BP神经网络在温度二次仪表零位电压补偿的应用.pdf

杋电エ捏枚木2013年第42卷第04期
研究与开发
DOI:10.3969/j.isSn.1009-9492.2013.04.025
BP神经网络在温度二次仪表零位电压补偿的应用
石良喜
广州计量检测技术研究院,广东广州510030)
摘要:针对二次仪表存在零位测量电压的温度漂移,运用人工神经网络,采用BP算法,对温度二次仪表的零位电压温度特性
进行非线性补偿;利用 MATLAB工具进行仿真,达到较好的效果,提高了二次仪表的测量精确性,减少了二次仪表测量系统的
测量误差。
关键词:BP神经网络;二次仪表;计量
中图分类号:TP183
文献标识码:A文章编号:1009-9492(2013)04-0095-03
Application of Zero Voltage Compensation in Temperature Secondary
Instruments Based on BP Neural Network
SHI Liang-xi
(Guangzhou Institute of Measuring and Testing Technology, Guangzhou 510030, China)
Abstract: According wo the temperature drift of the zero voltage measurement of the secondary instruments, by using artificial neural
network and BP algorithm, compensates the nonlinear of the zero voltage temperature characteristics of temperature of the secondary
instruments Using MAA simulation ool, achieves god effect, improves the measurement accuracy of the secondary instruments
and reduces the error of the measurement system
Key words: BP neural network; secondary instruments; metrology
0引言
1二次仪表的零位电压温度特性测量
温度二次仪表在各行业中使用相当广泛,随
针对二次仪表的使用环境,二次仪表内部环
着使用环境的改变,其内部环境的温度也会改境温度的测量,测试温度为-40℃~80℃,在输
变,导致温度二次仪表内部传感器原件及集成电入为零的条件下,利用单片机模块来采样二次仪
路板零位电压产生漂移,从而产生温度二次仪表表的零位电压值。零位电压温度特性的测量系统
的测量误差,因此有必要进行温度补偿,减少测如图1,ADC及DAC分别采用AD转换器和DMA
量误差。本文选用数字传感器DS18B20对二次仪转换器,可以采用独立的A/D及DA芯片叫,本文
表所处的环境温度进行测量,运用人工神经网络中分别指单片机中的AD和DMA模块。
与BP算法相结合,得出非线
性温度补偿数据列表。利用「二次仪表
信号调理
ADC
89C51
ADC
MATLAB工具,对二次仪表的
输入
位输入
零位测量电压的温度漂移进行
温度倌号
补偿,通过模拟仿真,对比分
DS18B20
析补偿前后的测量结果,使用
图1二次仪表零位电压温度特性测量系统框图
该方法,提高了温度二次仪表
的测測量精度,减少了系统的测量误差,对二次仪
硬件电路的设计,具体如图2所示。这里主
表的计量性能起着重要作用。
要选用数字温度传感器DS18B20与单片机89051
收稿日期:2013-02-25
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研究与开发
电工技な2013年第42卷第04期
作为主元件,数字温度传感器DS18B20工作方式
入x
r(x t
为外部电源供电方式,与单片机89C5的P1.7管脚
温度二次仪表
相连;整个的硬件电路较简单,只需要外接入
输出U
个4.7kQ的电阻,即可实现二次仪表零位电压温
度特性的测量。
p(t)
T()
DS18B20
BP神经网络
4,7k
?4零位电压温度漂移补偿框图
P
P1.4
P⊥,3
2
利用采样数据设计人工神经网络结构,编写
DS18B20
P3.7
程序,训练人工神经网络,对二次仪表的温度特
P3.5
性进行拟合,得到温度范围内任意温度下二次仪
XTALI
XTAL2
表零位电压的温度特性拟合数据。训练后的人工
4.7kL
神经网络特性为Tf(な),t为任意值。由于人工
神经网络具有非线性拟合能力和泛化能力,把任
意温度下传感器零位下电压的输出作为人工神经
网络的训练目标值,经过训练以后,得到
图2零位电压温度特性测量电路连接图
T=f()=Y(0,t),t为任意值,即-Y=U
=0,从而传感器的零位电压得到补偿。
通过测试,得出零位电压温度特性曲线如图3补偿模块设计及仿真
3所示。
根据图4所示的补偿系统框图搭建二次仪表
零位值的温漂补偿模块,如图5所示。图5中,
30
Input:3为补偿前的传感器输出; display1为补偿后
的二次仪表的输出值; display2为补偿值;di
play3为人工神经网络模块的输出。其中 Input2为
40-30~20-1001020304050.07088
20℃时的电平值,由二次仪表感温部分产生的电
C
压作为基准电压。
图3零位电压温度特性曲线图
Pft, Try
由图3可知,该二次仪表的零位电压温度特
)p? Displayl
温度
BP网络
(t)
性呈非线性,特性曲线规律性不明显。通常采用
的方法有硬件法和软件法,但硬件法存在调试困
Input2
Display 2
难叫,补偿的效果不明显的缺点,一般采用软件法
基准电压
尤其是人工智能法可以弥足这些不足。
2零位电压温度漂移补偿方案
Display3
针对二次仪表的零位电压温度特性呈非线
7(t)
性,为了有利于输入信号的数字处理,这里运用人
图5零位电压温度补偿模块框图
工神经网络,采用BP算法,利用BP神经网络的非
本文中神经网络模块为单输入单输出系统
线性拟合和泛化能力,可以有效地对二次仪表的零则输入层和输出层都只具有一个神经元节点。神
位电压进行非线性补偿。具体方案如图4所示。
经网络模块选用常见的双层结构,隐层节点数根
次仪表在零输入的条件下,即所检测到的据经验公式n=n+n0+a=1+1+9-10;其中的n为隐
信号为零,X=0。利用DS182B20及信号调理电层神经元节点数;n为输入层神经元节点数;no为
路,采用在不同温度条件下传感器的温度特性,输出层神经元节点数;a为1,1?]间的任意常数。
得到