第四章:从软件角度分析系统,对主要模块的设计过程进行说明,对数据处理思想做了详细的说明。
第五章:数据处理与误差分析。对标定系统进行实验,得到相应的测量结果并进行误差的分析判断是否满足精度要求。
第优尔章:总结,对不足以及错误的地方进行相应分析。
2标定系统总体设计
2.1概述
在工作现场,标定传感器之后才能进行使用,用传统的大型设备进行标定费用较高,使用不便,因此,本文提出设计一个便携式的标定系统。本系统采用比较法,也就是用一个精度高的已经在实验室得以标定的标准压力传感器,用来标定被测传感器。在室外标定时,通过压力泵对两个传感器施加压力,在相同的环境下,两个传感器感知相同大小的压力,默认高精度的传感器是标准的,来判断出待标定的压力传感器的性能参数。另外我们可以实现和上位机的通讯,方便操作人员进行数据的观测。
选用一款高精度,高性能,具有较大存储容量的单片机,组成可达到高精度指标的传感器标定系统。本系统选用ATmega128单片机。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。数据吞吐率高达1MIPS/MHz,具有8通道10位ADC通道,4KB的EEPROM。能够满足本系统设计。为了更好的利用芯片资源,且AD转换精度相对较低,所以采用芯片自带的ADC通道。为了方便操作人员观察修改数据,本系统还设计了键盘和LCD显示模块,另外单片机和上位机之间采用RS232串口实现通讯。软件方面,考虑到C语言的通用性以及可读性,比汇编语言应用更加方便与广泛,所以在下位机中用C语言进行设计开发。上位机软件部分用图形化语言Labview设计,实现对数据的进一步处理。
2.2总体设计
本系统采用单片机作为主控芯片,扩展串行接口,AD采集模块,实现对外部传感器的数据接收和显示。所要完成的内容有:采集压力信号,对信号进行滤波、调理、放大,A/D转换后进行数据的计算和存储,并且利用键盘控制,显示测量数据,和上位机进行通信。本标定系统的工作原理如下:压力泵对两个传感器产生相同的压力,得到压力信号以后,通过电桥输出到信号调理电路中,进行信号的放大后,A/D转换后,将模拟信号转换成数字信号,输入到微处理器中进行处理,在软件中实现零位补偿、非线性补偿后,将数据存储并显示出来,对传感器的性能得以评估,另外能通过键盘进行控制。用RS232串口方式将得到的数据传输到上位机,实现进一步的处理,并将结果打印出来。
该系统的设计指标:
标定范围:0~500MPa
总不确定度:≤0.2% FS
工作温度:-10°C~50°C
相对湿度:≤85%
其总体框图如下:
图2.1便携式压力传感器标定系统总体框图
2.2.1硬件设计
通过研究传感器技术、电子技术,设计压力传感器标定装置的硬件方案,设计一套硬件电路板,进行相应的制板和调试。在硬件方案设计过程中,采用自顶向下的全局观式的设计方式,用模块化的方法来设计。本标定系统的核心是数字化采集系统,整个平台围绕着这个系统而设计,有如下的功能模块:稳压电源模块,来保证系统的正常运行;电桥模块,使得到的模拟量的结果更加精确;信号放大模块,由于模拟量较小,通过放大模拟信号,使得后续的处理,转换成数字量的结果更加精确;A/D转换模块,本系统设计中,利用单片机固有的A/D转换资源,来进行模拟量和数字量的转换;AVR控制模块,也是这个系统的核心,起到CPU处理功能;键盘控制和显示模块,也就是所谓的输入输出模块,使得人机交互功能更加完整;USB通信协议模块,实现和上位机的联系;上位机模块,在上一层实现相应的管理和控制。在硬件设计的时候,可能遇到的难点是A/D转换以及调理电路部分,如何将采集到的模拟量正确的转换成数字量,这对后面的软件设计起到很大帮助,如果硬件做的比较好,软件可以相应的简化,如果硬件做的有问题,在软件部分可能需要相应的算法处理才能使结果更加的精确。
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