傳感技術(shù)論文精選(九篇)

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第1篇：傳感技術(shù)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(jié)點(diǎn)，來實(shí)時(shí)監(jiān)測貨物運(yùn)輸過程的相關(guān)環(huán)境參數(shù)，WSN中的匯聚節(jié)點(diǎn)通過藍(lán)牙傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給作為網(wǎng)關(guān)的智能手機(jī)，智能手機(jī)通過GPS衛(wèi)星定位將位置信息加入到參數(shù)數(shù)據(jù)中，再通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)中。本論文研究主體為車載部分，其架構(gòu)如圖2所示。

1.1傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測相關(guān)環(huán)境參數(shù)，并對其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，使數(shù)據(jù)通過WSN傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)處，其處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力要求不高，因此采用簡單節(jié)約的設(shè)計(jì)方案。如圖3所示，傳感器節(jié)點(diǎn)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(fù)責(zé)對所需參數(shù)進(jìn)行采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換。處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理傳感器模塊采集的以及射頻模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。射頻模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)之間的通信，對數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送或接收。電源模塊負(fù)責(zé)為整個(gè)節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，是決定節(jié)點(diǎn)壽命的關(guān)鍵因素之一。電路則包括聲光電路、復(fù)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(jié)點(diǎn)的核心部分，本設(shè)計(jì)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(tài)工作，非常適合應(yīng)用在對功耗控制要求甚高的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該處理器同時(shí)擁有較強(qiáng)的處理能力和較豐富的片內(nèi)資源，擁有16kB閃存、512BRAM、2個(gè)16位的定時(shí)器、1個(gè)通用同步異步接口（USART）、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和6個(gè)8位并行接口。（2）射頻模塊。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)既需要發(fā)射又需要接收數(shù)據(jù)，因此本設(shè)計(jì)方案中的射頻模塊采用收發(fā)一體的無線收發(fā)機(jī)。射頻模塊采用Chipcon公司推出的無線收發(fā)芯片CC2420，它的工作電壓位于2.1~3.6V之間，收發(fā)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(shè)計(jì)采用PCB天線，進(jìn)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(xié)議；采用O-QPSK調(diào)制方式，抗鄰道干擾能力強(qiáng)；128B接收和128B發(fā)射用的數(shù)據(jù)緩存空間，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)250kb-ps。（3）傳感器模塊。傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集部分根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的傳感器，如溫度、濕度、振動(dòng)、光敏、壓力等傳感器。本文的研究重點(diǎn)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(hào)處理電路集成在一起，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)[3]。其工作溫度范圍在-40℃-123.8℃之間，其在-20℃-70℃范圍內(nèi)，溫度測量精度在±1℃以內(nèi)；濕度范圍在0%-100%之間，在10%-90%范圍內(nèi)，濕度測量精度在±2%以內(nèi)。

1.2匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，匯聚節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是接收傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲(chǔ)和處理后傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)處，同時(shí)，接收來自網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息，向傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測任務(wù)。匯聚節(jié)點(diǎn)是連接WSN和外部網(wǎng)絡(luò)的接口，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議間的轉(zhuǎn)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(chǔ)能力和通信能力要求較高。而為了與傳感器節(jié)點(diǎn)匹配，匯聚節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)與傳感器節(jié)點(diǎn)基本相似，如圖4所示，匯聚節(jié)點(diǎn)沒有傳感器模塊，增加了存儲(chǔ)器模塊和藍(lán)牙通信模塊。（1）處理器模塊。同樣的，處理器模塊也是匯聚節(jié)點(diǎn)的核心部分，主要負(fù)責(zé)控制整個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理來自射頻模塊或者藍(lán)牙通信模塊的數(shù)據(jù)，再將處理結(jié)果交給射頻模塊或者藍(lán)牙通信模塊發(fā)送出去。本設(shè)計(jì)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(tài)工作，但其擁有更強(qiáng)的處理能力和更豐富的片內(nèi)資源，48kB閃存和10KBRAM、2個(gè)16位定時(shí)器、1個(gè)快速12位ADC、雙12位DAC、2個(gè)USART接口和6個(gè)8位并行I/O接口。（2）存儲(chǔ)器模塊?？紤]到物流運(yùn)輸過程中環(huán)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(chǔ)器中的數(shù)據(jù)丟失，因此匯聚節(jié)點(diǎn)需要存儲(chǔ)一些重要的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)方案中，匯聚節(jié)點(diǎn)的外部存儲(chǔ)器芯片選用由Mi-crochip公司生產(chǎn)的24AA64，工作電壓低至1.8V，它采用低功耗CMOS技術(shù)，工作時(shí)電流僅為1mA，而且可以在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作。由于匯聚節(jié)點(diǎn)對存儲(chǔ)容量要求不高，而且24AA64芯片的存儲(chǔ)容量為64KB，擦寫次數(shù)可達(dá)到百萬次，因此一塊芯片即可滿足本系統(tǒng)的存儲(chǔ)要求。（3）藍(lán)牙通信模塊。本系統(tǒng)采用智能手機(jī)作為后臺(tái)系統(tǒng)和WSN之間的網(wǎng)關(guān)，來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。為了使匯聚節(jié)點(diǎn)與智能手機(jī)能夠進(jìn)行通信，采用藍(lán)牙通信協(xié)議。而在匯聚節(jié)點(diǎn)使用藍(lán)牙通信方式需要增加一個(gè)藍(lán)牙通信模塊。本設(shè)計(jì)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(dá)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(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)要求在后臺(tái)系統(tǒng)和WSN部署點(diǎn)間進(jìn)行雙向通信，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸功能，有兩種方案，一是匯聚節(jié)點(diǎn)增加移動(dòng)通信模塊，如GPRS模塊[4]；二是采用智能手機(jī)作為后臺(tái)系統(tǒng)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)關(guān)。方案一對匯聚節(jié)點(diǎn)的要求進(jìn)一步提高，不僅處理過程更加復(fù)雜，其能量消耗也大大提高；另一方面要實(shí)現(xiàn)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(yōu)勢明顯，采用智能手機(jī)可以進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行通信，使用內(nèi)置的GPS定位功能，后臺(tái)用戶可以在緊急事件發(fā)生時(shí)直接聯(lián)系貨車司機(jī)等。因此，本系統(tǒng)采用智能手機(jī)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)方案中，采用中國移動(dòng)M811手機(jī)作為測試對象，其支持4G/3G/GPRS等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可以方便地使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行通信；其具有GPS定位功能，可以實(shí)現(xiàn)貨車定位；具有藍(lán)牙通信功能，可與匯聚節(jié)點(diǎn)間采用藍(lán)牙通信；使用An-droid4.0操作系統(tǒng)，擁有豐富的開源資源，方便軟件的設(shè)計(jì)。

2系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用WSN中的傳感器節(jié)點(diǎn)檢測物流過程中相關(guān)環(huán)境參數(shù)并發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)處，由其將數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙連接傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)，智能手機(jī)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將加入GPS信息的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器。系統(tǒng)各部分的工作任務(wù)不一，硬件條件也有很大差別，因此系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也十分關(guān)鍵。

2.1傳感器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集和發(fā)送的工作，由于其能量及處理資源有限，因此需要采取節(jié)能和減少數(shù)據(jù)處理的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)方案中，傳感器節(jié)點(diǎn)采取按需求喚醒的工作方式，檢測等待時(shí)間（等待時(shí)間可由后臺(tái)設(shè)置）未到或者沒有收到匯聚節(jié)點(diǎn)命令時(shí)節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)；當(dāng)?shù)却龝r(shí)間一到或者收到命令時(shí)，立刻開始工作，進(jìn)行采集數(shù)據(jù)并發(fā)送，或者根據(jù)命令完成相應(yīng)操作，完成后又進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一次激活，其程序流程如圖5所示。

2.2匯聚節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)匯聚節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是接收傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，處理后通過藍(lán)牙傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)處，同時(shí)接收來自網(wǎng)關(guān)的命令，完成相應(yīng)的操作。相比于傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)的工作更加復(fù)雜，而且其能量和處理資源也不多，因此采取與傳感器節(jié)點(diǎn)相似的節(jié)能設(shè)計(jì)方案，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作交予網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，其程序流程如圖6所示。

2.3智能手機(jī)APP設(shè)計(jì)智能手機(jī)作為本系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等復(fù)雜工作，因此開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序（Applica-tionProgram，簡稱APP）來實(shí)現(xiàn)上述功能，其流程圖如圖7所示。該APP實(shí)現(xiàn)對智能手機(jī)內(nèi)部藍(lán)牙模塊的調(diào)用，通過藍(lán)牙連接與匯聚節(jié)點(diǎn)通信；利用智能手機(jī)的GPS模塊獲取位置信息，加入到接收到的傳感器數(shù)據(jù)中，再通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)；接收后臺(tái)系統(tǒng)的命令，完成相應(yīng)的操作；同時(shí)通過智能手機(jī)對應(yīng)的界面提供數(shù)據(jù)顯示、告警提醒以及日志功能。

3結(jié)語

第2篇：傳感技術(shù)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(tǒng)會(huì)議論文集。這次會(huì)議由意大利傳感器與微系統(tǒng)協(xié)會(huì)于2007年2月12-14日在Napoli城鎮(zhèn)舉行。本書收錄了本次會(huì)議上的近80篇論文,為傳感器與微系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供了一個(gè)獨(dú)特的視角。

傳感器與微系統(tǒng)是一門多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科,它涉及材料科學(xué)、化學(xué)、應(yīng)用物理、電子工程、生物技術(shù)等許多領(lǐng)域。本書將收錄的79篇論文依據(jù)其所屬的不同領(lǐng)域共分為9個(gè)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(shù)監(jiān)測,包含了對一種用于糖尿病人呼吸標(biāo)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(dòng)硅技術(shù)的極限:一種CMOS氣體敏感芯片、用基于碳納米管的納米復(fù)合層涂覆的薄膜體聲波諧振器制成的蒸汽傳感器、飲水機(jī)中水和酒精蒸發(fā)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(huán)境化學(xué)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(xué)傳感器陣列和網(wǎng)絡(luò),包含了一個(gè)用于易揮發(fā)性有機(jī)化合物分析的多通道的石英晶體微天平、一種用于酒質(zhì)量分析的新型便攜式微系統(tǒng)的發(fā)展等9篇文章;6.微制造與微系統(tǒng),包括通過實(shí)驗(yàn)研究濕多孔硅的拉曼散射現(xiàn)象、多孔硅上高流速滲透膜在氫過濾裝置中的應(yīng)用等13篇文章;7.光學(xué)傳感器與微系統(tǒng),包括金屬包層的漏波導(dǎo)化學(xué)和生化傳感應(yīng)用、結(jié)構(gòu)光纖布拉格柵傳感器:前景與挑戰(zhàn)等14篇文章;8.物理傳感器,包括通過多像素的光子計(jì)數(shù)快速閃爍讀出等6篇文章;9.系統(tǒng)和電子接口,包括能夠估計(jì)并聯(lián)電容值的非校準(zhǔn)的高動(dòng)態(tài)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(tǒng)在意大利的發(fā)展?fàn)顩r與趨勢,對于從事傳感器與微系統(tǒng)方面的研究人員及工程師們,它是一本十分有價(jià)值的參考讀物。

孫方敏,

博士生

(中國科學(xué)院電子學(xué)研究所)

第3篇：傳感技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：LEACH路由算法；相對位置分布；簇頭分布；距離因子；權(quán)重系數(shù)

中圖分類號(hào)：TP393.03文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，簡稱WSN)作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)展而結(jié)合產(chǎn)生的產(chǎn)物，是當(dāng)今國際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)。WSN中的節(jié)點(diǎn)具有低成本、計(jì)算能力弱、能量有限等特點(diǎn)，因此如何均衡其各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗對于延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)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(jì)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。

LEACH[2]路由協(xié)議作為一種能量有效、基于層次結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議[3]，最早提出了分簇的思想。這種思想下，將WSN中節(jié)點(diǎn)分為兩種類型：簇頭節(jié)點(diǎn)(Cluster Header，簡稱CH)與簇成員節(jié)點(diǎn)(Cluster Member，簡稱CM)。LEACH協(xié)議在實(shí)際使用中優(yōu)點(diǎn)十分明顯，每一輪的數(shù)據(jù)通信都在少數(shù)簇頭與基站之間進(jìn)行，而避免了其他大多數(shù)節(jié)點(diǎn)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(jī)選取簇頭也使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗得到了較好的均衡，延長了網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。

但同時(shí)，LEACH協(xié)議也暴露出了一些內(nèi)在的弱點(diǎn)，協(xié)議本身所采取的隨機(jī)選取簇頭的策略并沒有考慮到各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(yuǎn)的簇頭節(jié)點(diǎn)在與基站的通信過程中，消耗大量能量，最終過早死亡。而節(jié)點(diǎn)過早死亡的問題會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間的推移顯得愈發(fā)嚴(yán)重，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)剩余生存節(jié)點(diǎn)也很快死亡，網(wǎng)絡(luò)最終消亡。

論文從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與基站(Base Station,簡稱BS)之間相對位置的角度出發(fā)，分析了LEACH協(xié)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(chǔ)上，分析了整個(gè)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(xié)議改進(jìn)算法LEACH-DB (Distance Based)。通過引入距離因子及其權(quán)重系數(shù)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(dá)延長WSN生存時(shí)間的目的。

1 LEACH協(xié)議

1.1 LEACH協(xié)議路由算法分析

論文基于距離的概念，對LEACH協(xié)議的路由算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了LEACH-DB路由算法。該路由算法考慮了無線傳感網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)與基站之間的相對位置，并通過這種相對位置的關(guān)系來有意識(shí)的影響各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(shù)據(jù)通信開銷，延長了網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，提高了網(wǎng)絡(luò)性能。從仿真時(shí)間的結(jié)果可知，LEACH-DB路由算法對于網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的提升，相對于LEACH協(xié)議，延長了大約25%。這是一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)剩余能量情況，而根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量的概念來均衡整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗也是一個(gè)延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的有效手段。因此，今后的研究工作會(huì)圍繞這個(gè)問題繼續(xù)深入下去，以期將距離和剩余能量這兩個(gè)概念結(jié)合起來，更加有效的提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作性能。

[1]廖明華,張華,王東.基于LEACH協(xié)議的簇頭選舉改進(jìn)算法[J].計(jì)算機(jī)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(wǎng)絡(luò)LEACH協(xié)議能耗均衡改進(jìn)[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2008(11):1918-1922.

[4]路綱,周明天,佘堃,等.無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的壽命分析[J].軟件學(xué)報(bào),2009(2):375-393.

[5]呂濤,朱清新.一種基于LEACH協(xié)議的改進(jìn)算法[J].電子學(xué)報(bào),2011(6):1405-1409.

第4篇：傳感技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞:過程控制;人工免疫網(wǎng)絡(luò);傳感器

生產(chǎn)實(shí)踐表明測量裝置失效是導(dǎo)致連續(xù)工業(yè)過程控制間斷的重要因素之一[1]。因此，對連續(xù)工業(yè)過程進(jìn)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(jì)法、DS證據(jù)推理法、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理方法(ANFIS)和人工免疫網(wǎng)絡(luò)法等[2，3]。其中，連續(xù)生產(chǎn)過程中的物質(zhì)能量流模型和人工免疫網(wǎng)絡(luò)傳播模型相類似，所以利用這種關(guān)系進(jìn)行傳感器置信度評估已成為近年來自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前基于人工免疫網(wǎng)絡(luò)的傳感器置信度評估方法主要有:以Ishida為代表的動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用于水泥生產(chǎn)過程的設(shè)備傳感器置信度評估。但是Ishida動(dòng)態(tài)識(shí)別方法中只能處理傳感器關(guān)系確定的情況。因此，本文引入了傳感器關(guān)系的非確定性約束，用于連續(xù)生產(chǎn)過程傳感器之間為非確定關(guān)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(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)是在N.K.Jerne系統(tǒng)級(jí)識(shí)別方法基礎(chǔ)上提出的。N.K.Jerne認(rèn)為在免疫網(wǎng)絡(luò)理論中，免疫系統(tǒng)由識(shí)別集合組成，識(shí)別集合中的一些抗原可以被其他抗原激活，并產(chǎn)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(gè)抗原傳播到另外一個(gè)抗原，直至影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。對刺激信號(hào)的辨識(shí)不是一個(gè)抗原單獨(dú)完成的，而是通過抗原相互連接的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的[7，8]。Ishida動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)方法利用傳感器之間的約束條件為每個(gè)傳感器建立測試單元。在用動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳感器置信度評估時(shí)，網(wǎng)絡(luò)主體與傳感器相對應(yīng)，免疫細(xì)胞的濃度與傳感器的可靠性相對應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)平衡狀態(tài)與傳感器正常狀態(tài)相對應(yīng)，外部刺激信號(hào)和測試單元的測試結(jié)果相對應(yīng)。因此，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)傳感器不僅測量工業(yè)過程的物理量，還要評估其他傳感器的可靠性。在同一工業(yè)過程中，溫度、壓力、流量等傳感器的測量值之間既互相獨(dú)立又互相聯(lián)系;只要利用簡單的工業(yè)過程知識(shí)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(shí)現(xiàn)起來較為簡單。這種模型可用圖1的結(jié)構(gòu)表示。圖1　動(dòng)態(tài)人工免疫網(wǎng)絡(luò)圖中是一個(gè)包含n個(gè)節(jié)點(diǎn)的人工免疫網(wǎng)絡(luò)Nais(p(i)ais)，i =1，…，n。其中p(i)ais是網(wǎng)絡(luò)的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)， p(i)ais= {Aais，I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais}，Aais表示網(wǎng)絡(luò)中的抗體，I(i)ais表示第i個(gè)抗體的獨(dú)特位。在Ishida的方法中，p(i)ais與工業(yè)現(xiàn)場中的第i個(gè)傳感器的邏輯位置相對應(yīng)，抗體Aais與傳感器實(shí)體相對應(yīng)，抗體Aais的濃度與傳感器的可信度對應(yīng)，獨(dú)特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais對應(yīng)m個(gè)測試單元。對Aais(Aais∈p(i)ais)的刺激由第i個(gè)傳感器和其他傳感器建立的測試單元對應(yīng)的獨(dú)特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais產(chǎn)生。但是，測試單元存在如下缺點(diǎn)[3]:測試單元的結(jié)果只能用0，1，-1來表示，不能利用人工經(jīng)驗(yàn)等一些非確定知識(shí)。針對這些缺點(diǎn)本文進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了新型的測試單元。針對Ishida測試單元存在的不足，本文設(shè)計(jì)了模糊測試單元，使其能夠反應(yīng)傳感器數(shù)值間的非確定性關(guān)系。在動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)中，獨(dú)特位Iais實(shí)際上就是傳感器數(shù)值Sj和Sk的關(guān)系的體現(xiàn)，而這種關(guān)系用在模糊論域可分為5個(gè)等級(jí):{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(guān)系則代表了動(dòng)態(tài)識(shí)別免疫網(wǎng)絡(luò)中抗體之間刺激的強(qiáng)度。設(shè)在t時(shí)刻，抗體Aais對應(yīng)的傳感器j通過獨(dú)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(gè)數(shù)列之間的關(guān)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(jí)的隸屬度函數(shù)的中的常數(shù)，由Sj和Sk之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系決定。由外部刺激引起抗體濃度ri產(chǎn)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(jīng)驗(yàn)值取0.001;R(i)ais表示節(jié)點(diǎn)p(i)ais對應(yīng)的第i個(gè)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(shù);qais是網(wǎng)絡(luò)平衡狀態(tài)的調(diào)節(jié)系數(shù)，主要作用是傳感器網(wǎng)絡(luò)在正常時(shí)的可信度調(diào)節(jié)在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。

轉(zhuǎn)貼于 2　參數(shù)確定的方法在本算法中，需要確定的參數(shù)有兩類:一類是式(1)影響對獨(dú)特位刺激程度的參數(shù)μais和σais，另一類是影響網(wǎng)絡(luò)平衡狀態(tài)的參數(shù)ξais和qais。參數(shù)μais和σais主要表征了和獨(dú)特位對應(yīng)的測試單元中兩個(gè)傳感器之間的關(guān)系。這種關(guān)系通常是生產(chǎn)工藝所要求的(或者工業(yè)過程特性決定的)。要確定參數(shù)μais和σais，首先要獲取這兩個(gè)傳感器大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后以它們相同時(shí)刻測量值的差作為樣本。μais是該樣本的正態(tài)分布的均值，σais是該樣本的正態(tài)分布的均方差。參數(shù)ξais和qais影響網(wǎng)絡(luò)的平衡狀態(tài)，如圖2所示。從圖中可以看出:ξais越大，網(wǎng)絡(luò)對外界的反映就越靈敏，但容易產(chǎn)生誤報(bào)。qais越大Rais正常狀態(tài)下就越大;但是，qais過大會(huì)造成測量失效狀態(tài)下的可信度變大，容易發(fā)生漏報(bào)。參數(shù)ξais和qais可以通過學(xué)習(xí)得到。在傳感器正常工作狀態(tài)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(shù);R0為qais調(diào)節(jié)時(shí)傳感器正常狀態(tài)下置信度的平均值，一般可取0.7。在某個(gè)時(shí)刻，1732傳　感　技　術(shù)　學(xué)　報(bào)2008年能比較試驗(yàn)。ANFIS結(jié)構(gòu)如圖4所示，酵罐三個(gè)溫度傳感器，兩個(gè)作為輸入，另外一個(gè)作為輸出，對傳感器輸入值的隸屬度劃分為兩個(gè)區(qū)間:正常和異常。經(jīng)過訓(xùn)練以后和分別對應(yīng)于兩個(gè)輸入傳感器的“標(biāo)準(zhǔn)可信度”。圖4　ANFIS的結(jié)構(gòu)例如，當(dāng)對于罐頂傳感器的置信度評估時(shí)，建立2個(gè)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(gè)傳感器的評估方法也同樣。AN-FIS實(shí)驗(yàn)使用和人工免疫網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)相同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)窗口大小為30 ks。由于兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中的置信度沒有可比性，人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法中的置信度來源于人工經(jīng)驗(yàn)，ANFIS的標(biāo)準(zhǔn)的可信度來源于歸一化的權(quán)系數(shù)。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(tài)下的置信度，Ra表示異常情況下的置信度。對比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表2所示，從中可以看出，兩種方法結(jié)果是一致的，而當(dāng)偏差數(shù)據(jù)較大時(shí)，ANFIS方法ηt的較大，對故障數(shù)據(jù)比較敏感，在偏差較小時(shí)，人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法的ηt較大，對故障數(shù)據(jù)比較敏感。因此，人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法適用的數(shù)值范圍更廣一些。表2　對比實(shí)驗(yàn)的ηt結(jié)果傳感器偏差數(shù)據(jù)/℃人工免疫網(wǎng)絡(luò)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(jié)論論文研究了連續(xù)過程中傳感器具有非確定關(guān)系情況下的傳感器置信度評估。實(shí)驗(yàn)證明:①具有模糊測試單元的人工免疫網(wǎng)絡(luò)能夠使用人工經(jīng)驗(yàn)對傳感器的數(shù)據(jù)置信度進(jìn)行評估;②具有模糊測試單元的參數(shù)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(yīng)用單條件的閥值比較的方法輸出的結(jié)果不穩(wěn)定，論文將用復(fù)合的判決條件的方法在此深入研究。

參考文獻(xiàn)

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第5篇：傳感技術(shù)論文范文

由于機(jī)器人具有可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)使其成為執(zhí)行高危險(xiǎn)任務(wù)的理想平臺(tái)，具有步行能力的機(jī)器人更是該領(lǐng)域研究的前沿課題。

本論文為6腿機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)，采用了1種分層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用1點(diǎn)對多點(diǎn)的串行通信模式。論文對單關(guān)節(jié)控制器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡單研究并采用PID控制算法對關(guān)節(jié)的位置控制進(jìn)行控制。完成了基本的硬件設(shè)計(jì)，包括主從控制器的設(shè)計(jì)，主從通訊設(shè)計(jì)，延時(shí)及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，傳感器及其信號(hào)處理的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)方面，給出了主從通訊，步態(tài)算法的軟件實(shí)現(xiàn)程序框圖。

關(guān)鍵詞：6腿機(jī)器人、Motorola MCU、PID控制、主從通訊、編碼器、步態(tài)

第1章 緒論

1.1 課題的研究背景及意義

機(jī)器人學(xué)是迅速發(fā)展的交叉性學(xué)科，但世界各國對機(jī)器人的定義各不相同，聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給“機(jī)器人”下的定義:“1種可以反復(fù)編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、0件、工具的操作機(jī)；或者為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變的和可編程的動(dòng)作的專門系統(tǒng)”。

機(jī)器人技術(shù)成為高科技應(yīng)用領(lǐng)域中的重要組成部分?？梢灶A(yù)言，機(jī)器人技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景，它正向著具有行走能力、對環(huán)境的自主性強(qiáng)、具有多種感覺能力的智能機(jī)器人的方向發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)展與其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，引起了各國專家、學(xué)者的普遍關(guān)注。許多技術(shù)先進(jìn)國家均把機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)、研究列入國家高科技發(fā)展計(jì)劃，進(jìn)行大力研究。機(jī)器人學(xué)作為1門邊緣學(xué)科，成為當(dāng)前高科技發(fā)展的前沿學(xué)科，它與高等動(dòng)力學(xué)、材料科學(xué)、近代電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)控制理論與系統(tǒng)、傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)、系統(tǒng)工程等學(xué)科關(guān)系密切，相互滲透，共同發(fā)展。機(jī)器人的要害是自動(dòng)控制，是計(jì)算機(jī)與人工智能的結(jié)合，它解決CAD, CAM, CAE等1系列問題。機(jī)器人先進(jìn)程度和功能的強(qiáng)弱，通常直接受到其控制技術(shù)的影響。由于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型具有變參數(shù)強(qiáng)耦合、高度非線性的特點(diǎn)，機(jī)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、感知能力與伺服技術(shù)?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展、高級(jí)控制策略的探求，新1代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)與人工智能開發(fā)將給機(jī)器人技術(shù)帶來新的生機(jī)。

機(jī)器人學(xué)是迅速發(fā)展的交叉性學(xué)科，但世界各國對機(jī)器人的定義各不相同，聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給“機(jī)器人”下的定義:“1種可以反復(fù)編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、0件、工具的操作機(jī):或者為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變的和可編程的動(dòng)作的專門系統(tǒng)”。

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

第6篇：傳感技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：儀器儀表工程；專業(yè)碩士；校企合作；聯(lián)合培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-4107（2014）05-0086-02

一、校企聯(lián)合培養(yǎng)模式的特點(diǎn)

按著國家確立的儀器儀表專業(yè)領(lǐng)域碩士研究生培養(yǎng)目標(biāo)，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)對研究生教育至關(guān)重要。結(jié)合工科研究生教育的實(shí)際，國內(nèi)有學(xué)者提出在學(xué)位與研究生教育中影響創(chuàng)造能力培養(yǎng)的重要因素有：知識(shí)結(jié)構(gòu)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、科學(xué)方法、個(gè)性培養(yǎng)、管理工作[1]；也有學(xué)者針對全日制工程碩士教育提出，培養(yǎng)具有創(chuàng)新活力的未來工程師需要合理的師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，未來工程師應(yīng)該依靠工程師與科學(xué)家共同培養(yǎng)。應(yīng)該探索工程型科學(xué)家與科研型工程師合理配比的雙師型師資結(jié)構(gòu)[2]。西方發(fā)達(dá)國家與國內(nèi)創(chuàng)新教育有所不同，譬如美國研究生學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)的特點(diǎn)可概括為：重視基礎(chǔ)理論，強(qiáng)化學(xué)科間滲透；注重探索精神和研究能力的培養(yǎng)；有具體的學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和良好的學(xué)術(shù)氛圍；學(xué)術(shù)自治和社會(huì)監(jiān)督[3]。為了保證實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的同時(shí)，突出專業(yè)研究生實(shí)踐開發(fā)特色和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，東北石油大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院和大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司共同啟動(dòng)了校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，針對儀表工程領(lǐng)域工程碩士專業(yè)業(yè)務(wù)素質(zhì)培養(yǎng)進(jìn)行了一系列的探索與實(shí)踐，集中概括為三個(gè)方面：第一，為確保研究生具備從事本專業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)所必需的扎實(shí)理論基礎(chǔ)和優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)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(jīng)嚴(yán)格的專業(yè)訓(xùn)練以提升其研發(fā)能力，建立了嚴(yán)格的學(xué)位論文質(zhì)量保證體系；第三，為確保研究生綜合素質(zhì)的提升，建立了高效的研究生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)機(jī)制。

二、特色鮮明的課程體系

課程體系的構(gòu)建是校企聯(lián)合培養(yǎng)模式中十分重要的環(huán)節(jié)，事關(guān)研究生培養(yǎng)質(zhì)量。根據(jù)國家儀器儀表工程碩士學(xué)位標(biāo)準(zhǔn)，為了保證學(xué)習(xí)基礎(chǔ)突出、理論與實(shí)踐相結(jié)合、前沿技術(shù)與現(xiàn)實(shí)需求結(jié)合的培養(yǎng)特色，構(gòu)建課程體系要明確本專業(yè)的辦學(xué)定位，即掌握儀器儀表學(xué)科的基本理論和相關(guān)工程技術(shù)，了解本學(xué)科的歷史、現(xiàn)狀和國際上的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，掌握一門外語并能閱讀本專業(yè)的外文資料。培養(yǎng)學(xué)生具有較好的專業(yè)理論基礎(chǔ)，能較熟練運(yùn)用相關(guān)專業(yè)技術(shù)從事儀器儀表工程開發(fā)或?qū)嶋H應(yīng)用。要求學(xué)位獲得者掌握所從事工程領(lǐng)域的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和寬廣的專門知識(shí)，具有解決儀器儀表工程領(lǐng)域?qū)嵺`問題的先進(jìn)技術(shù)方法和現(xiàn)代技術(shù)手段。在明確辦學(xué)定位基礎(chǔ)上，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特色研究確定課程體系。具體課程規(guī)劃為公共必修課、專業(yè)必修課、必修環(huán)節(jié)和選修課四個(gè)模塊。按著培養(yǎng)方案要求每人修業(yè)不低于30學(xué)分，該課程體系突出現(xiàn)代傳感技術(shù)、光電檢測技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)四大研究方向。研究生可以根據(jù)自身研究方向自行選定選修課程，也可以根據(jù)課題需求和自身愛好跨專業(yè)選課，研究生有權(quán)自由選擇集中修業(yè)或跨學(xué)年修業(yè)。研究生參加全國電子設(shè)計(jì)大賽并榮獲獎(jiǎng)勵(lì)的可以置換智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)踐學(xué)分。

三、“四位一體”的學(xué)位論文質(zhì)量保證體系

針對儀器儀表專業(yè)領(lǐng)域碩士研究生校企聯(lián)合培養(yǎng)，歷經(jīng)探索形成了以研究生為主體、導(dǎo)師為引領(lǐng)、平臺(tái)為基礎(chǔ)、項(xiàng)目為依托“四位一體”的學(xué)位論文質(zhì)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(xué)習(xí)的主體，是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的主體，更是受教育的主體。其知識(shí)結(jié)構(gòu)、理論基礎(chǔ)、思維模式、實(shí)踐技能等內(nèi)在素質(zhì)和研究態(tài)度、工作熱情、勤奮程度等外在體現(xiàn)都是決定學(xué)位論文質(zhì)量的內(nèi)在因素，這些都需要導(dǎo)師對其研究生有充分的了解并經(jīng)常予以高度關(guān)注。為此在校企聯(lián)合培養(yǎng)模式下采用了雙導(dǎo)師制，研究生在校理論學(xué)習(xí)期間，主要由高校的導(dǎo)師負(fù)責(zé)理論學(xué)習(xí)指導(dǎo)和綜合素質(zhì)考核，進(jìn)入企業(yè)從事課題研究過程中主要由企業(yè)的導(dǎo)師負(fù)責(zé)指導(dǎo)開發(fā)實(shí)踐。無論校內(nèi)還是校外均以任務(wù)化管理的方式提供給研究生最大化的自由度和獨(dú)立研發(fā)空間。事實(shí)證明，這更有利于發(fā)揮學(xué)生自主創(chuàng)新思維。

第二，充分發(fā)揮導(dǎo)師的引領(lǐng)作用。雙導(dǎo)師作為創(chuàng)新培養(yǎng)體系的特征體現(xiàn)，在導(dǎo)師和研究生之間建立一種新型的“導(dǎo)學(xué)”關(guān)系，導(dǎo)師即要當(dāng)好向?qū)?，引領(lǐng)學(xué)生朝著正確的方向前行，使學(xué)生在探索創(chuàng)新的路上不至于迷茫；導(dǎo)師又要當(dāng)好伴侶，從思想層面上陪伴著學(xué)生，使學(xué)生在攀登科學(xué)高峰的進(jìn)程中不感到寂寞和孤單。目前儀器儀表專業(yè)聘請校內(nèi)導(dǎo)師12人、企業(yè)兼職導(dǎo)師5人，采取兩種選配方式：其一是由校內(nèi)教授擔(dān)任主導(dǎo)師，企業(yè)高級(jí)工程師為副導(dǎo)師；其二是由企業(yè)教授級(jí)高級(jí)工程師主導(dǎo)師，校內(nèi)年輕的副教授擔(dān)任副導(dǎo)師。無論哪種方式，主導(dǎo)師都要負(fù)責(zé)培養(yǎng)計(jì)劃的制訂并提供論文研究課題，副導(dǎo)師配合主導(dǎo)師完成對研究生的指導(dǎo)任務(wù)。雙導(dǎo)師配備原則主要考慮主副導(dǎo)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(shí)踐開發(fā)兩者優(yōu)勢互補(bǔ)。除此之外，有計(jì)劃地引進(jìn)和培養(yǎng)青年后備人才，將青年博士列入后備導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)，形成導(dǎo)師梯隊(duì)。近五年本學(xué)科引進(jìn)博士5人，在職培養(yǎng)博士7人，在讀博士12人，這些對于強(qiáng)化導(dǎo)師隊(duì)伍建設(shè)至關(guān)重要。

第三，加強(qiáng)平臺(tái)基礎(chǔ)建設(shè)，充分利用各級(jí)各類平臺(tái)為研究生研究課題和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)條件。目前儀器儀表專業(yè)主要依托油氣田控制與動(dòng)態(tài)監(jiān)測黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和黑龍江省高校校企共建測試計(jì)量技術(shù)及儀器儀表工程研發(fā)中心，并與大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司共建研究生創(chuàng)新設(shè)計(jì)培養(yǎng)基地。

第四，依托重大研究課題并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際精選研究生論文研究項(xiàng)目。校企聯(lián)合培養(yǎng)的研究生學(xué)位論文課題都是源于國家油氣重大專項(xiàng)、國家自然基金項(xiàng)目、黑龍江省自然基金、石油天然氣總公司計(jì)劃項(xiàng)目等課題。其主體研究方向面向油田生產(chǎn)測井及計(jì)量儀器儀表的現(xiàn)代傳感器研制。

四、“一個(gè)面向、三個(gè)結(jié)合”，實(shí)踐創(chuàng)新能力校企聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制

為了提高研究生實(shí)踐創(chuàng)新能力，建立了校企聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制。為此采取了一系列的手段與措施，突出體現(xiàn)一個(gè)面向、三個(gè)結(jié)合為特色的校企聯(lián)合兩段式教育培養(yǎng)模式。其中，一個(gè)面向特指儀器儀表專業(yè)研究生論文選題面向油田生產(chǎn)實(shí)際；三個(gè)結(jié)合特指具體研究開發(fā)與本專業(yè)研究方向密切結(jié)合、與高級(jí)別科研項(xiàng)目密切結(jié)合、與先進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置密切結(jié)合。校企聯(lián)合兩段式教育形式上體現(xiàn)為理論學(xué)習(xí)階段在校內(nèi)，實(shí)踐開發(fā)階段在企業(yè)。校企聯(lián)合兩段式教育的內(nèi)涵要充分利用儀器儀表工程學(xué)科特有優(yōu)勢，發(fā)揮研究生創(chuàng)新培養(yǎng)基地的作用，按高級(jí)工程技術(shù)人才培養(yǎng)模式，與行業(yè)企業(yè)深度合作，與油田生產(chǎn)測試及標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量密切結(jié)合的儀器儀表研發(fā)課題密切結(jié)合，形成儀器儀表工程專業(yè)學(xué)位研究生的校企聯(lián)合共同培養(yǎng)的教育模式。

具體操作上，第一，堅(jiān)持論文選題與油田生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。東北石油大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院與大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司共建研究生創(chuàng)新設(shè)計(jì)培養(yǎng)基地，因此，只有選擇面向油田生產(chǎn)實(shí)際與儀器儀表工程相結(jié)合的課題，才能將研究生真正置于校企聯(lián)合培養(yǎng)教育模式之中。第二，研究生要深入導(dǎo)師科研團(tuán)隊(duì)參與高級(jí)別項(xiàng)目研究：校企聯(lián)合培養(yǎng)模式中雙導(dǎo)師制的具體落實(shí)，集中體現(xiàn)在對于研究生的教育培養(yǎng)，而雙導(dǎo)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(dǎo)師科研團(tuán)隊(duì)參與高級(jí)別項(xiàng)目研究，才能以更加寬闊的視野面對技術(shù)領(lǐng)域高深問題，在實(shí)踐中更有效地鍛煉和培養(yǎng)自身的科研開發(fā)能力，快速提升思維能力。第三，研究生要深入開發(fā)現(xiàn)場親歷創(chuàng)新實(shí)踐。只有深入開發(fā)現(xiàn)場才能深入了解企業(yè)需求，進(jìn)而才能進(jìn)一步實(shí)踐創(chuàng)新。測試的核心技術(shù)是傳感器技術(shù)，油田測試領(lǐng)域的傳感器有其鮮明的特色，必須在苛刻的尺寸限制下實(shí)現(xiàn)井下各參數(shù)的測量，必須適應(yīng)井下的惡劣環(huán)境。因此，只有深入企業(yè)了解生產(chǎn)實(shí)際，才能有針對性地開展現(xiàn)代傳感技術(shù)及儀器研究，以提高測試水平，更好地為油田開發(fā)服務(wù)。否則，其研究成果將無法與生產(chǎn)實(shí)際對接，自然也無法參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

通過三年儀器儀表工程專業(yè)碩士研究生校企聯(lián)合培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐，結(jié)合自身的辦學(xué)條件及合作企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，尋求出一條有效路徑，從而進(jìn)一步明確了培養(yǎng)目標(biāo)；構(gòu)建了一套科學(xué)的課程體系；明確了以研究生為主體、導(dǎo)師為引領(lǐng)、平臺(tái)為基礎(chǔ)、項(xiàng)目為依托“四位一體”的學(xué)位論文質(zhì)量保證體系；突出體現(xiàn)儀器儀表專業(yè)研究面向油田生產(chǎn)實(shí)際、與本專業(yè)研究方向密切結(jié)合、與高級(jí)別科研項(xiàng)目密切結(jié)合、與先進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置密切結(jié)合的提高研究生實(shí)踐創(chuàng)新能力手段與措施。盡管因合作企業(yè)突出的行業(yè)特點(diǎn)和自身的企業(yè)文化，致使該校企聯(lián)合培養(yǎng)模式更多體現(xiàn)出個(gè)性化的特征，但仍有一定的推廣價(jià)值。今后，將繼續(xù)深入研究和不斷實(shí)踐，使得接續(xù)研究成果有更加廣泛的應(yīng)用性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張莉，柴寶芬.美國研究生培養(yǎng)模式解讀[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，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(xué)電子科學(xué)學(xué)院教授，博士，主要從事多維信息處理、生物識(shí)別及虛擬儀器工程研究。

第7篇：傳感技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞： 頻率測量； 聲表面波； 傳感器； 中界頻率

中圖分類號(hào)： TN911?34； TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(tǒng)的頻率測量是利用頻率計(jì)數(shù)電路[1]，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，這個(gè)規(guī)定的時(shí)間就是閘門時(shí)間，閘門時(shí)間是由雙穩(wěn)態(tài)電路提供的。測得的頻率數(shù)值[fx]，是在閘門時(shí)間[Tg]內(nèi)對脈沖的計(jì)數(shù)值[Nx]與閘門時(shí)間[Tg]的比值，即[fx=NxTg]。當(dāng)頻率計(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，被計(jì)數(shù)的信號(hào)脈沖首先通過閘門然后輸入計(jì)數(shù)器，一般狀況下，閘門的打開與閉合與計(jì)數(shù)脈沖在端口輸入的時(shí)間是不同的。因此在相同的閘門時(shí)間里，頻率計(jì)數(shù)器對相同的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)，最終的顯示值是不一樣的，即有可能產(chǎn)生[±1]個(gè)脈沖誤差值[2]。[Nx]會(huì)產(chǎn)生誤差，[Tg]也會(huì)產(chǎn)生誤差，這些誤差的疊加就構(gòu)成了實(shí)際的測頻誤差。利用晶振來產(chǎn)生基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)[Tg]，方法是晶振的輸出信號(hào)[fb]通過[n]級(jí)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(hào)的相對誤差；[δ0=df0f0]是晶體振蕩器的頻率準(zhǔn)確度，可以用來表示頻率信號(hào)的穩(wěn)定程度。

由式（2）可得，，被測頻率的相對誤差由兩方面內(nèi)容構(gòu)成。即系統(tǒng)石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度和量化誤差組成。量化誤差與兩個(gè)因素相關(guān)：被測信號(hào)的頻率值得上下限和雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出閘門時(shí)間。在某一頻率[fx]的值不變的情況下，閘門時(shí)間[Tg]越大，誤差值越小，閘門時(shí)間[Tg]越短，誤差值越大。如果取閘門時(shí)間[Tg]為某一定值時(shí)，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(huì)出現(xiàn)頻率值較低的信號(hào)測量精度較低，頻率值較高的信號(hào)測量值較高的情況。系統(tǒng)的測頻結(jié)果與頻率信號(hào)的高低有直接關(guān)系。為了避免出現(xiàn)以上的情況，本文設(shè)計(jì)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(shù)值。表面聲波傳感器的固有頻率達(dá)到了百兆Hz量級(jí)，這個(gè)頻率太高，因此很難被頻率計(jì)精準(zhǔn)測量，只有通過成比例的降低頻率才能精準(zhǔn)測量。本文的被測量是表面聲波傳感器在進(jìn)行了差動(dòng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)之后輸出的頻率。這個(gè)頻率在經(jīng)過混頻電路之后就處于0～1 MHz之間。這個(gè)頻率范圍是可以精準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(hào)有較強(qiáng)的選擇能力，只有信號(hào)的頻率在通頻帶內(nèi)的信號(hào)才能無失真的通過。在此可以按照頻率的高低來設(shè)計(jì)兩個(gè)聲表面帶通濾波器，設(shè)計(jì)方式主要是在插指換能器的密度上按事先計(jì)算的結(jié)果來排成不同的密度，聲波在諧振腔內(nèi)的振動(dòng)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(jù)插指的密度不同而不同，整個(gè)系統(tǒng)只要2個(gè)帶通濾波器就可以了。將來如果想要實(shí)現(xiàn)精度更高的系統(tǒng)，可以考慮多個(gè)帶通濾波器的情況，這樣帶通濾波器的設(shè)計(jì)難度會(huì)增加。

頻率信號(hào)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(shí)測頻以及何時(shí)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(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路1，從雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出端即得到所需要的寬度為基準(zhǔn)時(shí)間的值可以推算出外界加速度的大小。同理，當(dāng)[f1

2 分頻、計(jì)數(shù)以及顯示模塊的設(shè)計(jì)

被測信號(hào)的頻率介于0～1 MHz，相對數(shù)字電路器件來說信號(hào)的頻率稍高。電路各個(gè)元器件都有傳輸延遲的現(xiàn)象，高頻信號(hào)在測量中就會(huì)產(chǎn)生一些誤差，這些誤差體現(xiàn)在計(jì)數(shù)環(huán)節(jié)，譯碼環(huán)節(jié)及數(shù)碼顯示環(huán)節(jié)上。利用D觸發(fā)器具有分頻的特性，在正式測量前對信號(hào)進(jìn)行降頻，這樣可以得到一個(gè)頻率相對較低的信號(hào)。這樣的信號(hào)在后續(xù)的測量過程中不會(huì)帶有太大的誤差。

圖2是后續(xù)電路，包括顯示、分頻和計(jì)數(shù)3個(gè)環(huán)節(jié)。頻率降低的原理是通過D觸發(fā)器對輸入被測信號(hào)首先進(jìn)行兩分頻，這樣可以得到輸入信號(hào)頻率一半的被測信號(hào)。電路的結(jié)構(gòu)是把D觸發(fā)器的端口[Q]與D觸發(fā)器的置位端口D直接連接從而構(gòu)成兩分頻電路。觸發(fā)器輸出端的輸出信號(hào)再送到10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192D的UP端口，這個(gè)信號(hào)的頻率很高達(dá)到了1 MHz，所以必須用6個(gè)數(shù)碼管來顯示被測結(jié)果。低位計(jì)數(shù)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(jìn)制數(shù)字。電路圖里J1的功能是對數(shù)碼管進(jìn)行清零操作，以保證測量開始時(shí)數(shù)碼管都顯示0。整體電路如圖2所示。3 試驗(yàn)結(jié)果及精度分析

利用Multisim 10軟件對測頻電路進(jìn)行分析。分析過程為選取1 MHz的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，首先進(jìn)行2分頻，整體電路里的頻率計(jì)XFC1對上述信號(hào)進(jìn)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(hào)進(jìn)行觀測， 由圖3、圖4可得2分頻后的信號(hào)頻率約為被測信號(hào)頻率的一半。測試數(shù)據(jù)證明所設(shè)計(jì)的兩分頻電路滿足測量的要求。從表1可以看出，系統(tǒng)在測量時(shí)在低頻段的誤差幾乎為0，只有在高頻段才出現(xiàn)了誤差。信號(hào)源輸出的頻率為500 kHz時(shí)，系統(tǒng)的測量頻率為499 kHz，絕對誤差是1 Hz。信號(hào)源輸出的頻率為1 000 kHz時(shí)，系統(tǒng)的測量頻率為997 kHz，絕對誤差是3 Hz。

4 結(jié) 語

頻率的測量在科學(xué)研究工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面都具有很重要的作用，能否得到一個(gè)準(zhǔn)確的頻率值往往決定了一個(gè)檢測系統(tǒng)的優(yōu)劣。例如：現(xiàn)代很多傳感器輸出的信號(hào)具有準(zhǔn)數(shù)字化特征，這個(gè)特征就是信號(hào)不用進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換就可以直接輸入測量系統(tǒng)進(jìn)行測量，電路的結(jié)構(gòu)得以簡化，但是這個(gè)頻率信號(hào)的測量誤差是個(gè)難以解決的問題，傳統(tǒng)的測頻法無法解決在頻率的上、下限處測量時(shí)產(chǎn)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(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，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(shí)現(xiàn)。利用智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(wěn)態(tài)電路和相應(yīng)的觸發(fā)器。電路中的濾波與放大電路也要設(shè)計(jì)合理，只有所有的因素滿足系統(tǒng)的需要，整個(gè)系統(tǒng)才能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖4 雙通道示波器顯示圖

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)

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第8篇：傳感技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；溫室；農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)

目前現(xiàn)有的很多溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)仍采用封閉現(xiàn)場的監(jiān)控方式，或是通過有線通信方式進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。這些方式對溫室環(huán)境的監(jiān)控來說存在很大先天性缺陷。眾所周知，溫室的監(jiān)控對象的現(xiàn)場信息采集比較困難，因?yàn)樵诳臻g上溫室范圍廣比較分散，而且往往遠(yuǎn)離生產(chǎn)管理者。在時(shí)間上，溫室作物的生長周期長導(dǎo)致監(jiān)控周期長，以上環(huán)境對溫室環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)長期有效的監(jiān)控極為不利。

鑒于此情況，設(shè)計(jì)一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)對溫室環(huán)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(shí)間上長時(shí)間連續(xù)的采集策略。就可以滿足溫室監(jiān)控的信息采集要求。就可以有效解決現(xiàn)場信息遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控的問題。

1.ZigBee簡介

1.1 ZigBee的特點(diǎn)介紹

1.2 ZigBee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹

星形拓?fù)溆煽倕f(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)組成。終端節(jié)點(diǎn)和總協(xié)調(diào)器是一一對應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換只能由總協(xié)調(diào)器來完成數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由三部分組成，總協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。子節(jié)點(diǎn)只存在于總協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點(diǎn)之間，終端節(jié)點(diǎn)沒有子節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該只和他的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)狀拓?fù)溆煽倕f(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成。這和樹形拓?fù)湎嗤?，其?yōu)點(diǎn)是自由度高的數(shù)據(jù)路由協(xié)議，路由節(jié)點(diǎn)相互無阻數(shù)據(jù)交換，其中某個(gè)路由發(fā)生了故障，不影響數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)會(huì)沿著其他路由繼續(xù)工作。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)在網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上采用了星形無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：系統(tǒng)能夠根據(jù)溫室環(huán)境，采集農(nóng)業(yè)環(huán)境中的各種參數(shù)；在農(nóng)業(yè)現(xiàn)場組建網(wǎng)絡(luò)，使得形成自組織，分布式的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，并通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完成信息的匯聚、分析和發(fā)送。使網(wǎng)絡(luò)完整覆蓋監(jiān)控區(qū)域，采集的信息能有效的反映農(nóng)業(yè)環(huán)境的狀態(tài)。選擇相應(yīng)的采集頻率使數(shù)據(jù)在時(shí)間上完整的體現(xiàn)環(huán)境因子的變化規(guī)律；系統(tǒng)把相應(yīng)的環(huán)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(xiàn)有的硬件、軟件技術(shù)，使得信息完整而有效、減小傳輸中的能耗、提高網(wǎng)絡(luò)的壽命。

如圖2所示，在單溫室情況下的結(jié)構(gòu)原理圖，多個(gè)溫室監(jiān)控時(shí)，所有溫室的信息都被相應(yīng)的匯聚節(jié)點(diǎn)收發(fā)和存儲(chǔ)，最后所有的匯聚節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過GPRS通信。

3.硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件原理

系統(tǒng)中環(huán)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(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)還使用了GPRS收發(fā)裝置，可以完成溫室數(shù)據(jù)與上位機(jī)之間的無線交換信息和數(shù)據(jù)處理。上位機(jī)軟件必須完成多個(gè)溫室測量節(jié)點(diǎn)的信息匯總和分析，下達(dá)控制代碼給下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸和通訊協(xié)議的穩(wěn)定、安全，并能實(shí)時(shí)查看下位機(jī)情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)異常。

3.2 硬件組成

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的微處理器是ATmega16L單片機(jī)，這種單片機(jī)可以擴(kuò)展大量的模塊，自身的片載資源豐富。具體特點(diǎn)如下：在1MHz的工作頻率下，額定電壓3V，25℃時(shí)正常狀態(tài)功耗為1.1mA，空閑狀態(tài)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(jié)的可編程flash空間，獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，8MHz晶振；與IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容的JTAG接口。

結(jié)合無線模塊功耗和性能等其他技術(shù)參數(shù)，通過綜合考慮，CC2420無線模塊成為本系統(tǒng)的備選模塊。這種無線模塊符合IEEE80215.4標(biāo)準(zhǔn)，工作性能穩(wěn)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(shí)電流18.8mA，發(fā)送時(shí)電流17.4mA。

根據(jù)溫室實(shí)際情況與系統(tǒng)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(guān)系，為了系統(tǒng)的監(jiān)控要求，必須一起采集溫濕度。所以集成數(shù)字溫濕度傳感器SHT11滿足這種需要。其詳細(xì)特點(diǎn)如下：相對濕度和溫度測量；露點(diǎn)計(jì)算功能；低功耗；尺寸??；自動(dòng)休眠；長期穩(wěn)定性好；數(shù)字輸出。

本系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)的硬件連接電路。具體功能有：模塊為了減少使用難度，內(nèi)置了TCP/IP協(xié)議，方便完成點(diǎn)對點(diǎn)，點(diǎn)對多點(diǎn)等復(fù)雜的連接；性能穩(wěn)定，不論在室內(nèi)還是在自然條件下，都不受擾亂穩(wěn)定運(yùn)行，集成看門狗電路；可以不間斷在線工作，各種保護(hù)措施和手段保證了運(yùn)行的穩(wěn)定性，心跳防斷線機(jī)制、掉線實(shí)時(shí)復(fù)位、模塊死機(jī)實(shí)時(shí)管腳復(fù)位機(jī)制；實(shí)現(xiàn)IP方式或動(dòng)態(tài)IP+動(dòng)態(tài)域名解析方式的模式。

4.軟件設(shè)計(jì)

4.1 采集節(jié)點(diǎn)程序流程

傳感器首先采集溫室的環(huán)境參數(shù)，各節(jié)點(diǎn)與匯聚結(jié)點(diǎn)組成無線網(wǎng)絡(luò)，信息集中到匯聚節(jié)點(diǎn)，在接收到總節(jié)點(diǎn)的命令后，控制數(shù)據(jù)信息的采集和發(fā)送；可以設(shè)定發(fā)送時(shí)間，改變采集模式、控制采集節(jié)點(diǎn)、非工作狀態(tài)時(shí)休眠和工作時(shí)喚醒等。（如圖4所示）

4.2 匯聚節(jié)點(diǎn)程序流程

匯聚節(jié)點(diǎn)主要完成的功能是，建立并維護(hù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過接收子節(jié)點(diǎn)信息使其入網(wǎng)；利用星形網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)采集節(jié)點(diǎn)通信，收集各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息并對信息進(jìn)行初步處理并存儲(chǔ)；通過GPRS模塊接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，與遠(yuǎn)方的服務(wù)器進(jìn)行通信；對信息進(jìn)行解包和封裝，使信息在協(xié)議之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；按時(shí)通過GPRS模塊把初步處理的數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式發(fā)送，在特殊情況下接受并解析服務(wù)器發(fā)送來的命令，根據(jù)服務(wù)器端的命令來執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，例如，改變采集時(shí)間和頻率，挑選環(huán)境因子等。

5.總結(jié)和展望

本文介紹了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)開發(fā)的主要流程。解決了傳統(tǒng)布線繁瑣，機(jī)動(dòng)性差的缺點(diǎn)。無線傳感技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為用戶提供了一項(xiàng)創(chuàng)新有效的測控手段，相信將來會(huì)贏得廣大用戶的青睞。本系統(tǒng)還可以將用戶端延伸和擴(kuò)展到養(yǎng)殖場室內(nèi)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)飼養(yǎng)環(huán)境的自動(dòng)控制、精準(zhǔn)調(diào)控和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。在局部環(huán)境測控領(lǐng)域應(yīng)用有很好的發(fā)展前景。

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第9篇：傳感技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：速率陀螺儀；再平衡回路；表頭參數(shù)；阻尼比；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

中圖分類號(hào)：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，主要目的是敏感載體的角速度，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對載體的控制和穩(wěn)定，在位標(biāo)器上應(yīng)用陀螺儀的目的是測量天線在慣性空間的轉(zhuǎn)率，實(shí)現(xiàn)天線穩(wěn)定的伺服控制。為滿足系統(tǒng)對陀螺儀動(dòng)態(tài)特性的要求，需要陀螺儀的頻帶要寬（通常為80 Hz），響應(yīng)快、具有合適的阻尼（阻尼系數(shù)0.7±0.1）。位標(biāo)器上采用的陀螺儀多數(shù)是半液浮速率陀螺儀，其內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非線性因素多，影響陀螺性能的因素包括陀螺轉(zhuǎn)子特性動(dòng)平衡、支撐方式、浮油特性等，在使用中，覺得表頭參數(shù)不準(zhǔn)確，使陀螺回路的設(shè)計(jì)變得很困難；另一方面，實(shí)測陀螺儀頻率特性與生產(chǎn)廠家提供的理論值不一致，相差很大，給設(shè)計(jì)工作帶來困難。這里通過閉環(huán)試驗(yàn)，研究陀螺表頭參數(shù)在工作狀態(tài)下的變化趨勢，為陀螺回路設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供依據(jù)。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(nèi)部的一些不確定因素，使框架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加；同時(shí)，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(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼

1.1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

由于陀螺儀表結(jié)構(gòu)的幾何不規(guī)則性和復(fù)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(dòng)態(tài)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(yīng)，使得框架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)生了變化，即用等效轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)中，橫向剛性系數(shù)越大，其微運(yùn)動(dòng)量越小，圖1為單自由度速率陀螺儀數(shù)學(xué)模型圖。

圖1 單自由度速率陀螺儀數(shù)學(xué)模型圖

用動(dòng)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(dòng)量；Ix，Iy分別為繞輸入I、輸出軸O的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shù)；Ki為陀螺的力矩系數(shù)；β為外框繞輸出軸的轉(zhuǎn)角；α為外框繞輸入軸的微小轉(zhuǎn)角。

考慮到力矩再平衡特性，框架的轉(zhuǎn)角β較小，忽略擾動(dòng)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(shí)際情況，框架的剛度系數(shù)Kx遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻尼比Dx、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ix，依據(jù)式(2)的第二式，得:

α=－HKxβ′(3)

顯然，Kx越大，外框繞輸入軸的轉(zhuǎn)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(dòng)態(tài)過程中實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I由2部分組成的，第一部分為陀螺框架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Iy，第二部分為框架的剛度系數(shù)Kx引起的動(dòng)態(tài)附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

1.2 等效動(dòng)態(tài)附加阻尼

圖2為單自由度速率陀螺儀運(yùn)動(dòng)學(xué)模型圖。

圖2 單自由度速率陀螺儀運(yùn)動(dòng)學(xué)模型圖

如圖2所示，對于單自由度力反饋陀螺儀，當(dāng)輸入軸有角速度ωx，產(chǎn)生陀螺力矩Hωx，產(chǎn)生沿輸出軸的角速度β′，同樣產(chǎn)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(chǎn)生正壓力，產(chǎn)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(chǎn)生的摩擦力矩為2Frf；f為摩擦系數(shù)，則摩擦力矩的大小為:

2Frf=HrfL?β′(6)

因此，速率陀螺系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程式（4）為:

(Iy+H2Kx)β″+(Dy+HrfL)β′+Kii=0(7)

式（7）表明，生產(chǎn)陀螺表頭的廠家，通常提供參數(shù)Iy,Dy，考慮到陀螺的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，附加的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剛度系數(shù)Kx成反比，而剛度系數(shù)本身除了與框架的結(jié)構(gòu)形式、偏心度有關(guān)外，還與軸承的支撐形式等因素有關(guān)；在此覺得廠家提供的參數(shù)與實(shí)測的偏差較大，仍要做大量的試驗(yàn)工作，差別的大小由定性描述到定量確定，通過后面試驗(yàn)測試，分別確定出不同頻率階段，等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效的阻尼比，給出一個(gè)定量的變化范圍，為陀螺回路的設(shè)計(jì)提供一定的參考依據(jù)。

3 系統(tǒng)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(jié)構(gòu)形式如圖3所示，閉環(huán)陀螺再平衡回路的線性系統(tǒng)方框圖如圖4所示。

圖3 速率陀螺再平衡回路的結(jié)構(gòu)形式

圖4 陀螺再平衡回路的線性系統(tǒng)方塊圖

其中:Kθ為傳感器比例系數(shù)；Kt為力矩器系數(shù)；Iy為陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；H為陀螺角動(dòng)量；D為阻尼比；Ka為伺服回路靜態(tài)增益；

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

依據(jù)圖4示，閉環(huán)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(huán)傳函，進(jìn)一步表示為：

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

為方便，令E(ω)，F(xiàn)(ω)分別為式（10）右式的實(shí)部和虛部。

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

為了計(jì)算方便，把表頭的數(shù)學(xué)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(shí)間常數(shù)，且:

K=1/Dτ=Iy/D(12)

同樣，可以采用系統(tǒng)的開環(huán)特性，反算確定Iy、阻尼系數(shù)D，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:

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

類似，閉環(huán)傳遞函數(shù)式（9）表示為:

Φ(s)=u(s)/ωx(s)=

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

3 試驗(yàn)測試及研究

3.1 測試數(shù)據(jù)

陀螺表頭參數(shù)最簡單的確定方法為不考慮校正環(huán)節(jié)，而把表頭的傳感器的輸出經(jīng)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(shù)；另一種方法是考慮到校正環(huán)節(jié)，來確定表頭的參數(shù)，以某陀螺儀為例，廠家提供的表頭參數(shù)為：傳感器傳遞系數(shù)：500 mV/°；力矩器的力矩系數(shù)：1 gcm/mA；力矩電流與角速率比例尺：0.628 mA/°/s；動(dòng)量矩：36 gcm；阻尼系數(shù)：3.014×10-4 kgm2/s；時(shí)間常數(shù)：9.49×10-3 s。

陀螺平衡回路采用校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：

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

閉環(huán)、開環(huán)測試數(shù)據(jù)如表1所示，表1為陀螺閉環(huán)、開環(huán)測試數(shù)據(jù)。

3.2 表頭時(shí)間常數(shù)和增益的確定

分別計(jì)算了某陀螺表頭時(shí)間常數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表2和圖5所示。

分別計(jì)算了陀螺表頭增益曲線如圖6所示，在低頻階段，計(jì)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(dāng)頻率大于20 Hz，表頭的增益趨于穩(wěn)定值為0.13(gcms)-1，而與廠家提供的值相差1倍。

3.3 表頭實(shí)際阻尼與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

根據(jù)測得的試驗(yàn)值，可以確定隨著頻率的增大，表頭的阻尼比和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化曲線，分別見圖7，圖8所示。圖中的結(jié)果表明，表頭的動(dòng)態(tài)附加阻尼變化較大，達(dá)到1倍以上，參考前面的分析，是由于表頭動(dòng)態(tài)附加阻尼引起的。

表1 閉環(huán)、開環(huán)測試數(shù)據(jù)

頻率/Hz

開環(huán)

實(shí)測/dB線性模型/dB

閉環(huán)

實(shí)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(shí)測的閉環(huán)90°相移帶寬76.7 Hz，如果規(guī)定要達(dá)到80 Hz，可以再提高一點(diǎn)增益，從而達(dá)到要求；在低頻段，實(shí)際測試的開環(huán)幅頻dB數(shù)與線性模型相差8 dB數(shù)，估計(jì)是由于表頭內(nèi)的非線性引起的。

表2 陀螺表頭時(shí)間常數(shù)

頻率/Hz＜2020304050

時(shí)間常數(shù) /s0.014~0.0100.009 790.009 690.009 10.009

廠家提供/s0.009 46

注：時(shí)間常數(shù)的計(jì)算以兩個(gè)頻率10 Hz點(diǎn)作參考，其他點(diǎn)也可以

圖5 某陀螺回路測試的表頭時(shí)間常數(shù)

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(diǎn)異常

通過上面分析，表頭參數(shù)已經(jīng)確定，下面在敘述有關(guān)的參數(shù)確定后，依據(jù)設(shè)計(jì)輸入的要求，確定陀螺閉環(huán)帶寬（90 °相移的帶寬80 Hz）；再平衡回路系統(tǒng)采用－2－－1~－2的工程設(shè)計(jì)方式，仿真結(jié)果見圖9，按照此過程，較好地滿足了設(shè)計(jì)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(zhuǎn)動(dòng)慣量隨頻率變化曲線

5 結(jié) 語

陀螺表頭的增益和時(shí)間常數(shù)是陀螺回路設(shè)計(jì)過程中2個(gè)十分重要的參數(shù)，采用反算法，確定陀螺表頭增益、阻尼比及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在整個(gè)頻段內(nèi)的變化趨勢，為回路設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖9 某陀螺開環(huán)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(rèn)為主要是由于表頭結(jié)構(gòu)的幾何不規(guī)則性和復(fù)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(jù)對陀螺儀的帶寬要求，進(jìn)行合理的零、極點(diǎn)配置，達(dá)到陀螺儀性能指標(biāo)。

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