來源：電子技術應用  作者：中南大學鐵道校區土木建筑學院 趙望達 劉勇求 賀 毅

    摘要：介紹一種利用徑向基函數(RBF)神經網絡和智能溫度傳感器DSl8B20改善傳感器精度的新方法。RBF網絡具有良好的非線性映射能力、自學習和泛化能力，通過大量的樣本數據訓練構建了雙輸入早輸出網絡模型，采用改進的算法實現了傳感器高精度溫度補償。

    關鍵詞：傳感器精度 溫度補償 徑向基函數神經網絡 溫度傳感器DSl8B20

    一般工業測控現場的環境溫度變化急劇，傳感器大多數都對溫度有一定的敏感度，這樣就會使傳感器的零點和靈敏度發生變化，從而造成輸出值隨環境溫度的變化而變化，導致測量出現附加誤差，因此溫度補償問題一直是工業測控系統中的關鍵環節[1]。本文采用DSl8B20智能溫度傳感器和RBF神經網絡相結合的溫度補償新方法來實現傳感器高精度溫度補償。本文介紹的方法將DSl8B20測量值作為溫度補償輸入，將傳感器本身的測量值作為另一輸入，用RBF神經網絡構成雙輸入單輸出的補償模型，輸出即為補償后的測量值。RBF神經網絡主要用于傳感器的數據處理，以改善傳感器測量精度。

　　1 DSl8B20數字溫度傳感器測溫原理

    1．1 DSl8B20的特性

    DSl8B20是美國DALLAS公司繼DSl820之后推出的增強型單總線數字溫度傳感器，它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DSl820有了很大的改進，這給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。其特點如下：

    (1)單線接口：僅需一根口線與單片機連接；

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

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

    (4)可編程的分辨率為9～12位，對應的分辨率為0．5～0．0625℃；

    (5)用戶可編程的溫度報警設置；

    (6)12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字量。

    1．2 DSl820引腳功能說明

    DSl820的PR-35封裝形式見圖1，其外表看起來像三極管。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。不過最常見的形式是PR-35封裝，其引腳說明如表1所示。

    在實際應用中，測量溫度往往在0℃以上，此時可只取16位二進制溫度輸出的低8位，即1個字節，這樣將使計算和編程工作更為便利。

    1．4 DSl8B20的測溫原理

    DSl8B20的測溫原理為：內部計數器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當到達某一設置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路。計數器設置為-55℃時的值，如果計數器到達0之前門電路未關閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當前溫度高于-55℃。同時，計數器復位在當前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數進行補償，計數器重新開始計數直到回零。如果門電路仍然未關閉，則重復以上過程。溫度轉換所需時間不超過750ms，得到的溫度值的位數因分辨率不同而不同[2]。DSl8B20同AT89C52單片機的接口電路如圖2所示。這種接口方式只需占用單片機一根口線，與智能儀器或智能測控系統中的其它單片機或DSP的接口也可采用類似的方式。

    2 RBF神經網絡及學習算法

    RBF神經網絡即徑向基函數(Radial Basis Function)神經網絡[3～4]，其結構如圖3所示。它很容易擴展到多輸出節點的情形，在此只考慮一個輸出變量Y的情況。

    RBFNN包括一個輸入層、一個隱含層和一個輸出層的最簡模式。隱含層由一組徑向基函數構成，與每個隱含層節點相關的參數向量為Ci(即中心)和σi(即寬度)。徑向基函數有多種形式，一般取高斯函數[5]。具體如下：

    上式中，m是隱含層結點數；‖·‖是歐幾里德范數；X，Ci∈R n，ωi是第i個基函數與輸出結點的連接權值（i=1,2…，m）。

    RBF神經網絡是一種性能良好的前向網絡，它具有最佳逼近性能，在結構上具有輸出一權值線性關系、訓練方法快速易行、不存在局部最優問題的特點。該網絡