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基于ADuC824的智能厚膜微通博最新娱乐官网的设计

来源:通博最新娱乐官网 时间:2018-09-04
厚膜微压力传感器是一种新型的应变式压力传感器,利用厚膜电阻的压阻效应制作而成。具有工作温度范围宽、耐腐蚀、蠕变小、重复性好、性价比高等优点。ADuC824是美国AD企业推出的一种新的高性能单片机。利用ADuC824的强大功能,可对传感器信号进行运算处理,补偿传感器的非线性、零点及温度。ADuC824自身具有资源丰富、体积小、功耗低等优点。采用厚膜微压力传感器与高性能单片机ADuC824技术优势的结合,使智能厚膜微通博最新娱乐官网具有优良的特性。
1.工作原理
厚膜智能微通博最新娱乐官网的原理框图如图1所示。
厚膜微压力传感器将压力信号转换成mV信号,经调理电路后进入AD模块。运算处理模块对数字信号按一定的算法进行处理,如非线性补偿、温度补偿、零点补偿、工程量转换等,并经DA模块输出4~20mA的电流。电源模块将外部提供的变送器电源电压转换成一个低压直流工作电源和精密基准电源,可为自身和其他电路供电或使用
2.硬件设计
2.1高性能单片机
系统的核心部件为美国AD企业生产的高性能单片机ADuC8242。内核与8051指令集兼容,片内有8kB和640bte的闪速/电擦除程序、数据存储器及256 byte ram,并具有多个外围设备。ADuC824有两路高精度的Σ-△ADC,分别为16位和24。Σ-ΔADC具有抗干扰强、分辨率高、线性度好、量化噪声小、转换速度快的优点,在传感器、变送器的智能化方面应用厂泛。传感器输出的mⅤ信号可通过24位的主通道输入。主通道具有缓冲能力并可编程,有8个输入范围供选择;还可以在输入端放置RC滤波,以消除噪声和降低射频干扰;采用sinc3可编程低通滤波器可得到输出率从5.35~105.03Hz的转换结果。16位的辅助通道可接热敏电阻或热敏二极管,或直接接通片内的温度传感器。这一通道检测到的温度信号可方便地用来进行传感器的温度补偿。
2.2串行输入D/A转换器
D/A转换器选用AD企业的AnA2131。它由电流环路供电,以串行方式输入16位数宇信号,输出4~20mA电流,可实现远程智能工业控制。AD421主要由电压调整器、数模转换器、电流放大器组成。电压调整器从电流环路中获取电流,管脚LV与V的不同接法可使V电压分别为5V、3.3V、3V,为AD421和电路其他器件供电。AD421还产生两个基准电压+1.25V、+2.5V.数模转换器的数字接口由 CLOCK、DATA、 LATCH组成。串行数据接收到移位寄存器中,在时钟的作用下逐位读入, LATCH信号将数据锁存在DAC中。电流放大器对电流进行精密放大,保证输入的数宇量与相应电流的单调性。ADA21可与具有SP串行接口的单片机直接相连,没有SP接口的单片机,可用App模拟的方法实现。给出其与SP接口的连接方式,如图2。
AD421有正常与报警两种电流输出方式。若在两个锁存脉冲间隔输入16个时钟周期,就锁存16位数字信号并完成正常的电流转换,若多于16个时钟周期,只锁存后输入的17位数据并输出报警信号。当输入为0到满量程时,输出相应的4~20nmA电流。图3(a)、图3(b)分别是AD421在两种工作方式下的时序图。
2.3传感器的供电电源
压阻式传感器的主要缺点是易受温度的影响。它既可由电压源供电,也可由恒流源供电4。当由电压源供电时,输入输出特性为
式中:E为电压源;△R为电阻值改变量;R0为各桥臂的初始电阻值。
恒流源供电时,输入输出特性为
式中为恒流源。
比较式(1)、式(2)得出:电压源供电时,输出与R0有关,而R0在工作温度变化时,会产生温度干扰量,从而对输出产生影响。而恒流源供电时,由于没有温度干扰量,故在理论上无温度误差。在实际电路中,由于工艺的原因,恒流源供电不能完全解决温度的影响。可采用App补偿的方法进一步改善。在电路中,采用恒流源对传感器进行供电,只要恒流源两端的电压大于其工作电压,就可根据需要控制电流的大小在系统中,还有液晶等外围器件,可显示运行状态、数据的处理结果等。整个系统由于采用了集成度高、性能好的器件,使得电路设计简捷,可靠性增强
3.App设计
App设计采用 QuickStart开发系统进行开发,采用模块化设计,主要完成非线性校正、零点补偿、温度补偿等功能。
3.1非线性校正
非线性校正可采用曲线拟合法或表格法(分段线性插值法)。曲线拟合法在多项式次数较高时,计算比较费时,采用表格法可提高数据的处理速度。
式中:P为求出的压力值;U为采样的电压值;Uk、Uk+1为k、k+1点时的电压值;Pk、Pk+1为k、k+1点时的压力值;采样到电压值后,查表,找到U所在的区间,就可用上述方法求出P值。
3.2零点补偿和温度补偿
零点补偿的方法类似于非线性校正。厚膜传感器的输出U不仅与压力p有关,而且与工作温度T有关,当T不同时,输出曲线也不相同。若按一维的标定特性求压力p,会产生很大的误差,因而,可采用多段折线逼近法进行温度补偿。设采样值所在区间为
补偿电压为
按反非线性特性可求出压力值p
4.结束语
本文先容了智能厚膜压力变送器的设计,该系统利用了ADuC824等高性能芯片,使电路结构简捷、增强了稳定性、减小了误差。利用单片机的强大功能,实现了非线性校正、零点和温度补偿,提高了系统的测量精度。
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