傳感技術論文精選(九篇)

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第1篇：傳感技術論文范文

本文以常用的車載物流過程為研究對象，在貨柜中部署傳感器節點，來實時監測貨物運輸過程的相關環境參數，WSN中的匯聚節點通過藍牙傳輸協議將數據傳給作為網關的智能手機，智能手機通過GPS衛星定位將位置信息加入到參數數據中，再通過移動通信網絡將數據傳輸到后臺系統中。本論文研究主體為車載部分，其架構如圖2所示。

1.1傳感器節點的設計本系統中，傳感器節點的主要任務是實時監測相關環境參數，并對其他節點轉發來的數據進行存儲和轉發，使數據通過WSN傳輸到匯聚節點處，其處理能力、存儲能力和通信能力要求不高，因此采用簡單節約的設計方案。如圖3所示，傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、射頻模塊、電源模塊和電路等部分組成。傳感器模塊負責對所需參數進行采集和模數轉換。處理器模塊負責控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理傳感器模塊采集的以及射頻模塊發送過來的數據。射頻模塊負責與其他節點之間的通信，對數據進行發送或接收。電源模塊負責為整個節點提供運行所需的能量，是決定節點壽命的關鍵因素之一。電路則包括聲光電路、復位電路及接口電路等。（1）處理器模塊。處理器模塊是傳感器節點的核心部分，本設計方案中，處理器選用德州儀器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，該處理器采用1.8V-3.6V的低電壓供電，可以在低電壓下以超低功耗狀態工作，非常適合應用在對功耗控制要求甚高的無線傳感器網絡。該處理器同時擁有較強的處理能力和較豐富的片內資源，擁有16kB閃存、512BRAM、2個16位的定時器、1個通用同步異步接口（USART）、12位的模數轉換器（ADC）和6個8位并行接口。（2）射頻模塊。在無線傳感器網絡實際應用中，傳感器節點既需要發射又需要接收數據，因此本設計方案中的射頻模塊采用收發一體的無線收發機。射頻模塊采用Chipcon公司推出的無線收發芯片CC2420，它的工作電壓位于2.1~3.6V之間，收發電流不超過20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要較少的電路就可工作，天線設計采用PCB天線，進一步減小模塊體積。CC2420工作在2.4GHz頻段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee協議；采用O-QPSK調制方式，抗鄰道干擾能力強；128B接收和128B發射用的數據緩存空間，數據傳輸速率高達250kb-ps。（3）傳感器模塊。傳感器節點的數據采集部分根據實際需要選擇相應的傳感器，如溫度、濕度、振動、光敏、壓力等傳感器。本文的研究重點不在傳感器上，因此僅以溫濕度傳感器作為例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15溫濕度傳感器，該傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一起，輸出完全標定的數字信號[3]。其工作溫度范圍在-40℃-123.8℃之間，其在-20℃-70℃范圍內，溫度測量精度在±1℃以內；濕度范圍在0%-100%之間，在10%-90%范圍內，濕度測量精度在±2%以內。

1.2匯聚節點的設計在本系統中，匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，進行存儲和處理后傳輸到網關節點處，同時，接收來自網關節點的信息，向傳感器節點監測任務。匯聚節點是連接WSN和外部網絡的接口，實現兩種協議間的轉換，使用戶能夠訪問、獲取和配置WSN的資源，對其處理能力、存儲能力和通信能力要求較高。而為了與傳感器節點匹配，匯聚節點的硬件結構與傳感器節點基本相似，如圖4所示，匯聚節點沒有傳感器模塊，增加了存儲器模塊和藍牙通信模塊。（1）處理器模塊。同樣的，處理器模塊也是匯聚節點的核心部分，主要負責控制整個匯聚節點的操作，存儲和處理來自射頻模塊或者藍牙通信模塊的數據，再將處理結果交給射頻模塊或者藍牙通信模塊發送出去。本設計方案中，處理器選用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，該處理器和MSP430F135一樣，可以在1.8V~3.6V的低電壓下以超低功耗狀態工作，但其擁有更強的處理能力和更豐富的片內資源，48kB閃存和10KBRAM、2個16位定時器、1個快速12位ADC、雙12位DAC、2個USART接口和6個8位并行I/O接口。（2）存儲器模塊。考慮到物流運輸過程中環境多變，容易帶來一些不確定因素，這些不確定因素可能引起處理器自帶的存儲器中的數據丟失，因此匯聚節點需要存儲一些重要的數據。本設計方案中，匯聚節點的外部存儲器芯片選用由Mi-crochip公司生產的24AA64，工作電壓低至1.8V，它采用低功耗CMOS技術，工作時電流僅為1mA，而且可以在惡劣的環境下穩定工作。由于匯聚節點對存儲容量要求不高，而且24AA64芯片的存儲容量為64KB，擦寫次數可達到百萬次，因此一塊芯片即可滿足本系統的存儲要求。（3）藍牙通信模塊。本系統采用智能手機作為后臺系統和WSN之間的網關，來實現遠距離的數據傳輸。為了使匯聚節點與智能手機能夠進行通信，采用藍牙通信協議。而在匯聚節點使用藍牙通信方式需要增加一個藍牙通信模塊。本設計方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模塊，其工作電壓為3.3V-6V，工作電流最大為25mA，功耗較低；其最大傳輸距離為100m，通信速率最高可達115200bps；其天線為PCB天線，所需器件很少，故模塊的體積很小，可以通過串行接口直接與處理器模塊相連。

1.3網關節點的設計本系統要求在后臺系統和WSN部署點間進行雙向通信，為了實現遠距離的數據傳輸功能，有兩種方案，一是匯聚節點增加移動通信模塊，如GPRS模塊[4]；二是采用智能手機作為后臺系統和匯聚節點之間的網關。方案一對匯聚節點的要求進一步提高，不僅處理過程更加復雜，其能量消耗也大大提高；另一方面要實現物流過程的跟蹤，還需有定位功能，一般采用GPS模塊[5]，這樣成本也將大大提高。相比之下，方案二優勢明顯，采用智能手機可以進行各種復雜的數據處理，進行大量數據的存儲，使用移動通信網絡與后臺系統進行通信，使用內置的GPS定位功能，后臺用戶可以在緊急事件發生時直接聯系貨車司機等。因此，本系統采用智能手機作為網關節點。本設計方案中，采用中國移動M811手機作為測試對象，其支持4G/3G/GPRS等移動網絡，可以方便地使用移動網絡與后臺系統進行通信；其具有GPS定位功能，可以實現貨車定位；具有藍牙通信功能，可與匯聚節點間采用藍牙通信；使用An-droid4.0操作系統，擁有豐富的開源資源，方便軟件的設計。

2系統軟件部分設計

本系統使用WSN中的傳感器節點檢測物流過程中相關環境參數并發送到匯聚節點處，由其將數據通過藍牙連接傳輸到智能手機，智能手機通過移動通信網絡將加入GPS信息的數據傳輸到后臺服務器。系統各部分的工作任務不一，硬件條件也有很大差別，因此系統的軟件設計也十分關鍵。

2.1傳感器節點程序設計傳感器節點主要承擔數據采集和發送的工作，由于其能量及處理資源有限，因此需要采取節能和減少數據處理的設計方案。本設計方案中，傳感器節點采取按需求喚醒的工作方式，檢測等待時間（等待時間可由后臺設置）未到或者沒有收到匯聚節點命令時節點處于休眠狀態；當等待時間一到或者收到命令時，立刻開始工作，進行采集數據并發送，或者根據命令完成相應操作，完成后又進入休眠狀態，等待下一次激活，其程序流程如圖5所示。

2.2匯聚節點程序設計匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，處理后通過藍牙傳輸到網關節點處，同時接收來自網關的命令，完成相應的操作。相比于傳感器節點，匯聚節點的工作更加復雜，而且其能量和處理資源也不多，因此采取與傳感器節點相似的節能設計方案，將復雜的數據處理工作交予網關節點，其程序流程如圖6所示。

2.3智能手機APP設計智能手機作為本系統的網關節點，承擔協議轉換、數據傳輸、數據處理等復雜工作，因此開發相應的應用程序（Applica-tionProgram，簡稱APP）來實現上述功能，其流程圖如圖7所示。該APP實現對智能手機內部藍牙模塊的調用，通過藍牙連接與匯聚節點通信；利用智能手機的GPS模塊獲取位置信息，加入到接收到的傳感器數據中，再通過移動通信網絡傳輸到后臺系統；接收后臺系統的命令，完成相應的操作；同時通過智能手機對應的界面提供數據顯示、告警提醒以及日志功能。

3結語

第2篇：傳感技術論文范文

Proceedings of the 12th

Italian Conference Sensors

and Microsystems

2008, 563pp.

Hardcover

ISBN 9789812833587

G Di Francia等著

本書為第12屆意大利傳感器與微系統會議論文集。這次會議由意大利傳感器與微系統協會于2007年2月12-14日在Napoli城鎮舉行。本書收錄了本次會議上的近80篇論文,為傳感器與微系統及其相關技術領域的發展提供了一個獨特的視角。

傳感器與微系統是一門多學科交叉的綜合性學科,它涉及材料科學、化學、應用物理、電子工程、生物技術等許多領域。本書將收錄的79篇論文依據其所屬的不同領域共分為9個部分:1.生物傳感器,包含用于血糖生物傳感器的敏感元件的制備與特性等10篇文章;2.生理參數監測,包含了對一種用于糖尿病人呼吸標志物檢測的氧化銦傳感器的研究等4篇文章;3.氣體傳感器,包含用多孔硅推動硅技術的極限:一種CMOS氣體敏感芯片、用基于碳納米管的納米復合層涂覆的薄膜體聲波諧振器制成的蒸汽傳感器、飲水機中水和酒精蒸發速率的檢測等15篇文章;4.液相傳感器,包括用于水和空氣環境化學檢測的基于二氧化錫顆粒層的光纖傳感器等4篇文章;5.化學傳感器陣列和網絡,包含了一個用于易揮發性有機化合物分析的多通道的石英晶體微天平、一種用于酒質量分析的新型便攜式微系統的發展等9篇文章;6.微制造與微系統,包括通過實驗研究濕多孔硅的拉曼散射現象、多孔硅上高流速滲透膜在氫過濾裝置中的應用等13篇文章;7.光學傳感器與微系統,包括金屬包層的漏波導化學和生化傳感應用、結構光纖布拉格柵傳感器:前景與挑戰等14篇文章;8.物理傳感器,包括通過多像素的光子計數快速閃爍讀出等6篇文章;9.系統和電子接口,包括能夠估計并聯電容值的非校準的高動態范圍電阻傳感器前端等4篇文章。

本書介紹了傳感器與微系統在意大利的發展狀況與趨勢,對于從事傳感器與微系統方面的研究人員及工程師們,它是一本十分有價值的參考讀物。

孫方敏,

博士生

(中國科學院電子學研究所)

第3篇：傳感技術論文范文

關鍵詞：LEACH路由算法；相對位置分布；簇頭分布；距離因子；權重系數

中圖分類號：TP393.03文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)26-6222-06

Improvement and Simulation of LEACH Routing Algorithm Based on Distance Conception

JIANG Yue-tao1, PENG Rui2

(1.College of Electronic and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 201804,China; 2. Telecommunications Col? lege CAD Center, Tongji University, Shanghai 201804,China)

Abstract：The LEACH-DB routing algorithm aims at solving the problem of huge energy consumption between the far away cluster nodes and the base station, this problem is caused by the cluster nodes election strategy of LEACH routing protocol. LEACH-DB analyses different location distributions and energy consumption situations between nodes in WSN and the base sta? tion, introduces the distance factorφand its weight coefficientα. This improvement changes the comparative location distribu? tion of cluster nodes and lowers the communication consumption, then prolongs the network lifetime. By the simulation re? searches of Matlab, the LEACH-DB can prolong the lifetime of WSN efficiently.

Key words: LEACH routing algorithm; comparative location distribution; cluster distribution; distance factor; weight coefficient

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，簡稱WSN)作為計算機網絡技術、無線通信技術、傳感器技術、自動化控制技術等領域發展而結合產生的產物，是當今國際上的一個研究熱點。WSN中的節點具有低成本、計算能力弱、能量有限等特點，因此如何均衡其各個節點的能量消耗對于延長網絡生存時間就顯得格外重要。

WSN的能耗主要分為通信能耗、感知能耗和計算能耗，其中通信能耗所占比重最大[1],所以均衡通信能耗將能夠有效的延長整個網絡的生存時間。

LEACH[2]路由協議作為一種能量有效、基于層次結構的路由協議[3]，最早提出了分簇的思想。這種思想下，將WSN中節點分為兩種類型：簇頭節點(Cluster Header，簡稱CH)與簇成員節點(Cluster Member，簡稱CM)。LEACH協議在實際使用中優點十分明顯，每一輪的數據通信都在少數簇頭與基站之間進行，而避免了其他大多數節點直接與基站通信的情況，大大降低了這方面的通信開銷；每輪以一定概率隨機選取簇頭也使得整個網絡的能量消耗得到了較好的均衡，延長了網絡的生存時間。

但同時，LEACH協議也暴露出了一些內在的弱點，協議本身所采取的隨機選取簇頭的策略并沒有考慮到各個節點剩余能量和地理位置的具體情況。剩余能量較少或距離基站較遠的簇頭節點在與基站的通信過程中，消耗大量能量，最終過早死亡。而節點過早死亡的問題會隨著網絡運行時間的推移顯得愈發嚴重，最終導致網絡剩余生存節點也很快死亡，網絡最終消亡。

論文從無線傳感器網絡與基站(Base Station,簡稱BS)之間相對位置的角度出發，分析了LEACH協議路由算法中存在的不足之處。在基于一階無線電模型(First Order Radio Model)[1]的基礎上，分析了整個WSN與BS的三種不同距離情形下的能量消耗情況，提出了一種基于距離的LEACH協議改進算法LEACH-DB (Distance Based)。通過引入距離因子及其權重系數來改變簇頭的位置分布，使其與基站之間的通信能耗能夠得到有效的均衡，從而到達延長WSN生存時間的目的。

1 LEACH協議

1.1 LEACH協議路由算法分析

論文基于距離的概念，對LEACH協議的路由算法進行了改進，提出了LEACH-DB路由算法。該路由算法考慮了無線傳感網絡中各個節點與基站之間的相對位置，并通過這種相對位置的關系來有意識的影響各個節點成為簇頭的概率，從而影響了簇頭的總體地理位置分布，使它們更加靠近基站，有效的減小了簇頭與基站之間的數據通信開銷，延長了網絡的生存時間，提高了網絡性能。從仿真時間的結果可知，LEACH-DB路由算法對于網絡生存時間的提升，相對于LEACH協議，延長了大約25%。這是一個比較可觀的提高，說明LEACH-DB路由算法是行之有效的。

論文中LEACH-DB算法并沒有考慮各個節點剩余能量情況，而根據節點剩余能量的概念來均衡整個網絡的能量消耗也是一個延長網絡生存時間的有效手段。因此，今后的研究工作會圍繞這個問題繼續深入下去，以期將距離和剩余能量這兩個概念結合起來，更加有效的提高整個網絡的工作性能。

[1]廖明華,張華,王東.基于LEACH協議的簇頭選舉改進算法[J].計算機工程,2011(7):112-114.

[2] Wendi Rabiner Heinzelman,Anantha Ch, Hari Balakrishnan.Energy-Efficient communication protocol for wireless microsensor networks[C].Proceedings of the Hawaii International Conference on System Science,January 4- 7,2000,Maui,Hawaii.[S.1.]:IEEE Computer Society,2000:3005-3014.

[3]張偉華,李臘元,張留敏,等.無線傳感器網絡LEACH協議能耗均衡改進[J].傳感技術學報，2008(11):1918-1922.

[4]路綱,周明天,佘堃,等.無線傳感網絡路由協議的壽命分析[J].軟件學報,2009(2):375-393.

[5]呂濤,朱清新.一種基于LEACH協議的改進算法[J].電子學報,2011(6):1405-1409.

第4篇：傳感技術論文范文

關鍵詞:過程控制;人工免疫網絡;傳感器

生產實踐表明測量裝置失效是導致連續工業過程控制間斷的重要因素之一[1]。因此，對連續工業過程進行傳感器置信度評估尤為重要。目前常用的方法有貝葉斯估計法、DS證據推理法、自適應神經網絡模糊推理方法(ANFIS)和人工免疫網絡法等[2，3]。其中，連續生產過程中的物質能量流模型和人工免疫網絡傳播模型相類似，所以利用這種關系進行傳感器置信度評估已成為近年來自動化領域研究的熱點。目前基于人工免疫網絡的傳感器置信度評估方法主要有:以Ishida為代表的動態識別免疫網絡和以Leonard M.Adleman為代表的基于DNA的陰性選擇[4-6]。而前者已成功地應用于水泥生產過程的設備傳感器置信度評估。但是Ishida動態識別方法中只能處理傳感器關系確定的情況。因此，本文引入了傳感器關系的非確定性約束，用于連續生產過程傳感器之間為非確定關系情況下的傳感器置信度評估。

1　傳感器置信度評估算法Ishida動態識別免疫網絡是在N.K.Jerne系統級識別方法基礎上提出的。N.K.Jerne認為在免疫網絡理論中，免疫系統由識別集合組成，識別集合中的一些抗原可以被其他抗原激活，并產生抗體;而這些抗體又可以激活其他的抗原。通過這種方式，刺激可以從一個抗原傳播到另外一個抗原，直至影響整個網絡。對刺激信號的辨識不是一個抗原單獨完成的，而是通過抗原相互連接的網絡進行的[7，8]。Ishida動態識別免疫網絡方法利用傳感器之間的約束條件為每個傳感器建立測試單元。在用動態識別免疫網絡進行傳感器置信度評估時，網絡主體與傳感器相對應，免疫細胞的濃度與傳感器的可靠性相對應，網絡平衡狀態與傳感器正常狀態相對應，外部刺激信號和測試單元的測試結果相對應。因此，這個網絡中的每一個傳感器不僅測量工業過程的物理量，還要評估其他傳感器的可靠性。在同一工業過程中，溫度、壓力、流量等傳感器的測量值之間既互相獨立又互相聯系;只要利用簡單的工業過程知識就能建立起這些傳感器之間具有確定性的約束，所以這種方法實現起來較為簡單。這種模型可用圖1的結構表示。圖1　動態人工免疫網絡圖中是一個包含n個節點的人工免疫網絡Nais(p(i)ais)，i =1，…，n。其中p(i)ais是網絡的第i個節點， p(i)ais= {Aais，I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais}，Aais表示網絡中的抗體，I(i)ais表示第i個抗體的獨特位。在Ishida的方法中，p(i)ais與工業現場中的第i個傳感器的邏輯位置相對應，抗體Aais與傳感器實體相對應，抗體Aais的濃度與傳感器的可信度對應，獨特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais對應m個測試單元。對Aais(Aais∈p(i)ais)的刺激由第i個傳感器和其他傳感器建立的測試單元對應的獨特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais產生。但是，測試單元存在如下缺點[3]:測試單元的結果只能用0，1，-1來表示，不能利用人工經驗等一些非確定知識。針對這些缺點本文進行了改進，設計了新型的測試單元。針對Ishida測試單元存在的不足，本文設計了模糊測試單元，使其能夠反應傳感器數值間的非確定性關系。在動態識別免疫網絡中，獨特位Iais實際上就是傳感器數值Sj和Sk的關系的體現，而這種關系用在模糊論域可分為5個等級:{Sj小于Sk，Sj小于等于Sk，Sj在Sk的附近變化，Sj大于等于Sk，Sj大于Sk}。Sj和Sk之間的模糊關系則代表了動態識別免疫網絡中抗體之間刺激的強度。設在t時刻，抗體Aais對應的傳感器j通過獨特位I(jk)ais收到來自k傳感器的刺激為I(jk)ais(t)，則其隸屬度為I(jk)ais(t) =∪5l=112πσaisle-(sj-sk-μaisl)22σ2aisl(1)式中I(jk)ais(t)∈(0，1)，兩個數列之間的關系是互易的，所以I(jk)ais(t)=I(kj)ais(t);ηaisl，σaisl(l=1，2，3，4，5)是不同等級的隸屬度函數的中的常數，由Sj和Sk之間的統計關系決定。由外部刺激引起抗體濃度ri產生變化，可表示為dr(i)aisdt=∑nj=1R(i)aisI(ij)ais∑ni=1R(i)aisξais+r(i)ais(1-ξais) (2)R(i)ais=2arctan(qais·r(i)ais)π(1-Rd)+Rd(3)式中Rd∈(0，1)，經驗值取0.001;R(i)ais表示節點p(i)ais對應的第i個傳感器的可信度，R(i)ais越大，傳感器的可信度越高，由于qais·rais>0，所以Rais∈(Rd，1);ξais為靈敏度系數;qais是網絡平衡狀態的調節系數，主要作用是傳感器網絡在正常時的可信度調節在一個合適的范圍內。

轉貼于 2　參數確定的方法在本算法中，需要確定的參數有兩類:一類是式(1)影響對獨特位刺激程度的參數μais和σais，另一類是影響網絡平衡狀態的參數ξais和qais。參數μais和σais主要表征了和獨特位對應的測試單元中兩個傳感器之間的關系。這種關系通常是生產工藝所要求的(或者工業過程特性決定的)。要確定參數μais和σais，首先要獲取這兩個傳感器大量的現場數據，然后以它們相同時刻測量值的差作為樣本。μais是該樣本的正態分布的均值，σais是該樣本的正態分布的均方差。參數ξais和qais影響網絡的平衡狀態，如圖2所示。從圖中可以看出:ξais越大，網絡對外界的反映就越靈敏，但容易產生誤報。qais越大Rais正常狀態下就越大;但是，qais過大會造成測量失效狀態下的可信度變大，容易發生漏報。參數ξais和qais可以通過學習得到。在傳感器正常工作狀態下，qais可通過以下公式得到qais(t+1) = qais(t)+αais(Rais-R0) (4)式中αais為步長系數;R0為qais調節時傳感器正常狀態下置信度的平均值，一般可取0.7。在某個時刻，1732傳　感　技　術　學　報2008年能比較試驗。ANFIS結構如圖4所示，酵罐三個溫度傳感器，兩個作為輸入，另外一個作為輸出，對傳感器輸入值的隸屬度劃分為兩個區間:正常和異常。經過訓練以后和分別對應于兩個輸入傳感器的“標準可信度”。圖4　ANFIS的結構例如，當對于罐頂傳感器的置信度評估時，建立2個ANFIS:ANFIS-1:輸入為罐頂傳感器和罐中部傳感器，輸出為罐底傳感器，w(1)top表征罐頂傳感器的置信度。ANFIS-2:輸入為罐頂傳感器和罐底傳感器，輸出為罐中部傳感器，w(2)top表征罐頂傳感器的置信度。那么，罐頂傳感器的置信度為w(1)top和w(2)top的平均值。其余兩個傳感器的評估方法也同樣。AN-FIS實驗使用和人工免疫網絡實驗相同的數據，數據窗口大小為30 ks。由于兩個實驗中的置信度沒有可比性，人工免疫網絡算法中的置信度來源于人工經驗，ANFIS的標準的可信度來源于歸一化的權系數。因此，論文比較的是:傳感器“故障”引起的其置信度變化率ηt，ηt=| Rm-Ra|Rm(6)式中:Rm表示正常狀態下的置信度，Ra表示異常情況下的置信度。對比實驗的結果如表2所示，從中可以看出，兩種方法結果是一致的，而當偏差數據較大時，ANFIS方法ηt的較大，對故障數據比較敏感，在偏差較小時，人工免疫網絡算法的ηt較大，對故障數據比較敏感。因此，人工免疫網絡算法適用的數值范圍更廣一些。表2　對比實驗的ηt結果傳感器偏差數據/℃人工免疫網絡方法ANFIS方法罐頂傳感器-0.50 34.6% 57.7%罐中部傳感器-0.30 18.1% 4.8%罐底傳感器-0.15 6.4% 0.2%

3　結論論文研究了連續過程中傳感器具有非確定關系情況下的傳感器置信度評估。實驗證明:①具有模糊測試單元的人工免疫網絡能夠使用人工經驗對傳感器的數據置信度進行評估;②具有模糊測試單元的參數物理意義明顯、確定方法簡單易行。但是，論文中的算法在某些情況下抗干擾能力較弱。例如，圖3(c)所示情況應用單條件的閥值比較的方法輸出的結果不穩定，論文將用復合的判決條件的方法在此深入研究。

參考文獻

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第5篇：傳感技術論文范文

由于機器人具有可靠性高、適應性強、功能強大的特點使其成為執行高危險任務的理想平臺，具有步行能力的機器人更是該領域研究的前沿課題。

本論文為6腿機器人控制系統研究與設計，采用了1種分層控制系統結構，采用1點對多點的串行通信模式。論文對單關節控制器的數學模型進行了簡單研究并采用PID控制算法對關節的位置控制進行控制。完成了基本的硬件設計，包括主從控制器的設計，主從通訊設計，延時及驅動電路的設計，傳感器及其信號處理的設計。在軟件設計方面，給出了主從通訊，步態算法的軟件實現程序框圖。

關鍵詞：6腿機器人、Motorola MCU、PID控制、主從通訊、編碼器、步態

第1章 緒論

1.1 課題的研究背景及意義

機器人學是迅速發展的交叉性學科，但世界各國對機器人的定義各不相同，聯合國標準化組織采納美國機器人協會給“機器人”下的定義:“1種可以反復編程和多功能的，用來搬運材料、0件、工具的操作機；或者為了執行不同的任務而具有可改變的和可編程的動作的專門系統”。

機器人技術成為高科技應用領域中的重要組成部分。可以預言，機器人技術具有廣闊的發展前景，它正向著具有行走能力、對環境的自主性強、具有多種感覺能力的智能機器人的方向發展。機器人技術的進展與其在各個領域的廣泛應用，引起了各國專家、學者的普遍關注。許多技術先進國家均把機器人技術的開發、研究列入國家高科技發展計劃，進行大力研究。機器人學作為1門邊緣學科，成為當前高科技發展的前沿學科，它與高等動力學、材料科學、近代電子學、計算機科學、自動控制理論與系統、傳感技術、人工智能、仿生學、系統工程等學科關系密切，相互滲透，共同發展。機器人的要害是自動控制，是計算機與人工智能的結合，它解決CAD, CAM, CAE等1系列問題。機器人先進程度和功能的強弱，通常直接受到其控制技術的影響。由于機器人動力學模型具有變參數強耦合、高度非線性的特點，機器人控制要求精度高與速度快;并具有通用性、柔軟性與靈活性，它在很大程度上依賴于機構運動學和動力學分析、感知能力與伺服技術。現代控制理論的發展、高級控制策略的探求，新1代計算機的出現與人工智能開發將給機器人技術帶來新的生機。

機器人學是迅速發展的交叉性學科，但世界各國對機器人的定義各不相同，聯合國標準化組織采納美國機器人協會給“機器人”下的定義:“1種可以反復編程和多功能的，用來搬運材料、0件、工具的操作機:或者為了執行不同的任務而具有可改變的和可編程的動作的專門系統”。

機器人可分為固定式和行走式。1般的工業機器人如立柱式、機座式和屈伸式機器人大部分為固定式.但是隨著海洋科學、原子能工業及宇宙空間事業的發展甚至人類娛樂的需要，可以預見，具有智能的可移動機器人、能夠自行的柔性機器人肯定是今后機器人的發展方向。

第6篇：傳感技術論文范文

關鍵詞：儀器儀表工程；專業碩士；校企合作；聯合培養

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2014）05-0086-02

一、校企聯合培養模式的特點

按著國家確立的儀器儀表專業領域碩士研究生培養目標，創新能力的培養對研究生教育至關重要。結合工科研究生教育的實際，國內有學者提出在學位與研究生教育中影響創造能力培養的重要因素有：知識結構、實踐環節、科學方法、個性培養、管理工作[1]；也有學者針對全日制工程碩士教育提出，培養具有創新活力的未來工程師需要合理的師資隊伍結構，未來工程師應該依靠工程師與科學家共同培養。應該探索工程型科學家與科研型工程師合理配比的雙師型師資結構[2]。西方發達國家與國內創新教育有所不同，譬如美國研究生學術能力培養的特點可概括為：重視基礎理論，強化學科間滲透；注重探索精神和研究能力的培養；有具體的學術標準和良好的學術氛圍；學術自治和社會監督[3]。為了保證實現培養目標的同時，突出專業研究生實踐開發特色和創新能力的培養，東北石油大學電子科學學院和大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司共同啟動了校企聯合培養模式，針對儀表工程領域工程碩士專業業務素質培養進行了一系列的探索與實踐，集中概括為三個方面：第一，為確保研究生具備從事本專業設計開發所必需的扎實理論基礎和優化知識結構，結合實際建立了一套特色鮮明的課程體系；第二，為確保研究生歷經嚴格的專業訓練以提升其研發能力，建立了嚴格的學位論文質量保證體系；第三，為確保研究生綜合素質的提升，建立了高效的研究生實踐創新能力培養機制。

二、特色鮮明的課程體系

課程體系的構建是校企聯合培養模式中十分重要的環節，事關研究生培養質量。根據國家儀器儀表工程碩士學位標準，為了保證學習基礎突出、理論與實踐相結合、前沿技術與現實需求結合的培養特色，構建課程體系要明確本專業的辦學定位，即掌握儀器儀表學科的基本理論和相關工程技術，了解本學科的歷史、現狀和國際上的學術動態，掌握一門外語并能閱讀本專業的外文資料。培養學生具有較好的專業理論基礎，能較熟練運用相關專業技術從事儀器儀表工程開發或實際應用。要求學位獲得者掌握所從事工程領域的堅實的基礎理論和寬廣的專門知識，具有解決儀器儀表工程領域實踐問題的先進技術方法和現代技術手段。在明確辦學定位基礎上，結合培養目標和專業特色研究確定課程體系。具體課程規劃為公共必修課、專業必修課、必修環節和選修課四個模塊。按著培養方案要求每人修業不低于30學分，該課程體系突出現代傳感技術、光電檢測技術、智能信息處理技術、虛擬儀器技術四大研究方向。研究生可以根據自身研究方向自行選定選修課程，也可以根據課題需求和自身愛好跨專業選課，研究生有權自由選擇集中修業或跨學年修業。研究生參加全國電子設計大賽并榮獲獎勵的可以置換智能儀器設計實踐學分。

三、“四位一體”的學位論文質量保證體系

針對儀器儀表專業領域碩士研究生校企聯合培養，歷經探索形成了以研究生為主體、導師為引領、平臺為基礎、項目為依托“四位一體”的學位論文質量保證體系。

第一，突出研究生的主體地位和作用。研究生是學習的主體，是創新設計的主體，更是受教育的主體。其知識結構、理論基礎、思維模式、實踐技能等內在素質和研究態度、工作熱情、勤奮程度等外在體現都是決定學位論文質量的內在因素，這些都需要導師對其研究生有充分的了解并經常予以高度關注。為此在校企聯合培養模式下采用了雙導師制，研究生在校理論學習期間，主要由高校的導師負責理論學習指導和綜合素質考核，進入企業從事課題研究過程中主要由企業的導師負責指導開發實踐。無論校內還是校外均以任務化管理的方式提供給研究生最大化的自由度和獨立研發空間。事實證明，這更有利于發揮學生自主創新思維。

第二，充分發揮導師的引領作用。雙導師作為創新培養體系的特征體現，在導師和研究生之間建立一種新型的“導學”關系，導師即要當好向導，引領學生朝著正確的方向前行，使學生在探索創新的路上不至于迷茫；導師又要當好伴侶，從思想層面上陪伴著學生，使學生在攀登科學高峰的進程中不感到寂寞和孤單。目前儀器儀表專業聘請校內導師12人、企業兼職導師5人，采取兩種選配方式：其一是由校內教授擔任主導師，企業高級工程師為副導師；其二是由企業教授級高級工程師主導師，校內年輕的副教授擔任副導師。無論哪種方式，主導師都要負責培養計劃的制訂并提供論文研究課題，副導師配合主導師完成對研究生的指導任務。雙導師配備原則主要考慮主副導師是否有深入合作研究的背景，是否能夠真正形成理論研究與實踐開發兩者優勢互補。除此之外，有計劃地引進和培養青年后備人才，將青年博士列入后備導師團隊，形成導師梯隊。近五年本學科引進博士5人，在職培養博士7人，在讀博士12人，這些對于強化導師隊伍建設至關重要。

第三，加強平臺基礎建設，充分利用各級各類平臺為研究生研究課題和創新實驗提供實驗條件。目前儀器儀表專業主要依托油氣田控制與動態監測黑龍江省重點實驗室和黑龍江省高校校企共建測試計量技術及儀器儀表工程研發中心，并與大慶油田測試技術服務分公司共建研究生創新設計培養基地。

第四，依托重大研究課題并結合生產實際精選研究生論文研究項目。校企聯合培養的研究生學位論文課題都是源于國家油氣重大專項、國家自然基金項目、黑龍江省自然基金、石油天然氣總公司計劃項目等課題。其主體研究方向面向油田生產測井及計量儀器儀表的現代傳感器研制。

四、“一個面向、三個結合”，實踐創新能力校企聯合培養機制

為了提高研究生實踐創新能力，建立了校企聯合培養機制。為此采取了一系列的手段與措施，突出體現一個面向、三個結合為特色的校企聯合兩段式教育培養模式。其中，一個面向特指儀器儀表專業研究生論文選題面向油田生產實際；三個結合特指具體研究開發與本專業研究方向密切結合、與高級別科研項目密切結合、與先進實驗裝置密切結合。校企聯合兩段式教育形式上體現為理論學習階段在校內，實踐開發階段在企業。校企聯合兩段式教育的內涵要充分利用儀器儀表工程學科特有優勢，發揮研究生創新培養基地的作用，按高級工程技術人才培養模式，與行業企業深度合作，與油田生產測試及標準計量密切結合的儀器儀表研發課題密切結合，形成儀器儀表工程專業學位研究生的校企聯合共同培養的教育模式。

具體操作上，第一，堅持論文選題與油田生產實際相結合。東北石油大學電子科學學院與大慶油田測試技術服務分公司共建研究生創新設計培養基地，因此，只有選擇面向油田生產實際與儀器儀表工程相結合的課題，才能將研究生真正置于校企聯合培養教育模式之中。第二，研究生要深入導師科研團隊參與高級別項目研究：校企聯合培養模式中雙導師制的具體落實，集中體現在對于研究生的教育培養，而雙導師之間的分工與配合顯得尤為重要。對于研究生而言，必須深入導師科研團隊參與高級別項目研究，才能以更加寬闊的視野面對技術領域高深問題，在實踐中更有效地鍛煉和培養自身的科研開發能力，快速提升思維能力。第三，研究生要深入開發現場親歷創新實踐。只有深入開發現場才能深入了解企業需求，進而才能進一步實踐創新。測試的核心技術是傳感器技術，油田測試領域的傳感器有其鮮明的特色，必須在苛刻的尺寸限制下實現井下各參數的測量，必須適應井下的惡劣環境。因此，只有深入企業了解生產實際，才能有針對性地開展現代傳感技術及儀器研究，以提高測試水平，更好地為油田開發服務。否則，其研究成果將無法與生產實際對接，自然也無法參與創新設計。

通過三年儀器儀表工程專業碩士研究生校企聯合培養模式的探索與實踐，結合自身的辦學條件及合作企業的生產實際，尋求出一條有效路徑，從而進一步明確了培養目標；構建了一套科學的課程體系；明確了以研究生為主體、導師為引領、平臺為基礎、項目為依托“四位一體”的學位論文質量保證體系；突出體現儀器儀表專業研究面向油田生產實際、與本專業研究方向密切結合、與高級別科研項目密切結合、與先進實驗裝置密切結合的提高研究生實踐創新能力手段與措施。盡管因合作企業突出的行業特點和自身的企業文化，致使該校企聯合培養模式更多體現出個性化的特征，但仍有一定的推廣價值。今后，將繼續深入研究和不斷實踐，使得接續研究成果有更加廣泛的應用性。

參考文獻：

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[2]王鈺，康妮，劉惠琴.清華大學全日制工程碩士培養的探索與實踐[J].學位與研究生教育，2010，(2).

[3]張莉，柴寶芬.美國研究生培養模式解讀[J].現代教育科學，2010，(1).

收稿日期：2013-10-05

作者簡介：劉祥樓（1963―），男，黑龍江訥河人，東北石油大學電子科學學院教授，博士，主要從事多維信息處理、生物識別及虛擬儀器工程研究。

第7篇：傳感技術論文范文

關鍵詞： 頻率測量； 聲表面波； 傳感器； 中界頻率

中圖分類號： TN911?34； TP212.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）08?0136?03

Study on a new method of frequency measurement based on SAW sensor

MA Hui?cheng

（Science and Technology Department， Xi’an Innovation College， Yan’an University， Xi’an 710100， China）

Abstract： The shortcomings of the traditional frequency measuring methods are discussed in this paper. A new method of frequency measurement based on SAW sensor and a measuring circuit are designed. The frequency is preselected by SAW band?pass filter. The signal which is higher than intermediate frequency is measured by the method of frequency measurement and period measurement for others. The hardware circuit is composed of high speed digital devices. The system has high accuracy and is worth to spread.

Keywords： frequency measurement； SAW； sensor； intermediate frequency

傳統的頻率測量是利用頻率計數電路[1]，在規定的時間內對頻率信號進行計數，這個規定的時間就是閘門時間，閘門時間是由雙穩態電路提供的。測得的頻率數值[fx]，是在閘門時間[Tg]內對脈沖的計數值[Nx]與閘門時間[Tg]的比值，即[fx=NxTg]。當頻率計正常運轉時，被計數的信號脈沖首先通過閘門然后輸入計數器，一般狀況下，閘門的打開與閉合與計數脈沖在端口輸入的時間是不同的。因此在相同的閘門時間里，頻率計數器對相同的脈沖信號計數時，最終的顯示值是不一樣的，即有可能產生[±1]個脈沖誤差值[2]。[Nx]會產生誤差，[Tg]也會產生誤差，這些誤差的疊加就構成了實際的測頻誤差。利用晶振來產生基準時間信號[Tg]，方法是晶振的輸出信號[fb]通過[n]級10分頻電路，即[Tg=10n×1fb]。所以，[fx=Nx/Tg=Nx×][fb10n]。最終測頻法的相對誤差[dfxfx]為：

[dfxfx=dNxNx+dfbfb] （1）

[δf=δN+δ0] （2）

式中：[δN=dNxNx=±1Nx]是示值的相對誤差，也叫量化誤差；[δf=dfxfx]是被測頻率信號的相對誤差；[δ0=df0f0]是晶體振蕩器的頻率準確度，可以用來表示頻率信號的穩定程度。

由式（2）可得，，被測頻率的相對誤差由兩方面內容構成。即系統石英晶體振蕩器的頻率穩定度和量化誤差組成。量化誤差與兩個因素相關：被測信號的頻率值得上下限和雙穩態電路的輸出閘門時間。在某一頻率[fx]的值不變的情況下，閘門時間[Tg]越大，誤差值越小，閘門時間[Tg]越短，誤差值越大。如果取閘門時間[Tg]為某一定值時，測量值[fx]越大，誤差越小，測量值[fx]越小，誤差就越大。在檢測過程中就會出現頻率值較低的信號測量精度較低，頻率值較高的信號測量值較高的情況。系統的測頻結果與頻率信號的高低有直接關系。為了避免出現以上的情況，本文設計了一種利用表面聲波器件的新式測頻法。

1 新型測頻法原理

外界的物理量可以影響聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）[3]傳感器輸出頻率的數值。表面聲波傳感器的固有頻率達到了百兆Hz量級，這個頻率太高，因此很難被頻率計精準測量，只有通過成比例的降低頻率才能精準測量。本文的被測量是表面聲波傳感器在進行了差動結構的改進之后輸出的頻率。這個頻率在經過混頻電路之后就處于0～1 MHz之間。這個頻率范圍是可以精準測量的。為了在頻率的兩端都有較高的測量精度和較低的測量誤差，本文設計了利用表面聲波帶通濾波器的新式頻率測量方法。帶通濾波器對于通過的信號有較強的選擇能力，只有信號的頻率在通頻帶內的信號才能無失真的通過。在此可以按照頻率的高低來設計兩個聲表面帶通濾波器，設計方式主要是在插指換能器的密度上按事先計算的結果來排成不同的密度，聲波在諧振腔內的振動頻率由于換能器的密度不同而不同。這樣最終輸出的頻率就根據插指的密度不同而不同，整個系統只要2個帶通濾波器就可以了。將來如果想要實現精度更高的系統，可以考慮多個帶通濾波器的情況，這樣帶通濾波器的設計難度會增加。

頻率信號的測量方式有兩類，高頻段可以測頻以及低頻段可以測周期。至于何時測頻以及何時測周期則要看測量儀器的中界頻率 的窄脈沖，以此脈沖觸發雙穩態電路1，從雙穩態電路的輸出端即得到所需要的寬度為基準時間的值可以推算出外界加速度的大小。同理，當[f1

2 分頻、計數以及顯示模塊的設計

被測信號的頻率介于0～1 MHz，相對數字電路器件來說信號的頻率稍高。電路各個元器件都有傳輸延遲的現象，高頻信號在測量中就會產生一些誤差，這些誤差體現在計數環節，譯碼環節及數碼顯示環節上。利用D觸發器具有分頻的特性，在正式測量前對信號進行降頻，這樣可以得到一個頻率相對較低的信號。這樣的信號在后續的測量過程中不會帶有太大的誤差。

圖2是后續電路，包括顯示、分頻和計數3個環節。頻率降低的原理是通過D觸發器對輸入被測信號首先進行兩分頻，這樣可以得到輸入信號頻率一半的被測信號。電路的結構是把D觸發器的端口[Q]與D觸發器的置位端口D直接連接從而構成兩分頻電路。觸發器輸出端的輸出信號再送到10進制計數器74LS192D的UP端口，這個信號的頻率很高達到了1 MHz，所以必須用6個數碼管來顯示被測結果。低位計數器的C0端口和高一位的UP端口連接，這樣就可以顯示6位10進制數字。電路圖里J1的功能是對數碼管進行清零操作，以保證測量開始時數碼管都顯示0。整體電路如圖2所示。3 試驗結果及精度分析

利用Multisim 10軟件對測頻電路進行分析。分析過程為選取1 MHz的標準信號，首先進行2分頻，整體電路里的頻率計XFC1對上述信號進行測量，顯示示值為500 kHz。使用軟件自帶的示波器對兩路信號進行觀測， 由圖3、圖4可得2分頻后的信號頻率約為被測信號頻率的一半。測試數據證明所設計的兩分頻電路滿足測量的要求。從表1可以看出，系統在測量時在低頻段的誤差幾乎為0，只有在高頻段才出現了誤差。信號源輸出的頻率為500 kHz時，系統的測量頻率為499 kHz，絕對誤差是1 Hz。信號源輸出的頻率為1 000 kHz時，系統的測量頻率為997 kHz，絕對誤差是3 Hz。

4 結 語

頻率的測量在科學研究工業生產的各個方面都具有很重要的作用，能否得到一個準確的頻率值往往決定了一個檢測系統的優劣。例如：現代很多傳感器輸出的信號具有準數字化特征，這個特征就是信號不用進行模/數轉換就可以直接輸入測量系統進行測量，電路的結構得以簡化，但是這個頻率信號的測量誤差是個難以解決的問題，傳統的測頻法無法解決在頻率的上、下限處測量時產生的較大誤差。本文提出的基于頻率選擇的測頻  本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT法在誤差控制上得到了提高，但是還有一些問題尚需解決，例如下一步可以考慮測量理論的具體實現。利用智能系統實現新型頻率測量方法，首先要考慮選用哪種芯片，在電路中還要選取具體的雙穩態電路和相應的觸發器。電路中的濾波與放大電路也要設計合理，只有所有的因素滿足系統的需要，整個系統才能體現出設計目標。

圖4 雙通道示波器顯示圖

表1 試驗數據

參考文獻

.制造業自動化，2010（2）：184?185.

[2] 劉駿躍.聲表面波慣性器件傳感檢測研究[D].西安：西北工業大學，2007.

第8篇：傳感技術論文范文

【關鍵詞】無線傳感器網絡；溫室；農業監控系統

目前現有的很多溫室環境監控技術仍采用封閉現場的監控方式，或是通過有線通信方式進行遠程監控。這些方式對溫室環境的監控來說存在很大先天性缺陷。眾所周知，溫室的監控對象的現場信息采集比較困難，因為在空間上溫室范圍廣比較分散，而且往往遠離生產管理者。在時間上，溫室作物的生長周期長導致監控周期長，以上環境對溫室環境信息實現長期有效的監控極為不利。

鑒于此情況，設計一種基于無線傳感器網絡的溫室環境監控系統，就可以實現對溫室環境信息的采集、處理、傳輸并且和Internet無縫連接的方案，可以采取在空間上分布式采集，在時間上長時間連續的采集策略。就可以滿足溫室監控的信息采集要求。就可以有效解決現場信息遠程傳輸和監控的問題。

1.ZigBee簡介

1.1 ZigBee的特點介紹

1.2 ZigBee拓撲結構介紹

星形拓撲由總協調器和終端節點組成。終端節點和總協調器是一一對應進行數據交換的。終端節點的數據交換只能由總協調器來完成數據中轉。樹形拓撲結構由三部分組成，總協調器、路由節點和終端節點。子節點只存在于總協調器和路由節點之間，終端節點沒有子節點，節點都應該只和他的父節點和子節點進行數據交換。網狀拓撲由總協調器、路由節點和終端節點組成。這和樹形拓撲相同，其優點是自由度高的數據路由協議，路由節點相互無阻數據交換，其中某個路由發生了故障，不影響數據的傳輸，數據會沿著其他路由繼續工作。

2.系統總體結構

本系統在網路拓撲結構上采用了星形無線傳感器網絡。本系統具有以下特點：系統能夠根據溫室環境，采集農業環境中的各種參數；在農業現場組建網絡，使得形成自組織，分布式的數據采集網絡，并通過無線傳感器網絡完成信息的匯聚、分析和發送。使網絡完整覆蓋監控區域，采集的信息能有效的反映農業環境的狀態。選擇相應的采集頻率使數據在時間上完整的體現環境因子的變化規律；系統把相應的環境信息通過特殊編碼的形式傳輸給處理單元，在傳輸過程中盡量使用現有的硬件、軟件技術，使得信息完整而有效、減小傳輸中的能耗、提高網絡的壽命。

如圖2所示，在單溫室情況下的結構原理圖，多個溫室監控時，所有溫室的信息都被相應的匯聚節點收發和存儲，最后所有的匯聚節點與遠程計算機通過GPRS通信。

3.硬件設計

3.1 硬件原理

系統中環境因子采集裝置是無線傳感器，形成傳輸方便，減少布線的無線網絡。系統還使用了GPRS收發裝置，可以完成溫室數據與上位機之間的無線交換信息和數據處理。上位機軟件必須完成多個溫室測量節點的信息匯總和分析，下達控制代碼給下位機，實現無線數據傳輸和通訊協議的穩定、安全，并能實時查看下位機情況及時發現系統和數據異常。

3.2 硬件組成

本系統數據采集節點的微處理器是ATmega16L單片機，這種單片機可以擴展大量的模塊，自身的片載資源豐富。具體特點如下：在1MHz的工作頻率下，額定電壓3V，25℃時正常狀態功耗為1.1mA，空閑狀態功耗為0.35mA，掉電模式小于1?A；采用精簡操作指令集RISC；16K字節的可編程flash空間，獨立鎖定位的可選Boot代碼區，8MHz晶振；與IEEE1149.1標準兼容的JTAG接口。

結合無線模塊功耗和性能等其他技術參數，通過綜合考慮，CC2420無線模塊成為本系統的備選模塊。這種無線模塊符合IEEE80215.4標準，工作性能穩定，搭載很少的外部器件；支持SPI模式，與硬件連接的電路簡單；工作能耗比較低，接收時電流18.8mA，發送時電流17.4mA。

根據溫室實際情況與系統的可靠性，確定溫室使用的種類有溫度傳感器、濕度傳感器。通過閱讀資料知道溫度與濕度之間的耦合關系，為了系統的監控要求，必須一起采集溫濕度。所以集成數字溫濕度傳感器SHT11滿足這種需要。其詳細特點如下：相對濕度和溫度測量；露點計算功能；低功耗；尺寸小；自動休眠；長期穩定性好；數字輸出。

本系統采用了成都眾山科技有限公司提供的ZSD3110 GPRS DTU/RTU。該模塊有標準的硬件連接電路。具體功能有：模塊為了減少使用難度，內置了TCP/IP協議，方便完成點對點，點對多點等復雜的連接；性能穩定，不論在室內還是在自然條件下，都不受擾亂穩定運行，集成看門狗電路；可以不間斷在線工作，各種保護措施和手段保證了運行的穩定性，心跳防斷線機制、掉線實時復位、模塊死機實時管腳復位機制；實現IP方式或動態IP+動態域名解析方式的模式。

4.軟件設計

4.1 采集節點程序流程

傳感器首先采集溫室的環境參數，各節點與匯聚結點組成無線網絡，信息集中到匯聚節點，在接收到總節點的命令后，控制數據信息的采集和發送；可以設定發送時間，改變采集模式、控制采集節點、非工作狀態時休眠和工作時喚醒等。（如圖4所示）

4.2 匯聚節點程序流程

匯聚節點主要完成的功能是，建立并維護無線傳感器網絡，通過接收子節點信息使其入網；利用星形網絡與各個采集節點通信，收集各個節點信息并對信息進行初步處理并存儲；通過GPRS模塊接入GPRS網絡，與遠方的服務器進行通信；對信息進行解包和封裝，使信息在協議之間進行轉換；按時通過GPRS模塊把初步處理的數據按照規定的格式發送，在特殊情況下接受并解析服務器發送來的命令，根據服務器端的命令來執行相應的任務，例如，改變采集時間和頻率，挑選環境因子等。

5.總結和展望

本文介紹了基于無線傳感器網絡的溫室環境監控系統設計方法和系統開發的主要流程。解決了傳統布線繁瑣，機動性差的缺點。無線傳感技術應用到農業生產，為用戶提供了一項創新有效的測控手段，相信將來會贏得廣大用戶的青睞。本系統還可以將用戶端延伸和擴展到養殖場室內設備，實現飼養環境的自動控制、精準調控和遠程實時監控。在局部環境測控領域應用有很好的發展前景。

參考文獻

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[6]Cullar D，Estrin D，Strvastava M.Overveiw of Sensor Networks.2004，37（8）：41-49.

第9篇：傳感技術論文范文

關鍵詞：速率陀螺儀；再平衡回路；表頭參數；阻尼比；轉動慣量

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A

文章編號：1004 373X(2009)02 091 04

Experimental Research on Performance of One Seeker′s Torque Feedback Rate Gyro

LI Ming,SHI Shouxia

(No.25 Institute of the Second Research Academy,Beijing,100854,China)

Abstract：It deduces that the equivalent damping ratio and torsion pendulum which is the main performance parameter of the torque feedback rate gyro is related to the gain and time constant of the head of meter.According to a torque feedback rate gyro,it designs the rebalance loop.The experimentation concludes the change tendency of parameter of the head of meter in different input frequency,so that the change tendency of damping ratio and torsion pendulum in the whole frequency is determined.It solves a problem that the performance parameter of rate gyro is not accurate in use,the design of loop is influenced.It provides bases for the practical application of the torque feedback rate gyro.

Keywords：rate gyro;rebalance loop;parameter of head of meter;damping ratio;torsion pendulum

速率陀螺儀，在姿態穩定系統中有廣泛的應用，主要目的是敏感載體的角速度，通過執行機構，實現對載體的控制和穩定，在位標器上應用陀螺儀的目的是測量天線在慣性空間的轉率，實現天線穩定的伺服控制。為滿足系統對陀螺儀動態特性的要求，需要陀螺儀的頻帶要寬（通常為80 Hz），響應快、具有合適的阻尼（阻尼系數0.7±0.1）。位標器上采用的陀螺儀多數是半液浮速率陀螺儀，其內部機械結構復雜，非線性因素多，影響陀螺性能的因素包括陀螺轉子特性動平衡、支撐方式、浮油特性等，在使用中，覺得表頭參數不準確，使陀螺回路的設計變得很困難；另一方面，實測陀螺儀頻率特性與生產廠家提供的理論值不一致，相差很大，給設計工作帶來困難。這里通過閉環試驗，研究陀螺表頭參數在工作狀態下的變化趨勢，為陀螺回路設計和應用提供依據。下面以單自由度速率陀螺為例，通過對陀螺儀表頭模型的分析，考慮到表頭內部的一些不確定因素，使框架的轉動慣量增加；同時，陀螺力矩在軸承上增加了摩擦，使陀螺的阻尼比增加。

1 等效轉動慣量和等效阻尼

1.1 等效轉動慣量

由于陀螺儀表結構的幾何不規則性和復雜性裝配，以及陀螺儀框架的變形等因素影響，使得單自由度陀螺儀的動態特性在一定程度上可能使速率陀螺儀具有雙自由度陀螺儀的效應，使得框架的轉動慣量發生了變化，即用等效轉動慣量表示。

考慮到輸入軸的彈性變形和軸承的間隙，在橫向微量運動中，橫向剛性系數越大，其微運動量越小，圖1為單自由度速率陀螺儀數學模型圖。

圖1 單自由度速率陀螺儀數學模型圖

用動靜法，可以列出如下方程式：

Hα′cos β－Iyβ′′－Dyβ′－Kii－My=0

Hβ′cos β－Ixα″－Dxα′－Kxα－Mx=0(1)

其中：H為陀螺儀的角動量；Ix，Iy分別為繞輸入I、輸出軸O的轉動慣量；Dx，Dy分別為輸入I、輸出軸O的阻尼比；Kx為輸入方向的剛性系數；Ki為陀螺的力矩系數；β為外框繞輸出軸的轉角；α為外框繞輸入軸的微小轉角。

考慮到力矩再平衡特性，框架的轉角β較小，忽略擾動力矩的影響，平衡方程式（1）簡化為:

Hα′－Iyβ″－Dyβ′－Kii=0

Hβ′－Ix?α″－Dxα′－Kxα=0 (2)

考慮到實際情況，框架的剛度系數Kx遠遠大于阻尼比Dx、轉動慣量Ix，依據式(2)的第二式，得:

α=－HKxβ′(3)

顯然，Kx越大，外框繞輸入軸的轉角(影響越小，把式（3）代入式（2）的第一式，得:

(Iy+H2Kx)β″+Dyβ′+Kii=0(4)

由式（4），在動態過程中實際的轉動慣量I由2部分組成的，第一部分為陀螺框架的轉動慣量Iy，第二部分為框架的剛度系數Kx引起的動態附加轉動慣量。

1.2 等效動態附加阻尼

圖2為單自由度速率陀螺儀運動學模型圖。

圖2 單自由度速率陀螺儀運動學模型圖

如圖2所示，對于單自由度力反饋陀螺儀，當輸入軸有角速度ωx，產生陀螺力矩Hωx，產生沿輸出軸的角速度β′，同樣產生陀螺力矩Hβ′，此陀螺力矩方向與輸入軸一致，此力矩作用在軸承上，在軸承上產生正壓力，產生繞輸出軸的附加力矩，為:

F=Hβ′2L(5)

其中:L為浮子的中心與軸承之間的距離；F為作用在軸承上的壓力，產生的摩擦力矩為2Frf；f為摩擦系數，則摩擦力矩的大小為:

2Frf=HrfL?β′(6)

因此，速率陀螺系統的動力學方程式（4）為:

(Iy+H2Kx)β″+(Dy+HrfL)β′+Kii=0(7)

式（7）表明，生產陀螺表頭的廠家，通常提供參數Iy,Dy，考慮到陀螺的動態系統，附加的轉動慣量與剛度系數Kx成反比，而剛度系數本身除了與框架的結構形式、偏心度有關外，還與軸承的支撐形式等因素有關；在此覺得廠家提供的參數與實測的偏差較大，仍要做大量的試驗工作，差別的大小由定性描述到定量確定，通過后面試驗測試，分別確定出不同頻率階段，等效的轉動慣量和等效的阻尼比，給出一個定量的變化范圍，為陀螺回路的設計提供一定的參考依據。

3 系統方框圖

考慮到力反饋速率陀螺的工作原理，再平衡電子線路的結構形式如圖3所示，閉環陀螺再平衡回路的線性系統方框圖如圖4所示。

圖3 速率陀螺再平衡回路的結構形式

圖4 陀螺再平衡回路的線性系統方塊圖

其中:Kθ為傳感器比例系數；Kt為力矩器系數；Iy為陀螺轉動慣量；H為陀螺角動量；D為阻尼比；Ka為伺服回路靜態增益；

KaW(s)為伺服回路傳函數；Rt為力矩器直流電阻；Rs為采樣電阻；Md為擾動力矩；ωx為角速率。

依據圖4示，閉環傳函為：

u(s)ωx(s)=

H?1Iys+D?1s?Kθ?KaW(s)?RsRs+Rt1+1Iys+D?1s?Kθ?KaW(s)?1Rs+RtKt（8）

整理：

u(s)ωx(s)=

HRsKθKaW(s)s(Iys+D)(Rs+Rt)+KθKaKtW(s)=Φ(s)（9）

其中：Φ(s)為閉環傳函，進一步表示為：

Iys+D=［1Φ(s)－KtHRs］?HRsKθKaW(s)(Rs+Rt)s（10）

為方便，令E(ω)，F(ω)分別為式（10）右式的實部和虛部。

對于每個確定的角頻率ω，可測得對應的系統幅頻特性A（ω），相頻特性φ(ω)，從而可以確定Iy、阻尼系數D。

為了計算方便，把表頭的數學模型改為如下形式：

(1/Iy)?(1/s)1+(1/Iy)?(1/s)?D=1Iy?s+D=

1/D(Iy/D)?s+1Kτ?s+1(11)

其中，K， τ為表頭的增益和時間常數，且:

K=1/Dτ=Iy/D(12)

同樣，可以采用系統的開環特性，反算確定Iy、阻尼系數D，系統的開環傳遞函數為:

H0(s)=Ks(τs+1)?KθKt(Rs+Rt)?Ka?W(s)(13)

類似，閉環傳遞函數式（9）表示為:

Φ(s)=u(s)/ωx(s)=

HRsKKθKaW(s)s(τs+1)(Rs+Rt)+KKθKtKaW(s)(14)

3 試驗測試及研究

3.1 測試數據

陀螺表頭參數最簡單的確定方法為不考慮校正環節，而把表頭的傳感器的輸出經功放，送回到陀螺力矩器，組成閉合回路，從而確定陀螺表頭的參數；另一種方法是考慮到校正環節，來確定表頭的參數，以某陀螺儀為例，廠家提供的表頭參數為：傳感器傳遞系數：500 mV/°；力矩器的力矩系數：1 gcm/mA；力矩電流與角速率比例尺：0.628 mA/°/s；動量矩：36 gcm；阻尼系數：3.014×10-4 kgm2/s；時間常數：9.49×10-3 s。

陀螺平衡回路采用校正環節的傳遞函數為：

W(s)=(130s+1)(180s+1)(1156s+1)(118.2s+1)(159.s+1)(11 329s+1)（15）

閉環、開環測試數據如表1所示，表1為陀螺閉環、開環測試數據。

3.2 表頭時間常數和增益的確定

分別計算了某陀螺表頭時間常數，計算結果如表2和圖5所示。

分別計算了陀螺表頭增益曲線如圖6所示，在低頻階段，計算的陀螺表頭增益與廠家提供的增益相近，而隨著頻率增高，陀螺表頭增益降低，當頻率大于20 Hz，表頭的增益趨于穩定值為0.13(gcms)-1，而與廠家提供的值相差1倍。

3.3 表頭實際阻尼與轉動慣量

根據測得的試驗值，可以確定隨著頻率的增大，表頭的阻尼比和轉動慣量的變化曲線，分別見圖7，圖8所示。圖中的結果表明，表頭的動態附加阻尼變化較大，達到1倍以上，參考前面的分析，是由于表頭動態附加阻尼引起的。

表1 閉環、開環測試數據

頻率/Hz

開環

實測/dB線性模型/dB

閉環

實測/dB線性模型/dB

162.9751.4-5.56-5.50

248.3644.2-5.53-5.50

340.9440.2-5.47-5.48

436.4437.2-5.40-5.46

532.9734.5-5.32-5.44

630.2731.8-5.24-5.44

728.1130.2-5.15-5.33

826.1928.2-5.06-5.33

924.6127.3-4.97-5.33

1023.2226.1-4.87-5.30

2014.1717.6-3.93-5.00

309.2913.2-3.56-4.71

406.1810.0-3.97-4.56

504.217.6-4.73-4.71

601.825.5-5.74-4.32

700.483.9-6.91-4.45

80-1.182.4-8.17-4.54

90-2.371.2-9.54-4.71

100-3.46-0.1-10.71-4.60

注：實測的閉環90°相移帶寬76.7 Hz，如果規定要達到80 Hz，可以再提高一點增益，從而達到要求；在低頻段，實際測試的開環幅頻dB數與線性模型相差8 dB數，估計是由于表頭內的非線性引起的。

表2 陀螺表頭時間常數

頻率/Hz＜2020304050

時間常數 /s0.014~0.0100.009 790.009 690.009 10.009

廠家提供/s0.009 46

注：時間常數的計算以兩個頻率10 Hz點作參考，其他點也可以

圖5 某陀螺回路測試的表頭時間常數

表3 陀螺表頭增益

頻率/Hz12345678

陀螺增益/(gcms)-10.360.288 40.200 00.197 50.1640.1510.145 20.141 2

注：1 Hz點異常

通過上面分析，表頭參數已經確定，下面在敘述有關的參數確定后，依據設計輸入的要求，確定陀螺閉環帶寬（90 °相移的帶寬80 Hz）；再平衡回路系統采用－2－－1~－2的工程設計方式，仿真結果見圖9，按照此過程，較好地滿足了設計要求。

圖6 陀螺表頭增益隨頻率變化曲線

圖7 陀螺表頭阻尼隨頻率變化曲線

圖8 陀螺表頭等效轉動慣量隨頻率變化曲線

5 結 語

陀螺表頭的增益和時間常數是陀螺回路設計過程中2個十分重要的參數，采用反算法，確定陀螺表頭增益、阻尼比及轉動慣量在整個頻段內的變化趨勢，為回路設計提供依據。

圖9 某陀螺開環幅頻特性

隨著頻率的增加，陀螺表頭的增益變小，到高頻段下降了近一半；而阻尼比隨著頻率增加，到高頻段趨于恒定，可以認為主要是由于表頭結構的幾何不規則性和復雜性，裝配以及陀螺儀框架的變形、框架軸的支撐摩擦等因素引起的；確定表頭的傳函取定以后，依據對陀螺儀的帶寬要求，進行合理的零、極點配置，達到陀螺儀性能指標。

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