基于FPGA的GO硅橋濕度傳感器溫度補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、濕度作為一個普通的物理量卻在我們的生活、工廠生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)種植等領(lǐng)域都有極其重要的作用。目前濕敏材料和濕度測量方法在國內(nèi)外已有大量的研究。本實驗室對氧化石墨烯研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯材料表面存在的羥基、羧基、環(huán)氧基官能團(tuán)具有很強(qiáng)的親水性以及較大的比表面積，是濕敏材料的理想選擇。半導(dǎo)體硅橋具有穩(wěn)定性高、靈敏度強(qiáng)等特點，可以把氧化石墨烯涂在硅橋上形成感濕薄膜，制作成濕度傳感器。但氧化石墨烯和半導(dǎo)體都存在著溫度特性，使得涂有氧化石墨烯的硅橋濕度傳感器

2、性能容易受溫度的影響而產(chǎn)生變化。因此，需要采用各種方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
　　Altera公司生產(chǎn)的FPGA芯片已經(jīng)在資源上高度集成，除了豐富的邏輯資源外還集成了多種專用集成模塊，使得設(shè)計方便、開發(fā)周期短;在速度上也已經(jīng)有很大的提高;并且FPGA開發(fā)成本低，是作為各種設(shè)計應(yīng)用處理器的最佳選擇。徑向基(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，并且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、收斂速度快、可以任意逼近非線性函數(shù)。因此，可以利用FPGA實現(xiàn)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理濕

3、度傳感器溫漂問題。
　　本文就以FPGA芯片為核心器件，設(shè)計實現(xiàn)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對濕度傳感器溫漂進(jìn)行補(bǔ)償。在文章中首先對涂有氧化石墨烯的濕度傳感器特性進(jìn)行實驗分析后，設(shè)計制作了濕度傳感器測量電路，在恒溫恒濕箱中采集不同恒定溫度下傳感器的濕度特性（即相對濕度和硅橋輸出電壓變化的關(guān)系）實驗數(shù)據(jù)。在MATLAB中反復(fù)對實驗數(shù)據(jù)使用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，最終得到2輸入、21個神經(jīng)元、1輸出的網(wǎng)絡(luò)模型。
　　在FPGA上對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

4、的實現(xiàn)是利用SOPC Builder設(shè)計硬件架構(gòu)，通過添加指令，在NIOS環(huán)境下利用C語言進(jìn)行設(shè)計，這樣就解決了利用Verilog或VHDL設(shè)計消耗資源多和軟件模擬耗時多的問題。最后通過系統(tǒng)驗證結(jié)果表明這種方法實現(xiàn)簡單，可靠性強(qiáng)，消耗資源少。同時在FPGA上也設(shè)計實現(xiàn)了A/D和D/A的IP核及讀寫程序、串口調(diào)試程序、LCD接口及顯示程序、溫度讀取程序等。
　　GO硅橋濕度傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過濾波—放大—濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換芯片