基于反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)
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圖3中三層反向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加訓(xùn)練誤差呈明顯的收斂趨勢，而且訓(xùn)練速度快，經(jīng)過20余次訓(xùn)練即可完成。
然后對訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行驗證。分別選取無火測試樣本10組、陰燃測試樣本20組和有火測試樣本20組，經(jīng)過測試，全部符合預(yù)期結(jié)果。
3 系統(tǒng)實現(xiàn)
3．1 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)主要由MC13192及輔助電路構(gòu)成。MC13192是Freescale公司推出的符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的射頻芯片，其工作頻率是2．405～2．480GHz，該頻帶劃分為16個信道，每個信道占用5 MHz的帶寬；采用直接序列擴(kuò)頻方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為250 Kb／s。芯片采用可編程功率輸出模式，發(fā)送功率為0～4 dBm，接收靈敏度可以達(dá)到-92 dBm，傳輸距離30～70 m。
為滿足低功耗要求，MC13192除接收、發(fā)送和空閑三種工作狀態(tài)外，低功耗運行模式還有：
(1)掉電模式，芯片電流小于1μA；
(2)睡眠模式，芯片電流在3μA左右；
(3)休眠模式，芯片電流約為35μA。從而有利于降低MCU處理功率和縮短執(zhí)行周期。
3．2 預(yù)處理單元
預(yù)處理單元首先承擔(dān)來自多傳感器陣列的初級信息處理，主要由MC9S08GT60A8位單片機(jī)、ZigBee無線傳感模塊MC1319、傳感器接口和電源電路組成。微控制器MC9S08GT60A通過傳感器接口電路定期采集來自各類傳感器的數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)把模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗等初級處理，之后把數(shù)據(jù)經(jīng)過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)送至信息融合處理單元進(jìn)行進(jìn)一步處理，并且在出現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中斷等異常情況下，承擔(dān)起應(yīng)急控制的任務(wù)。
預(yù)處理單元采用電池供電模式，因此功耗是單元設(shè)計必須考慮的問題。MC9S08GT60A是Freescale公司生產(chǎn)的一款低成本、高性能的HCS08系列8位微控制器單元(MCU)。該系列的所有MCU均采用增強(qiáng)型HCS08內(nèi)核，并提供多種模塊、內(nèi)存大小、類型和封裝形式，內(nèi)帶64 KB的FLASH和4 KB的RAM。當(dāng)預(yù)處理單元數(shù)據(jù)接收、處理和發(fā)送結(jié)束后，MC9S08GT60A立即關(guān)閉射頻收發(fā)器，然后迅速進(jìn)入休眠模式，以最大限度節(jié)約電能。
3．3 信息融合處理單元設(shè)計
信息融合處理單元是整個火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的核心單元。主要由微處理器MCF52233，ZigBee收發(fā)模塊MC13192，RS 232串口收發(fā)電路、RJ45 網(wǎng)絡(luò)接口電路、GSM短信模塊、聲光報警模塊及電源模塊組成。其原理圖如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/153987.htm
其中，微處理器MCF52233是信息融合處理單元核心器件，承擔(dān)所有傳感數(shù)據(jù)的接收、融合判斷、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分發(fā)和各種輸出控制等功能。 MCF52233是Freescale公司基于Coldfire核的32位微控制器，主要性能特點適合本系統(tǒng)的設(shè)計需求，其主要功能模塊包括8 KB SRAM、直接內(nèi)存存取控制器DMAC、中斷控制器ITC、可編程定時器計數(shù)器Programmable Timer、脈寬調(diào)制電路PWM、串行接口電路SIO、MD轉(zhuǎn)換器等。還包含高速的晶振電路0SC3、鎖相環(huán)(PLL)、低速晶振電路和一個實時時鐘；串行接口電路則用于系統(tǒng)的配置及現(xiàn)場調(diào)試；RJ45網(wǎng)絡(luò)接口電路主要包括H1102濾波器和RJ45接口，完成監(jiān)控信息的網(wǎng)絡(luò)分發(fā)及遠(yuǎn)程監(jiān)控和系統(tǒng)參數(shù)配置；報警功能包含GSM短信及現(xiàn)場聲光報警方式，以適應(yīng)現(xiàn)場值班及無人值守兩種情況。
4 結(jié)語
基于反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)揮多傳感器信息資源的優(yōu)勢，通過對這些傳感器在空間或時間上的冗余或互補(bǔ)信息依據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行融合，以獲得對被測對象更為準(zhǔn)確檢測和一致性描述，提高了火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的可靠性，使得該模型的監(jiān)測結(jié)果比單一傳感器所構(gòu)成的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性能。
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