來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用  作者：中南大學(xué)鐵道校區(qū)土木建筑學(xué)院 趙望達(dá) 劉勇求 賀 毅

    摘要：介紹一種利用徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和智能溫度傳感器DSl8B20改善傳感器精度的新方法。RBF網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力、自學(xué)習(xí)和泛化能力，通過(guò)大量的樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練構(gòu)建了雙輸入早輸出網(wǎng)絡(luò)模型，采用改進(jìn)的算法實(shí)現(xiàn)了傳感器高精度溫度補(bǔ)償。

    關(guān)鍵詞：傳感器精度 溫度補(bǔ)償 徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 溫度傳感器DSl8B20

    一般工業(yè)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度變化急劇，傳感器大多數(shù)都對(duì)溫度有一定的敏感度，這樣就會(huì)使傳感器的零點(diǎn)和靈敏度發(fā)生變化，從而造成輸出值隨環(huán)境溫度的變化而變化，導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)附加誤差，因此溫度補(bǔ)償問(wèn)題一直是工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。本文采用DSl8B20智能溫度傳感器和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的溫度補(bǔ)償新方法來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器高精度溫度補(bǔ)償。本文介紹的方法將DSl8B20測(cè)量值作為溫度補(bǔ)償輸入，將傳感器本身的測(cè)量值作為另一輸入，用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成雙輸入單輸出的補(bǔ)償模型，輸出即為補(bǔ)償后的測(cè)量值。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要用于傳感器的數(shù)據(jù)處理，以改善傳感器測(cè)量精度。

　　1 DSl8B20數(shù)字溫度傳感器測(cè)溫原理

    1．1 DSl8B20的特性

    DSl8B20是美國(guó)DALLAS公司繼DSl820之后推出的增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器，它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DSl820有了很大的改進(jìn)，這給用戶帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿意的效果。其特點(diǎn)如下：

    (1)單線接口：僅需一根口線與單片機(jī)連接；

    (2)由總線提供電源，也可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3．0～5．5V；

    (3)測(cè)溫范圍為：-55～+125℃，在-10～+85℃時(shí)，精度為0．5℃；

    (4)可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的分辨率為0．5～0．0625℃；

    (5)用戶可編程的溫度報(bào)警設(shè)置；

    (6)12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

    1．2 DSl820引腳功能說(shuō)明

    DSl820的PR-35封裝形式見(jiàn)圖1，其外表看起來(lái)像三極管。另外還有8腳SOIC封裝形式，只用3、4和5腳，其余為空腳或不需連接引腳。不過(guò)最常見(jiàn)的形式是PR-35封裝，其引腳說(shuō)明如表1所示。

    在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量溫度往往在0℃以上，此時(shí)可只取16位二進(jìn)制溫度輸出的低8位，即1個(gè)字節(jié)，這樣將使計(jì)算和編程工作更為便利。

    1．4 DSl8B20的測(cè)溫原理

    DSl8B20的測(cè)溫原理為：內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過(guò)門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55℃時(shí)的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá)0之前門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當(dāng)前溫度高于-55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)直到回零。如果門電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以上過(guò)程。溫度轉(zhuǎn)換所需時(shí)間不超過(guò)750ms，得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同[2]。DSl8B20同AT89C52單片機(jī)的接口電路如圖2所示。這種接口方式只需占用單片機(jī)一根口線，與智能儀器或智能測(cè)控系統(tǒng)中的其它單片機(jī)或DSP的接口也可采用類似的方式。

    2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及學(xué)習(xí)算法

    RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即徑向基函數(shù)(Radial Basis Function)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[3～4]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它很容易擴(kuò)展到多輸出節(jié)點(diǎn)的情形，在此只考慮一個(gè)輸出變量Y的情況。

    RBFNN包括一個(gè)輸入層、一個(gè)隱含層和一個(gè)輸出層的最簡(jiǎn)模式。隱含層由一組徑向基函數(shù)構(gòu)成，與每個(gè)隱含層節(jié)點(diǎn)相關(guān)的參數(shù)向量為Ci(即中心)和σi(即寬度)。徑向基函數(shù)有多種形式，一般取高斯函數(shù)[5]。具體如下：

    上式中，m是隱含層結(jié)點(diǎn)數(shù)；‖·‖是歐幾里德范數(shù)；X，Ci∈R n，ωi是第i個(gè)基函數(shù)與輸出結(jié)點(diǎn)的連接權(quán)值（i=1,2…，m）。

    RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種性能良好的前向網(wǎng)絡(luò)，它具有最佳逼近性能，在結(jié)構(gòu)上具有輸出一權(quán)值線性關(guān)系、訓(xùn)練方法快速易行、不存在局部最優(yōu)問(wèn)題的特點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)