基于RBF网络的传动滚筒测温系统

　　0 引言

　　滚筒是带式输送机的重要部件之一。传动滚筒用来传递牵引力，也可传递制动力。通常由于摩擦生热等原因，使传动滚筒产生大量的热，轻则将传输带磨损、烧焦，重则烧毁传输带，引起矿井火灾[1]。

　　据估计，在现代化工业生产中，各种检测总量的 50% 左右是温度测量[2]。系统采用全辐射测温，但不使用补偿电路，利用径向基神经网络对测量结果进行软件补偿。

　　1 系统描述

　　带式输送机传动滚筒测温系统由数据采集单元、数码管显示单元、LPC2132 控制单元、键盘电路、温度补偿电路、执行机构组成，如图1 所示。

　　1. 1 数据采集单元

　　数据采集部分采用热释电型红外传感器作为探测器，经过放大与消噪传入 LPC2132 控制器，利用控制器中的A/D 芯片进行数模转换。模块框图如图2 所示。

　　根据高斯物像和相似三角形关系可以得出:

　　式中: D₀为通光孔径; d 为探测器直径; f 为物镜焦距; l 为探测器位置; L 为物距; D 为理论测量距离。

　　在系统调试和标定后固定探测器，测量l 的值为11. 2 mm，代入式( 1) 得出系统的距离系数:。

　　探测器的输出电压在 μV 级，要检测出如此小的信号就要求系统有较高的分辨率，需要选择合适的前置放大器。根据阻抗匹配原则和 Friis 公式[3 -4]，源极输出器需达到很高的输入阻抗( 大于 108 Ω) ，可满足热释电红外探测器的阻抗匹配要求，文中采用 SC70 -5 封装的 OPA378 精密运算放大器。

　　为了抑制其他频率的噪声，需配合使用选频放大器。选频放大器只放大与被调制辐射同频率的交流信号，其频率就是经过调制盘( 斩光器) 调制后的频率。室温时，光信号在斩光频率203 Hz 时出现一个峰值，然后呈现下降趋势。在 203 ～ 1 500Hz，光信号随斩光频率的增大而减弱，证明光声信号与斩波频率有ω- 1的关系[5]。故选择 200 Hz 的选频放大器效果最佳。检波电路比较复杂，包括倒相器、全波同步检波器、采样保持电路、滤波器等。作用是将交流输入信号变成峰峰值的直流信号输出。

　　1. 2 温度补偿电路

　　根据调制盘斩光原理，当调制盘( 斩光器) 遮光时，探测器会接收到调制盘的热辐射，其功率差是一个正比于( T物- T4调)的函数。通常采用光学补偿和电气补偿 2 种方法。这里只需测出环境温度，在后面的 RBF 神经网络中一并补偿。T调为调制盘的温度，T物为物镜的温度。

　　温度补偿电路测温元件采用 DS18B20，其单总线通信，接口方便。使用时只需将 GND 引脚接地，VDD 接 3. 3V 电源，DQ 引脚接控制器 P0. 1 引脚。此单元的硬件容易实现，软件部分是设计的重点。由于 DS18B20 对时序有严格要求，最小时隙只有1 ～2 μs，要想实现精确定时，需要利用 LPC2132 控制器的 32 位可编程定时/计数器。每次操作时将所需的时隙植入定时器，当定时器溢出时产生中断，中断结束后控制器开始执行下一步操作。