基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的FPGA溫度補償QCM濕度傳感器系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、濕度作為重要的物理量，對自然界生物的生存和發(fā)展起到?jīng)Q定性的作用，因此對濕度的測量也顯得特別重要。石英晶體微天平(QCM)傳感器具有靈敏度高、選擇性好、穩(wěn)定性好、測量范圍廣等優(yōu)點為近年來研究的熱點。隨著新濕敏材料的發(fā)展，QCM濕度傳感器在測量濕度方面也有很大的突破。
　　QCM濕度傳感器是在石英晶體表面涂覆濕敏材料制成的。濕敏材料吸濕或脫濕會引起石英晶體表面質(zhì)量的改變，根據(jù)石英晶體的質(zhì)量和頻率之間的關(guān)系，會使石英晶體頻率的改變，從而

2、把濕度信號轉(zhuǎn)化成了頻率信號。但是石英晶體的固有特性和濕敏材料的溫度特性都會影響傳感器的輸出，給測量帶來誤差。為減小溫度對QCM濕度傳感器的影響，設(shè)計了溫度補償系統(tǒng)。該系統(tǒng)同時運用了硬件補償方法和軟件補償方法。
　　本文設(shè)計基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的FPGA溫度補償QCM濕度傳感器的硬件系統(tǒng)。QCM濕度傳感器和參考晶振的振蕩電路，產(chǎn)生的諧振頻率信號經(jīng)過整形濾波后，送入差頻電路的兩路頻率信號得到兩個頻率之差，此差頻電路抵消了溫度引起的部分漂移。另

3、一方面FPGA控制溫度傳感器得到現(xiàn)場溫度。FPGA根據(jù)檢測到的QCM頻率信號（差頻信號)和溫度信號，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法軟件補償求出濕度值，并顯示輸出。其中軟件補償是通過FPGA離片式BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來實現(xiàn)的，其過程大體分為兩步:
　　1、用MATLAB工具箱和實測的數(shù)據(jù)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。通過改變隱層神經(jīng)元的個數(shù)和學(xué)習(xí)率得到最佳的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
　　2、用FPGA實現(xiàn)最佳的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的前向傳播階段。此前向傳播階段的