部第二脉冲进行放大/衰减处理；
所述第二整形单元，用于将放大/衰减处理后的所述外部第二脉冲进行整形处理并发送给所述神经元仿生电路。
可选的，所述控制模块具体用于：
存储所述目标时差计数序列和多个标定时差计数序列；
利用二分法将所述目标时差计数序列与所述多个标定时差计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标时差。
可选的，所述信号时差检测系统还包括：用于对所述神经元仿生脉冲进行放大的放大电路；
所述神经元仿生电路通过所述放大电路与所述第二微分电路连接。
可选的，所述信号时差检测系统还包括：用于显示所述目标时差的显示模块；
所述显示模块与所述控制模块连接。
本发明实施例中信号时差检测系统与现有技术相比的有益效果在于：通过第一信号接收模块接收外部第一脉冲，第二信号接收模块接收外部第二脉冲，其中外部第一脉冲和外部第二脉冲为同周期信号且存在时差的模拟脉冲信号，模拟了动物神经系统双耳接收信号的特性；然后神经元仿生电路根据外部第一脉冲和外部第二脉冲向第二微分电路发送神经元仿生脉冲；第一微分电路对外部第一脉冲微分并向计数器发送第一脉冲；第二微分电路对神经元仿生脉冲微分并向计数器发送第二脉冲；计数器根据第二脉冲对第一脉冲计数得到目标时差计数序列；最后控制模块根据目标时差计数序列确定目标时差，模仿了动物神经系统对双耳信号时间差的探测机理，实现对信号的微小时间差的快速测量，提高仿生超声波定位电路的定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的神经元仿生电路的电路图；
图2为本发明实施例提供的快脉冲支路输出端脉冲示意图；
图3为本发明实施例提供的慢脉冲支路输出端脉冲示意图；
图4为本发明实施例提供的神经元仿生电路输出脉冲波形图；
图5为本发明实施例提供的信号时差检测系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种信号时差检测系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的第一微分电路输出的脉冲和第一微分电路输出的脉冲对比示意图；
图8为本发明实施例提供的信号时差检测系统的信号流示意图；
图9为本发明实施例提供的标定时差计数序列与时差的对应关系示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，一个实施例中，神经元仿生电路300可以包括：快脉冲支路320、慢脉冲支路310、第一平衡电阻Rx、第二平衡电阻Ry和整合输出支路330。
慢脉冲支路310的第一端与神经元仿生电路300的第一输入端连接，慢脉冲支路310的第二端与第一平衡电阻Rx的第一端连接；快脉冲支路320的第一端与神经元仿生电路300的第二输入端连接，快脉冲支路320的第二端与第二平衡电阻Ry的第一端连接；第一平衡电阻Rx的第二端和第二平衡电阻Ry的第二端均与整合输出支路330的第一端连接；整合输出支路330的第二端与神经元仿生电路300的输出端连接。
上述神经元仿生电路300，快脉冲支路320用于模拟生物神经元产生动作脉冲中去极化和复极化的过程，根据外部脉冲输出正向脉冲，如图2所述；慢脉冲支路310用于模拟生物神经元产生动作脉冲中超极化的过程，根据外部脉冲输出负向脉冲，如图3所述；抑制性突触电流信号经过第一平衡电阻Rx进入整合输出支路330，兴奋性突触电流信号经过第二平衡电阻Ry进入整合输出支路330，整合输出支路330输出神经元仿生脉冲。
可选的，参见图1，慢脉冲支路310可以包括：第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1、第一三极管Q1和第一平衡电源V1。
第一电容C1的第一端与慢脉冲支路310的第一端连接，第一电容C1的第二端与第二电容C2的第一端连接；第二电容C2的第二端分别与第一二极管D1的阳极和第一电阻R1的第一端连接。
第一二极管D1的阴极与第一三极管Q1的基极和第二电阻R2的第一端连接；第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第二端接地。
第一三极管Q1的集电极通过第三电阻R3与第一平衡电源V1的正极连接，第一三极管Q1的集电极还与慢脉冲支路310的第二端连接，第一三极管Q1的发射极通过所述第四电阻R4接地。
可选的，参见图1，快脉冲支路320可以包括：第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二二极管D2、第二三极管Q2和第二平衡电源V2。
第三电容C3的第一端与快脉冲支路320的第一端连接，第三电容C3的第二端与第四电容C4的第一端连接；第四电容C4的第二端分别与第二二极管D2的阳极和第五电阻R5的第一端连接。第二二极管D2的阴极与第二三极管Q2的基极和第六电阻R6的第一端连接；第五电阻R5的第二端和第六电阻R6的第二端接地。
第二三极管Q2的集电极通过第七电阻R7与第二平衡电源V2的正极连接，第二三极管Q2的发射极与快脉冲支路320的第二端连接，第二三极管Q2的发射极还通过第八电阻R8接地。
一个实施例中，参见图1，整合输出支路330可以包括：第五电容C5、第六电容C6和第九电阻R9。
第五电容C5的第一端与整合输出支路330的第一端连接，第五电容C5的第二端分别与整合输出支路330的第二端、第六电容C6的第一端和第九电阻R9的第一端连接；第六电容C6的第二端和第九电阻R9的第二端接地。
神经元仿生电路是一个双输入、单输出的电路，由快脉冲支路320、慢脉冲支路310、平衡电阻和整合输出支路330组成，其中快脉冲支路320用于模拟生物神经元产生动作脉冲中去极化和复极化的过程，慢脉冲支路310用于模拟生物神经元产生动作脉冲中超极化的过程，快脉冲支路320和慢脉冲支路310的漏电阻分别为R3和R5，其中R5的阻值应为R3阻值的10倍以上。
以快脉冲支路320为例说明支路的工作原理，首先，方波脉冲R经电容C6去耦合，对电容C1进行充电，整流二极管D1实现对电容输出信号进行整流。当整流二极管D1输出电压大于三极管Q2的开启电压时，三极管Q2导通，三极管Q2集电极则对流入基极的电流迅速放大，流入发射极电阻R9的电流也迅速增大，发射极电压迅速增加，电容C1则通过漏电阻R3迅速放电，当电容C1电压小于三极管Q2开启电压时，三极管Q2截止，从而产生一个快速的正向脉冲，如图2所示。相对于快脉冲支路来说，慢脉冲支路将三极管Q1的集电极端作为输出，当三极管Q1导通时，发射极端电压迅速上升，则集电极端电压则迅速下降，反之则反，因此产生负向脉冲；又由于该支路漏电阻R5与快脉冲支路漏电阻R3相比阻值较大，三极管Q1导通的时间较长，电容C2放电的时间也较长，因此该负向脉冲上升比较缓慢，如图3所示。R11和R10为平衡电阻，用来平衡两个三极管的输出电压，使得输出电压范围保持在同一数量级，便于整合输出支路对快脉冲支路与慢脉冲支路输出进行整合，从而输出动作脉冲波形，如图4所示。
基于上述神经元仿生电路，本发明实施例还提供一种信号时差检测系统。参见图5，该信号时差检测系统可以包括：第一信号接收模块100、第二信号接收模块200、神经元仿生电路300、第一微分电路400、第二微分电路500、计数器600和控制模块700。
第一信号接收模块100与神经元仿生电路300的第一输入端和第一微分电路400连接，第二信号接收模块200与神经元仿生电路300的第二输入端连接，神经元仿生电路300的输出端与第二微分电路500连接，第一微分电路400与计数器600的时钟端CLK连接，第二微分电路500与计数器600的复位端CLR连接，计数器600与控制模块700连接。
第一信号接收模块100用于接收外部第一脉冲；第二信号接收模块200用于接收外部第二脉冲；所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲为同周期信号，且两个脉冲之间存在时差；神经元仿生电路300用于根据所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲向第二微分电路500发送神经元仿生脉冲；第一微分电路400用于对所述外部第一脉冲进行微分，并向计数器600发送第一脉冲；第二微分电路500用于对所述神经元仿生脉冲进行微分，并向计数器600发送第二脉冲；计数器600用于根据所述第二脉冲对所述第一脉冲计数，得到目标时差计数序列；控制模块700根据所述目标时差计数序列确定所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲之间的目标时差。
在自然界中，某些生物的声纳系统(例如蝙蝠等)能够发射超声波，接收并分析其回声来判断目标的距离、位置、速度、大小和形状等，并对此作出反应，从而进行捕食和回避障碍。动物实现高精度的声源定位功能的核心之一就是听觉神经系统对双耳时间差信号的快速、高灵敏的神经元编码，然后通过编码后的神经元确定信号时差，进而判断目标的距离、位置、速度、大小和形状等，精度高，速度快。所以本实施例运用神经元仿生电路300模仿动物神经系统对双耳信号时间差的探测机理，实现对信号的微小时间差的快速测量。
示例性的，参见图5和图8，第一信号接收模块100接收方波信号L，方波信号L输入到神经元仿生电路300和第一微分电路400中，神经元仿生电路300根据方波信号L向第二微分电路500发送神经元仿生脉冲δ。方波信号L经过第一微分电路400转换成相同周期的第一脉冲L’，神经元仿生脉冲δ经过第二微分电路500转换成第二脉冲δ'，第一脉冲L’与第二脉冲δ'在时间上的关系如图7所示。
然后，计数器600的时钟端CLK在接收到第一脉冲L’的上升沿时进行计数并锁存，当复位端CLR接收到第二脉冲δ'的上升沿时对计数值清零，计数器600的时钟端CLK接收到第一脉冲L’的上升沿时重新计数并锁存，一直循环，直至第二脉冲δ'传输完成，则得到目标时差计数序列，目标时差计数序列不会受到其他电路的信号干扰，计数结果与脉冲频率有关，计数结果较稳定；最后控制模块700根据所述目标时差计数序列确定目标时差。方波信号L的频率越高，计数器600计数频率越高，序列的维数越大，则频率测量精度和准确性越高。
上述信号时差检测系统，通过第一信号接收模块100接收外部第一脉冲，第二信号接收模块200接收外部第二脉冲，外部第一脉冲和外部第二脉冲为同周期信号且存在时差，模拟了动物神经系统双耳接收信号的特性；然后神经元仿生电路300根据外部第一脉冲和外部第二脉冲向第二微分电路500发送神经元仿生脉冲；第一微分电路400对外部第一脉冲微分并向计数器600发送第一脉冲；第二微分电路500对神经元仿生脉冲微分并向计数器600发送第二脉冲；计数器600根据第二脉冲对第一脉冲计数得到目标时差计数序列；最后控制模块700根据目标时差计数序列确定目标时差，模仿了动物神经系统对双耳信号时间差的探测机理，实现对信号的微小时间差的快速测量，提高仿生超声波定位电路的定位精度，且本实施例的系统成本低、功耗低。
一个实施例中，参见图6，第一信号接收模块100包括：第一接收机Y1、第一放大/衰减单元110和第一整形单元120。第一接收机Y1、第一放大/衰减单元110和第一整形单元120依次连接。
第一接收机Y1用于接收所述外部第一脉冲，第一放大/衰减单元110用于对第一接收机Y1接收到的所述外部第一脉冲进行放大/衰减处理。第一整形单元120用于将放大/衰减处理后的所述外部第一脉冲进行整形处理并发送给神经元仿生电路300和第一微分电路400。
可选的，第一放大/衰减单元110可以为放大电路/衰减电路组成，将所述外部第一脉冲进行放大或衰减，转换成合适的电压范围进行传输。放大电路/衰减电路可以由比较器、运算放大器、二极管和反相器等实现。
可选的，第一整形单元120可以由施密特触发器来实现，将放大/衰减后的外部第一脉冲整形成方波脉冲。
一个实施例中，参见图6，第二信号接收模块200包括：第二接收机Y2、第二放大/衰减单元210和第二整形单元220。第二接收机Y2、第二放大/衰减单元210和第二整形单元220依次连接。
其中，第二接收机Y2用于接收所述外部第二脉冲，第二放大/衰减单元210用于对第二接收机Y2接收到的所述外部第二脉冲进行放大/衰减处理。第二整形单元220用于将放大/衰减处理后的所述外部第二脉冲进行整形处理并发送给神经元仿生电路300。
可选的，第二放大/衰减单元210可以为放大电路/衰减电路组成，将所述外部第二脉冲进行放大或衰减，转换成合适的电压范围进行传输。放大电路/衰减电路可以由比较器、运算放大器、二极管和反相器等实现。
可选的，第二整形单元220可以由施密特触发器来实现，将放大/衰减后的外部第二脉冲整形成方波脉冲。
一个实施例中，控制模块700具体用于：存储所述目标时差计数序列和多个标定时差计数序列；利用二分法将所述目标时差计数序列与所述多个标定时差计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标时差。
标定时差计数序列是指预先将已知时差的信号经过信号时差检测系统得到的序列。根据外部第一脉冲和外部第二脉冲得到目标时差计数序列后，将目标时差计数序列与多个标定时差计数序列进行一一匹配，由于标定时差计数序列较多，所以本实施例采用二分法将目标时差计数序列与多个标定时差计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标信息，即在标定时差计数序列中找到与目标时差计数序列相同的序列，即确定了该目标时差。
具体的，可以先判断目标时差计数序列Seqx与多个标定时差计数序列的中间序列Seqj(j＝N/2，N为标定时差计数序列的总个数，且为正整数)是否相等，若相等，目标时差Δtx等于与中间序列Seqj对应的时差Δtj，Δtx＝Δtj，即确定了目标时差；若不相等，判断目标时差计数序列Seqx是否大于中间序列Seqj，若大于，目标时差计数序列Seqx与上一部分的标定时差计数序列Seqi(i>N/2的)逐一匹配，若小于，目标时差计数序列Seqx与下一部分的标定时差计数序列Seqi(i<N/2的)逐一匹配，直至匹配出与目标时差计数序列Seqx相等的标定时差计数序列，即确定了目标时差。
可选的，控制模块700还可以用来控制计数器600的启动等。控制模块700可以由单片机、ARM(Advanced RISC Machines，高级精简指令集处理器)、FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)等微控制器来实现，例如，控制模块700可以为ARMSTM32F103ZET6型号的微控制器。
一个实施例中，参见图6，所述信号时差检测系统还可以包括：放大电路800。神经元仿生电路300通过所述放大电路与第二微分电路500连接，放大电路800对所述神经元仿生脉冲进行放大，再输出给第二微分电路500。放大电路800可以减少神经元仿生脉冲的噪声和干扰，提高时差测量的准确性。
一个实施例中，参见图2，所述信号时差检测系统还可以包括：显示模块900，用于显示所述目标时差；显示模块900与控制模块700连接。
示例性的，参见图1、图8和图9，神经元仿生电路300每输出一个神经元仿生脉冲δi，计数器600得到一个计数值Si，将获取的计数值按获取的时间前后进行排列，则构成一组目标时差计数序列Seqx＝{S1S2S3…Si…}。同时控制模块700已存储标定时差计数序列与已知时差的对应关系，每一组标定时差计数序列对应一个时差，如图9所示，为标定时差计数序列与已知时差的对应关系。
然后控制模块700利用二分法将目标时差计数序列Seqx与多个标定时差计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标时差，即可得到目标时差计数序列Seqx对应的目标时差，并将目标时差在显示模块800中显示出来。其中，控制模块700输出的外部第一脉冲的频率越高，则获取的标定时差计数序列和目标时差计数序列的维度也就越大，频率测量精度和准确性也就越高。
上述实施例中，信号时差检测系统主要通过第一信号接收模块100接收外部第一脉冲，第二信号接收模块200接收外部第二脉冲，其中外部第一脉冲和外部第二脉冲为同周期信号且存在时差，模拟了动物神经系统双耳接收信号的特性；然后神经元仿生电路300根据外部第一脉冲和外部第二脉冲向第二微分电路500发送神经元仿生脉冲；第一微分电路400对外部第一脉冲微分并向计数器600发送第一脉冲；第二微分电路500对神经元仿生脉冲微分并向计数器600发送第二脉冲；计数器600根据第二脉冲对第一脉冲计数得到目标时差计数序列；最后控制模块700根据目标时差计数序列确定目标时差，模仿了动物神经系统对双耳信号时间差的探测机理，实现对信号的微小时间差的快速测量，提高仿生超声波定位电路的定位精度，且本实施例的系统成本低、功耗低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种神经元仿生电路，其特征在于，包括：快脉冲支路、慢脉冲支路、第一平衡电阻、第二平衡电阻和整合输出支路；
所述慢脉冲支路的第一端与所述神经元仿生电路的第一输入端连接，所述慢脉冲支路的第二端与所述第一平衡电阻的第一端连接；
所述快脉冲支路的第一端与所述神经元仿生电路的第二输入端连接，所述快脉冲支路的第二端与所述第二平衡电阻的第一端连接；
所述第一平衡电阻的第二端和所述第二平衡电阻的第二端均与所述整合输出支路的第一端连接；
所述整合输出支路的第二端与所述神经元仿生电路的输出端连接。
2.如权利要求1所述的神经元仿生电路，其特征在于，所述慢脉冲支路包括：第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第一三极管和第一平衡电源；
所述第一电容的第一端与所述慢脉冲支路的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端连接；所述第二电容的第二端分别与所述第一二极管的阳极和所述第一电阻的第一端连接；
第一二极管的阴极与所述第一三极管的基极和所述第二电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端接地；
所述第一三极管的集电极通过所述第三电阻与所述第一平衡电源的正极连接，所述第一三极管的集电极还与所述慢脉冲支路的第二端连接，所述第一三极管的发射极通过所述第四电阻接地。
3.如权利要求1所述的神经元仿生电路，其特征在于，所述快脉冲支路包括：第三电容、第四电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二二极管、第二三极管和第二平衡电源；
所述第三电容的第一端与所述快脉冲支路的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第四电容的第一端连接；所述第四电容的第二端分别与所述第二二极管的阳极和所述第五电阻的第一端连接；
第二二极管的阴极与所述第二三极管的基极和所述第六电阻的第一端连接；所述第五电阻的第二端和所述第六电阻的第二端接地；
所述第二三极管的集电极通过所述第七电阻与所述第二平衡电源的正极连接，所述第二三极管的发射极与所述快脉冲支路的第二端连接，所述第二三极管的发射极还通过所述第八电阻接地。
4.如权利要求1所述的神经元仿生电路，其特征在于，所述整合输出支路包括：第五电容、第六电容和第九电阻；
所述第五电容的第一端与所述整合输出支路的第一端连接，所述第五电容的第二端分别与所述整合输出支路的第二端、所述第六电容的第一端和所述第九电阻的第一端连接；
所述第六电容的第二端和所述第九电阻的第二端接地。
5.一种信号时差检测系统，其特征在于，包括：第一信号接收模块、第二信号接收模块、第一微分电路、第二微分电路、计数器、控制模块和如权利要求1至4任一项所述的神经元仿生电路；
所述第一信号接收模块，与所述神经元仿生电路的第一输入端和所述第一微分电路连接，用于接收外部第一脉冲；
所述第二信号接收模块，与所述神经元仿生电路的第二输入端连接，用于接收外部第二脉冲；所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲为同周期信号，且两个脉冲之间存在时差；
所述神经元仿生电路，输出端与所述第二微分电路连接，用于根据所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲向所述第二微分电路发送神经元仿生脉冲；
所述第一微分电路，与所述计数器的时钟端连接，用于对所述外部第一脉冲进行微分，并向所述计数器发送第一脉冲；
所述第二微分电路，与所述计数器的复位端连接，用于对所述神经元仿生脉冲进行微分，并向所述计数器发送第二脉冲；
所述计数器，与所述控制模块连接，用于根据所述第二脉冲对所述第一脉冲计数，得到目标时差计数序列；
所述控制模块根据所述目标时差计数序列确定所述外部第一脉冲和所述外部第二脉冲之间的目标时差。
6.如权利要求5所述的信号时差检测系统，其特征在于，所述第一信号接收模块包括：用于接收所述外部第一脉冲的第一接收机、第一放大/衰减单元和第一整形单元；
所述第一放大/衰减单元，用于对第一接收机接收到的所述外部第一脉冲进行放大/衰减处理；
所述第一整形单元，用于将放大/衰减处理后的所述外部第一脉冲进行整形处理并发送给所述神经元仿生电路和所述第一微分电路。
7.如权利要求5所述的信号时差检测系统，其特征在于，所述第二信号接收模块包括：用于接收所述外部第二脉冲的第二接收机、第二放大/衰减单元和第二整形单元；
所述第二放大/衰减单元，用于对第二接收机接收到的所述外部第二脉冲进行放大/衰减处理；
所述第二整形单元，用于将放大/衰减处理后的所述外部第二脉冲进行整形处理并发送给所述神经元仿生电路。
8.如权利要求5或6所述的信号时差检测系统，其特征在于，所述控制模块具体用于：
存储所述目标时差计数序列和多个标定时差计数序列；
利用二分法将所述目标时差计数序列与所述多个标定时差计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标时差。
9.如权利要求5或6所述的信号时差检测系统，其特征在于，所述信号时差检测系统还包括：用于对所述神经元仿生脉冲进行放大的放大电路；
所述神经元仿生电路通过所述放大电路与所述第二微分电路连接。
10.如权利要求5或6所述的信号时差检测系统，其特征在于，所述信号时差检测系统还包括：用于显示所述目标时差的显示模块；
所述显示模块与所述控制模块连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811631733.XA CN109709511B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 神经元仿生电路和信号时差检测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811631733.XA CN109709511B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 神经元仿生电路和信号时差检测系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109709511A true CN109709511A (zh) | 2019-05-03 |
| CN109709511B CN109709511B (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=66258202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811631733.XA Active CN109709511B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 神经元仿生电路和信号时差检测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109709511B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110794673A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-02-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种应用于神经元的全数字仿生电路及系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01197684A (ja) * | 1988-02-02 | 1989-08-09 | Fujitsu Ten Ltd | 測距装置 |
| US5828717A (en) * | 1995-03-28 | 1998-10-27 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Time counting circuit and counter circuit |
| US20130329524A1 (en) * | 2012-06-08 | 2013-12-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Neuromorphic signal processing device and method for locating sound source using a plurality of neuron circuits |
| CN105607041A (zh) * | 2015-09-22 | 2016-05-25 | 吉林大学 | 基于仿生沙蝎定位功能的脉冲定位模型 |
| CN209911535U (zh) * | 2018-12-29 | 2020-01-07 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 神经元仿生电路和信号时差检测系统 |
-
2018
- 2018-12-29 CN CN201811631733.XA patent/CN109709511B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01197684A (ja) * | 1988-02-02 | 1989-08-09 | Fujitsu Ten Ltd | 測距装置 |
| US5828717A (en) * | 1995-03-28 | 1998-10-27 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Time counting circuit and counter circuit |
| US20130329524A1 (en) * | 2012-06-08 | 2013-12-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Neuromorphic signal processing device and method for locating sound source using a plurality of neuron circuits |
| CN105607041A (zh) * | 2015-09-22 | 2016-05-25 | 吉林大学 | 基于仿生沙蝎定位功能的脉冲定位模型 |
| CN209911535U (zh) * | 2018-12-29 | 2020-01-07 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 神经元仿生电路和信号时差检测系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘锦峰等: ""低频音声源定位的内部延迟机制研究进展"", 《生理科学进展》, vol. 40, no. 3, pages 297 - 300 * |
| 张宏: ""生物声呐声源定向功能的神经信息处理机理研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》, pages 97 - 98 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110794673A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-02-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种应用于神经元的全数字仿生电路及系统 |
| CN110794673B (zh) * | 2019-10-15 | 2021-06-22 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种应用于神经元的全数字仿生电路及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109709511B (zh) | 2024-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104502684B (zh) | 一种全数字化峰值到达时刻鉴别方法 | |
| CN205037931U (zh) | 一种高精度超声波气体流量计 | |
| CN107290564A (zh) | 一种基于相位差的超声波流速测量方法 | |
| WO2022170933A1 (zh) | 激光测距误差校正方法、装置、电子设备和存储介质 | |
| CN102967848B (zh) | 一种基于距离关系库及接收信号强度的定位方法 | |
| CN106570227B (zh) | 一种超高密度电法的电极排列优化方法及装置 | |
| CN109709511A (zh) | 神经元仿生电路和信号时差检测系统 | |
| CN108717176A (zh) | 基于人工蜂群算法的多站时差定位方法 | |
| CN112213554A (zh) | 一种基于电流频率变换法的微弱电流测量电路及方法 | |
| CN102841343A (zh) | 一种基于工控机的回声测深仪校准系统及其校准方法 | |
| CN209590145U (zh) | 神经元仿生电路和电容检测系统 | |
| CN207336748U (zh) | 一种超声波测距系统 | |
| CN204594436U (zh) | 一种超声波厚度测量的装置 | |
| CN109612541A (zh) | 一种气体超声波流量计的防错波信号处理电路 | |
| CN209911535U (zh) | 神经元仿生电路和信号时差检测系统 | |
| CN209218100U (zh) | 神经形态电路和信号频移检测系统 | |
| CN109714119B (zh) | 神经形态电路和信号频移检测系统 | |
| CN203894320U (zh) | 一种电压测量装置 | |
| CN109683024A (zh) | 神经元仿生电路和电容检测系统 | |
| CN207408604U (zh) | 一种基于统计叠加法的磁力仪 | |
| CN106124069B (zh) | 一种多光子计数系统、方法及装置 | |
| CN211697964U (zh) | 一种峰值检测电路 | |
| CN212779189U (zh) | 一种基于ms1003的激光测距望远镜及其测距电路 | |
| CN205066880U (zh) | 一种精密超声波物位仪 | |
| Zheng et al. | A new characteristic peaks group judgement method for the accurate measurement of time‐of‐flight in the ultrasonic gas flowmeter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |