基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)的智能壓力傳感器研究

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)新的研究方向，而信息融合技術(shù)又為開(kāi)發(fā)多功能傳感器系統(tǒng)開(kāi)辟了途徑。在此采用ADuC812單片機(jī)設(shè)計(jì)硬件電路，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理，利用多維回歸分析法消除多參數(shù)狀態(tài)下復(fù)合靈敏度的影響，提高傳感器的精度，并通過(guò)MAX232收發(fā)器實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與傳感器測(cè)量系統(tǒng)之間的通信，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和打印等功能，使測(cè)量系統(tǒng)更加完善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有體積小，攜帶方便，精度高和功能強(qiáng)的特點(diǎn)，適合航空、宇航、海洋和化學(xué)等場(chǎng)所的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：智能壓力傳感器；信息融合技術(shù)；多維回歸分析法；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

0 引言
隨著高性能計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)傳感器已不再與其測(cè)控系統(tǒng)相適應(yīng)。控制系統(tǒng)要求傳感器具備較強(qiáng)的信息處理和自我管理能力，以實(shí)現(xiàn)信息的采集與信息的預(yù)處理，減輕控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)和提高整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的可靠性。然而計(jì)算機(jī)則著重于信息的高層次加工和處理，便于在現(xiàn)有硬件條件下大幅度提高系統(tǒng)的性能，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。智能傳感器系統(tǒng)就是為了更好地適應(yīng)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展而提出的一個(gè)新的研究方向。
一個(gè)壓力傳感器，當(dāng)壓力參量恒定而溫度變化時(shí)，其輸出值也發(fā)生改變，即這個(gè)壓力傳感器存在溫度參量的復(fù)合靈敏度。當(dāng)傳感器存在復(fù)合靈敏度時(shí)，就會(huì)致使其性能不穩(wěn)定，測(cè)量精度低。多傳感器信息融合技術(shù)就是通過(guò)對(duì)多個(gè)參數(shù)的監(jiān)測(cè)并采用一定的信息處理方法來(lái)提高每一個(gè)參量的測(cè)量精度。在只要求測(cè)量一個(gè)目標(biāo)參量的場(chǎng)合，為提高被測(cè)目標(biāo)參量的測(cè)量精度，把其他參量當(dāng)作干擾量，消除其影響，使每個(gè)參量測(cè)量精度都獲得提高，所以傳感器信息融合技術(shù)為開(kāi)發(fā)多功能傳感器系統(tǒng)開(kāi)辟了途徑。本文主要討論智能壓力傳感器技術(shù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究。

1 智能壓力傳感器的硬件設(shè)計(jì)
圖1為智能壓力傳感器的硬件框圖。在本設(shè)計(jì)中，硬件系統(tǒng)的組成分為2部分：

(1)傳感器輸出信號(hào)的預(yù)處理部分。主要由信號(hào)調(diào)理電路組成，包括對(duì)靜壓和溫度傳感器的恒壓源電路的設(shè)計(jì)，以及對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波放大。
(2)信號(hào)分析處理部分，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并完成對(duì)信號(hào)的分析處理。
在信號(hào)處理部分，本文著重采用ADuC812單片機(jī)設(shè)計(jì)硬件電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，其功能方框圖如圖2所示。由圖2可知ADuC812單片機(jī)與其他單片機(jī)不同的特點(diǎn)：芯片內(nèi)不僅集成了可重新編程非易失性閃速／電擦除程序存儲(chǔ)器的高性能8位(與8051兼容)MCU，還包含了高性能的自校準(zhǔn)8通道ADC及2通道12位DAC；與所有8051兼容的器件一樣，對(duì)于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，ADuC812具有各自獨(dú)立的地址空間，如64 KB外部程序地址空間和16 MB外部數(shù)據(jù)地址空間，但與其他器件不同的是，它包含了片內(nèi)閃速存儲(chǔ)器技術(shù)，可以向用戶提供8 KB的閃速／電擦除程序存儲(chǔ)器、640 KB的閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；芯片集成了全部輔助功能塊，可以充分支持可編程的數(shù)據(jù)采集核心。這些輔助功能塊包括看門狗定時(shí)器(WDT)、電源監(jiān)視器(PSM)以及ADCDMA功能。另外，為多處理器接口和I／O擴(kuò)展提供了32條可編程的I／O線、IZC兼容的SPI和標(biāo)準(zhǔn)UART串行端口。

在本文中，將ADuC812單片機(jī)P1口的P1．0，P1．1和P1．2作為三路信號(hào)輸入通道。其中一路輸入溫度信號(hào)，一路輸入靜壓信號(hào)，一路接地，這一路可配合相應(yīng)的軟件來(lái)降低溫漂和系統(tǒng)誤差；P1．7口接發(fā)光二極管，用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)是否正常工作：P2口的P2．0和P2．1作為液晶顯示的輸入脈沖和數(shù)據(jù)端；P3口的P3．0(RXD)和P3．1(TXD)外接一片MAX232，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)的通信。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘產(chǎn)生方式．晶體頻率為11．059 2 MHz，采用內(nèi)部基準(zhǔn)，在7引腳(CRER)與AGND之間連接0．1μF的電容。電源復(fù)位電路采用MAX708芯片進(jìn)行復(fù)位。硬件設(shè)計(jì)中最大的亮點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)潔，ADuC812單片機(jī)不用外接A／D和D／A轉(zhuǎn)換器，不占用大量的空間，并且具有可重新編程非易失性閃速／電擦除程序存儲(chǔ)器，調(diào)試簡(jiǎn)單。

2 多傳感器數(shù)據(jù)融合算法的選擇
目前應(yīng)用在智能壓力傳感器的融合算法主要有2種，分別為多維回歸分析法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。