智能压力传感体系的规划

    传感器作为测控体系的前端，其作业稳定性和可靠性直接影响全部测控体系的稳定性。但是，现在传感器受比如温度、湿度、电源动摇等环境要素的影响，其输出大都为非线性，致使其准确度大为降低，形成丈量精度不高、稳定性差等疑问。压阻式压力传感器是运用*广泛的压力传感器之一，也同样存在上述疑问，它运用半导体资料的压阻效应[1]来进行压力丈量，具有灵敏度高、动态呼应好、准确度高、体积小、重量轻等特色。但因为半导体资料的固有特性，压阻式传感器的输出值不只决定于输入的压力，还遭到环境温度改变的影响，然后发生温度漂移表象，再加上其本身所存在的非线性疑问，器材在封装加工过程中遭到的应力以及供电电源动摇等影响，使丈量精度难以满足丈量请求，这己变成体系性能的严峻妨碍，特别是在环境温度改变较大的运用场合更是如此。压阻式压力传感器本身输出的是一个小电压信号, 在运用的过程中通常要对该信号进行收集, 然后处理为规范信号。

    对于以上疑问，不只需求从硬件上运用适当的信号调理电路等来按捺温度等其它非方针参量的影响，并且需求从软件上进行抵偿，选用数据交融处理[2-4]。这篇文章规划了一种以c8051f410微处理器为中心的智能压力传感体系[5]。体系选用压阻式压力传感器，在电路规划中，选用恒流源电路，差动扩大电路，高性能集成温度传感器ds18b20[6]等减小温度等环境要素对传感器的影响。体系还选用软件抵偿来批改传感器温漂及非线性。c8051f410微处理器对传感器的输出信号进行采样处理，并可直接显现成果，也可经过rs-232通讯口和上位机通讯，通讯协议为现在工业上常用的modbus协议。体系将温度差错模型及校对算式存储在内部的微处理器中，对丈量数据进行温度差错批改。该体系具有高精度，高抗搅扰才能等特色。

2  体系构造

  　此压力传感器收集体系由硬件和软件两有些构成，如图1所示体系硬件首要包括压力传感器及其扩大有些、温度传感器、单片机电路、显现有些和键盘输入。软件有些包括以下模块：对单片机及a/d变换器的初始化、a/d变换器的校准(包括各通道增益)、零点漂移校对、现场压力和温度数据的收集、压力传感器的零点校准、温度漂移抵偿和非线性抵偿、串口通讯。单片机对接收到的信号进行必要的处理后发送到显现设备显现给用户，也可以依据需求把数据存储到存储器材中。用户经过键盘对体系进行操控。

3  体系硬件规划

3.1 选用恒流源供电减小温度对灵敏度的影响

    　四个一样阻值的压阻构成惠斯通电桥，设阻值为r，当遭到应力时电阻的阻值改变为△r，受温度影响电阻改变量为△rt。用恒压源供电时输出电压与温度有关且为非线性，不能消除温度的影响。

恒流时：v=i△r(1)

    　从上式可以看出输出电压与温度无关，这就消除了温度对传感器输出信号的影响。所以压力传感器的供电办法选用恒流源供电，以减小温度的影响。tl431是德州仪器公司出产的一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。tl431的温度系数为30ppm/℃，输出恒流的温度特性要比通常镜像恒流源或恒流二极管好得多。本规划中选用tl431来完结恒流源电路，如图2所示。

3.2 选用差动扩大电路进步输入阻抗

在检查技术运用中，压阻效应宣布的电阻值改变输出的信号通常较弱，并且其间还包括工频、静电和电磁耦合等共模搅扰，对输入的模拟信号通常要经过扩大，使模拟量适合于模数变换器的电压变换规模。对信号的扩大请求扩大电路具有很高的共模按捺比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。信号扩大器选用ad公司出产的通用仪器仪表单片扩大器ad522，ad522首要可用于恶劣环境下请求进行高精度数据收集的场合，具有低电压漂移、低非线性、高共模按捺比、低噪声、低失调电压等特色，因此可用于很多12位数据收集体系中。图3为ad522典型接法，图中三个运放构成差动扩大电路，差动输入端v1和v2分别是两个运算扩大器(a1、a2)的同相输入端，具有较高输入阻抗。选用对称电路构造，且被测信号直接加入到输入端上，然后有较强的按捺共模信号的才能。a3为差动跟从器。丈量扩大器的输出：

运放a1和a2构成的同相输入差动电路失调电流、电压、噪声和漂移都很小，具有高输入阻抗、高共模按捺比和开环增益，对细小的差模电压很灵敏，并适用于丈量远距离传输过来的信号，适宜于细小信号输出的压力传感器扩大。电路可经过调理电阻rw来调整扩大倍数。

    　在接近运放电源引脚处加电容去耦，去耦电容选用0.lμf外表装置的陶瓷片状电容和l0μf电解电容，ad522输出经滤波后连接到c8051f410的ad收集引脚。

3.3 温度传感器信号的提取

   　 压力传感器的作用是，监测主传感器作业时因为环境温度改变或被测介质温度改变而导致压力灵敏元件温度的改变,以依据其温度改变批改、抵偿因为温度改变对丈量带来的差错，这篇文章压力传感器丈量环境的温度是运用dallas公司出产的集成温度传感器ds18b20[8]测定的，温度传感器ds18b20是数字化单线总线接口的温度传感器，它具有线路简单、体积小、低功耗、抗搅扰才能强等优点。它的丈量温度规模为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃规模内，精度为±0.5℃。传感器直接输出的就是温度信号数字值，单总线即只要1 根数据线,体系的数据交换、操控都由这根线完结。主机或从机经过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以答应设备在不发送数据时可以开释总线，而让其它设备运用总线。

    　现场温度���接以“一线总线”的数字办法传输，大大进步了体系的抗搅扰性。适合于恶劣环境的现场温度丈量。微操控器c8051f410经过对ds18b20的寻址，就可以读出传感器温度值然后简化了信号收集体系的电路构造。

4  体系软件规划

    因为硬件抵偿成本比较高且精度不高，需求联系软件进行数据抵偿，来进步温度漂移抵偿的精度，然后消除温度等多种非方针参量的影响。传感器非线性和温度差错的软件抵偿批改办法很多，神经网络己有很多成功的实例，它需求先获取一批传感器体系试验数据，然后离线学习，当学习完结后，提取神经网络的参数，编写相应的处理程序，将温度差错模型及校对算式存储在内部的微处理器中，对丈量数据进行温度差错批改。这篇文章选用了rbf网络模型对试验中收集的数据进行非线性抵偿仿真试验，抵偿压力传感器温度漂移。在对试验数据进行交融处理今后，运用c8051f410对非线性和温度改变发生的差错进行批改，抵偿取得了十分满足的效果，所得到的数据精度高，抗搅扰才能强，见附表。

5  结束语

这篇文章规划了一种以c8051f410为微处理器为中心的智能压力传感体系。体系选用压阻式压力传感器，选用恒流源电路，差动扩大电路，高性能集成压力传感器ds18b20等硬件办法来按捺温度等其它非方针参量的影响。体系还进行了软件抵偿，选用rbf神经网络数据交融处理批改传感器温漂及非线性。体系选用c8051f410微处理器对传感器的输出信号进行采样处理，并直接显现成果，也可经过rs-232与上位机通讯。试验成果证实该体系具有低功耗、低漂移、速度快、精度高、抗搅扰才能强等特色。