征信管理局哪年成立征信機(jī)構(gòu)信息安全規(guī)范

1、歸一化加權(quán)平均算法在溫度采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 /. - 1 - 中國(guó)科技論文在線 歸一化加權(quán)平均算法在溫度采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 范德輝，李曉林* 作者簡(jiǎn)介：范德輝，（1985-），男，研究生，主要研究方向：智能儀表。 通信聯(lián)系人：李曉林，（1956-），女，副教授，主要研究方向：智能儀表、集散控制系統(tǒng)及應(yīng)用（太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，太原 030024） 5 摘要：根據(jù)大棚溫室環(huán)境空間大以及其溫度分布受多種因素影響等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于多傳感器信息融合技術(shù)的溫度采集系統(tǒng)。該溫度采集系統(tǒng)采用 avr 單片機(jī)、cu50 熱電阻搭建硬件平臺(tái)，用嵌入式 c語(yǔ)言編寫程序。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用萊以特

2、準(zhǔn)則法消除疏失誤差，并采用歸一化的加權(quán)平均值融合算法對(duì) 8個(gè)通道檢測(cè)到的溫度信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到了采集溫度準(zhǔn)確的估計(jì)值。通過(guò)測(cè)試結(jié)果表明，運(yùn)用這種方法實(shí)時(shí)性好，可以提高系統(tǒng)的魯棒性與精10 度，適合平穩(wěn)過(guò)程的測(cè)量估計(jì)。 關(guān)鍵詞：溫度采集；多傳感器；萊以特準(zhǔn)則法；歸一化的加權(quán)平均 中圖分類號(hào)：tp 212 application of normalized weighted average algorithm in 15 temperature acquisition system fan dehui, li xiaolin (information engineering college,t

3、aiyuan university of technology, taiyuan 030024) abstract: the temperature distribution in large greenhouse environment is affected by many factors. a temperature acquisition system is designed based on multi-sensor information fusion 20 technology. the system adopts avr micro-controller and cu50 th

4、ermistor to build hardware platform, and embedded c language to compile program. on this basis, letts criterion is introduced to eliminate negligent error, and normalized weighted average fusion algorithm is used to process temperature data detected from eight channels in order to obtain accurate es

5、timated value of acquisition temperature. the testing results show that the method possesses good 25 real-time performance and can improve system robustness and precision. therefore, it is fit for measuring estimation of smooth course. keywords: temperature acquisition; multi-sensor; letts criterion

6、; normalized weighted average 0 引言 30 溫室中的溫度采集系統(tǒng)是其自動(dòng)控制系統(tǒng)重要的組成部分，它對(duì)于提高控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確度、節(jié)約能源、提高溫室的產(chǎn)量與質(zhì)量并最終提高溫室的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益起著重要的作用。然而由于溫室的原始特性，其溫度分布是不均勻的，受到的影響因素也較多。所以，需要進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量溫度值進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合來(lái)準(zhǔn)確判斷溫室的溫度。以往的辦法基本上都是選取溫室內(nèi)的溫度均值來(lái)進(jìn)行判斷。從而使得當(dāng)某種原因使得一些傳感器出錯(cuò)或受到一些干擾35 時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)誤差變得很大1。 這里提出的溫室溫度測(cè)量辦法是在多傳感器數(shù)據(jù)測(cè)量的基礎(chǔ)上，采用信息融合的技術(shù)以改善數(shù)據(jù)

7、采集系統(tǒng)的性能，從而達(dá)到正確測(cè)量溫度的目的。 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹 溫度采集系統(tǒng)原理圖，如圖 1所示。由于 8路信號(hào)調(diào)理電路完全一樣，所以畫了其中的40 一路信號(hào)調(diào)理電路原理圖，如圖 2所示。 /. - 2 - 中國(guó)科技論文在線 圖 1 系統(tǒng)原理圖 考慮到溫室面積大，并且溫度分不均勻，因此一般在溫室中放置多個(gè)溫度傳感器。系統(tǒng)45 以 atmel公司的單片機(jī) atmega16為核心，該單片機(jī)是 avr單片機(jī)中的高檔 atmega系列，具有增強(qiáng)型 risc內(nèi)核的 flash存儲(chǔ)器單片機(jī)，具有高速處理能力，低功耗，每mhz可實(shí)現(xiàn)1mips 的處理能力。avr 系列單片機(jī)廣泛用于工業(yè)

8、實(shí)時(shí)控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器、宇宙設(shè)備等個(gè)個(gè)領(lǐng)域。該單片機(jī)還具有一個(gè)特點(diǎn)，那就是它本身自帶有 512 字節(jié)的eeprom,擦寫壽命為 100,000次，這樣我們可以不使用外部的 eeprom來(lái)存儲(chǔ)一些需要掉50 電保護(hù)的數(shù)據(jù)（比如報(bào)警的上下限值）；同時(shí)該單片機(jī)還有一個(gè) 10 位的逐次比較型 adc,它與一個(gè) 8 通道的模擬復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)自端口 a 的 8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。這樣我們又可以集省了一個(gè) adc和模擬多路開關(guān)，從而集省了成本，由于溫度傳感器采用 8個(gè)cu50（阻值 54歐姆）的熱電阻同時(shí)采集 8路溫度參數(shù)，信號(hào)調(diào)理電路使用不平衡電橋來(lái)測(cè)量來(lái)自傳感器的微弱信號(hào)，并且

9、使用精密的帶隙電壓源作為基準(zhǔn)電壓，并且使用了精密儀表55 放大器 ad623將信號(hào)變?yōu)楹线m的單端模擬電平輸入到單片機(jī)的 8個(gè) adc端口2。 另外，此單片機(jī)還具有一個(gè)獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，以及片內(nèi)模擬比較器，使用看門狗組成復(fù)位電路，并且使用模擬電壓比較器進(jìn)行電源電壓的監(jiān)控可以提高系統(tǒng)的可靠性。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還采用max232芯片與 pc機(jī)進(jìn)行通信，同時(shí)還設(shè)計(jì)了四個(gè)按鍵和一個(gè) 1602液晶顯示器來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定2。 60 ref3a2k1u5tl431r2550(jm)r2650(jm)r2850?(jm)1 2j3cu50vcc2.5arg1in-2in+3-vs4 ref

10、 5out 6+vs 7rg 8u6ad623r41kr51kc12104c14104r272.5k(jm)+ c220.33uc16104vcc-5ar240.1kvcc-5ar61k c17104c15104ad1 圖 2信號(hào)調(diào)理電路原理圖 2 疏失數(shù)據(jù)的消除 假設(shè)該系統(tǒng)所采用的 8個(gè)溫度傳感器精度相同且測(cè)量結(jié)果具有正態(tài)分布特性。在進(jìn)行疏65 失誤差處理時(shí)，比較了格羅貝斯準(zhǔn)則、分布圖和萊以特準(zhǔn)則等幾種方法，最后根據(jù)該采集系統(tǒng)的特點(diǎn)和實(shí)際需求，決定采用萊以特準(zhǔn)則法消除粗大誤差2 3 4。 在萊以特準(zhǔn)則中能夠反映數(shù)據(jù)分布結(jié)構(gòu)的參數(shù)主要有：殘差 iv和標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì) 其定義 /.

11、 - 3 - 中國(guó)科技論文在線和用法如下： 假設(shè)對(duì)某一被測(cè)對(duì)象進(jìn)行多次獨(dú)立測(cè)量得到一列測(cè)列： 1x 、 2x 、 nx ， ix 為該70 列中的任一測(cè)量值。 定義殘差為： i iv x x= ? ， （1）3 標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)為： 2111invni ? = （貝塞爾公式） （2）3 設(shè)測(cè)量誤差服從正態(tài)分布，若數(shù)據(jù) iv滿足下式，則認(rèn)為 ix 含有粗大誤差，應(yīng)剔除 m axv 3i x> （3）3 75 3 歸一化加權(quán)平均算法 如果系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果次數(shù)有限時(shí), 一般的測(cè)量平均值法只是簡(jiǎn)單地將數(shù)據(jù)進(jìn)行平均, 在一些誤差處理的方法上只是將誤差平均化, 從而使得測(cè)量得到的數(shù)據(jù)精度不高。歸一化的加權(quán)

12、平均值算法在處理數(shù)據(jù)時(shí)利用計(jì)算數(shù)據(jù)的加權(quán)值來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合中誤差的引入,該算法相比經(jīng)典的數(shù)據(jù)融合方法計(jì)算量降低,與普通的算法相比,提高了測(cè)量精度。其中加權(quán)值計(jì)算方80 法的靈活性能夠滿足不同應(yīng)用背景的要求。 該方法具有計(jì)算量小、計(jì)算機(jī)編程容易等優(yōu)點(diǎn),適用于緩變量檢測(cè)系統(tǒng)。這與溫室溫度采集系統(tǒng)特點(diǎn)相匹配, 因此本系統(tǒng)采用了歸一化的加權(quán)平均值算法4 5。該方法具體介紹如下。 假設(shè)加權(quán)值為ai，i1,。對(duì)置于溫室中的典型位置的 8個(gè)溫度傳感器得到的測(cè)量列,85 首先得出一致性測(cè)量數(shù)據(jù),然后按照歸一化算法估計(jì)出接近溫度真實(shí)值的融合值,從而得到溫度的準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果 x+ , 消除測(cè)量過(guò)程中的不確定性4 5。

13、 由一致性數(shù)組xi , i1,可以得到測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值： 1,1ii nx xn = 。 （4） 計(jì)算每一測(cè)量值xi相對(duì)于均值 x 的偏差量 ix ： ix = xi - x ， i1, （5） 90 將偏差量 ix 代入權(quán)值函數(shù) f(x),作歸一化處理得到 ia ， i1,： ( )ii f xa = （6） 由歸一化偏差量得到加權(quán)值 ia ， i1, 1 , i na ii a ia= （7） 由加權(quán)值得到最終的平均值 x+即 95 x+ = *1, ii nix a （8） 其中： ( )if x 可以根據(jù)不同的應(yīng)用來(lái)選擇。 4 融合結(jié)果分析 溫室控制系統(tǒng)中采集的兩組數(shù)據(jù)，如表 l所示。

14、其中 ( )if x =(1/( * ix )*arctan(1/ ix ) 是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所得。 100 /. - 4 - 中國(guó)科技論文在線表 1多傳感器測(cè)量結(jié)果(單位：) 傳感器 1 2 3 4 5 6 7 8 ( )8x x+ 1 20.8 20.6 19.9 20.0 19.5 19.7 19.8 20.1 20.05 20.01 測(cè)量值 2 20.0 18.8 11.0 18.5 18.8 18.2 18.5 18.0 17.73 18.66 第一次測(cè)量后, 得到 8 個(gè)傳感器的平均值為 20.05。用歸一化的加權(quán)平均值算法進(jìn)行105 處理: 首先, 剔除疏失誤差值,

15、通過(guò)計(jì)算可知 8 個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)均為一致性測(cè)量數(shù)據(jù),采用前文所述方法, 可得 t+ =20.01。在第二組測(cè)量數(shù)據(jù)中, 由于 3 號(hào)傳感器發(fā)生故障, 其數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離其它數(shù)據(jù), 采用算術(shù)平均值的結(jié)果為: t(8)= 17.73。 利用萊以特準(zhǔn)則可得 3號(hào)傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)的誤差為疏忽誤差, 剔除此疏忽誤差值后, 余下的 7 個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。得 t+ =18.66。從仿真結(jié)果可以看出, 采用歸一化的加權(quán)平均值算法可以提高溫度采集的精度,110 同時(shí)有效消除了由于傳感器失效引起的誤差1。 5 結(jié)論 本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)在于將萊以特準(zhǔn)則和歸一化的加權(quán)平均值算法引入了溫室溫度的多傳感器采集系統(tǒng)。采用本文所述的多傳感器數(shù)據(jù)采集方案和數(shù)據(jù)融合方法, 能夠在硬件及其它條件不變的情況下, 使系統(tǒng)的檢測(cè)精度得到提高, 特別是當(dāng)系統(tǒng)中的某些傳感器失效時(shí), 115 系統(tǒng)可以依據(jù)其他非失效傳感器提供的信息, 通過(guò)數(shù)據(jù)融合獲知被測(cè)溫室的準(zhǔn)確溫度, 從而提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度, 為溫室控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的判據(jù)。 參考文獻(xiàn) (references) 1 張 娟,陳 杰,蔡振江. 基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的溫室溫度采集j. 傳感器與儀器儀表，2006，23(1)