基于MAX1452的压力传感器校准系统设计-任务书

中 北 大 学 毕业设计任务书 学 院、系 ： 信息与通信工程学院 、信息工程系 专 业 ： 电气 工程及其 自动化 学 生 姓 名： 学 号： 设 计 题 目 ： 基于 压力传感器 校准系统设计 起 迄 日 期 : 2013 年 1 月 5 日 2013 年 6 月 15 日 指 导 教 师 : 系 主 任 : 发任务书日期 : 2013 年 1 月 5 日 毕 业 设 计 任 务 书 1毕业设计的任务和要求： 任务： 查阅相关资料，了解 目前 常用的压力传感器校准的原理和方法， 选用一款单片机， 自己设计一种基于 压力传感器校准 方法 ，对电路进行设计，编写仿真程序，实现仿真。 要求： 1） 可以对单片机熟练操作 ； 2） 熟悉 C+或者 。 2毕业设计的具体工作内容： 本设计中具体工作包括以下几点： 1） 查阅相关文献资料， 撰写开题报告 2） 学习传感器原理、单片机；熟悉 料，学习 C+或者 ； 3） 掌握压阻式压力传感器的标定 、 校准方法和原理，自己设计一种基于 压力传感器校准系统，画原理图和 4） 对电路进行仿真， 要求 仿真结果正确 。 毕 业 设 计 任 务 书 3对毕业设计成果的要求： 1） 硬件电路图 ； 2） 毕业设计说明书； 3） 英文文献。 4毕业设计工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2013 年 2 月 13 日 3 月 2 日 3 月 3 日 4 月 15 日 4 月 16 日 4 月 30 日 5 月 1 日 5 月 15 日 5 月 16 日 6 月 1 日 查阅相关文献、撰写开题报告； 学习 传感器原理、单片机，熟悉 料 ， 学习 C+或者 及相关 程序 设计方法 ； 对硬件电路进行设计 ； 编写程序，仿真实现 ； 整理资料，撰写毕业设计说明书，准备答辩 学生所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 毕 业 设 计 开 题 报 告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 一、本课题研究的目的及意义 随着国防工业的不断发展 , 飞机、导弹等飞行器的结构无论 在外形、受力情况及边界条件等方面均变得十分复杂 。因此飞行气动参数的测试显得越发重要。用于飞行器表面压力监测的压力传感器性能要求相对其他应用有所不同 , 要求尺寸小、厚度薄、灵敏度和分辨率高 , 故选择 由于半导体材料的固有特性 , 普遍存在着零点输出、热零点漂移、热灵敏度漂移和非线性等问题 , 影响传感器的精确性。因此 , 必须采取有效措施 , 减少并补偿这些因素影响带来的误差 , 提高传感器的准确性。利用低成本精密信号调理器 化于工业和过程控制中采用阻性元件的传感器。 准和温度补偿功能，可以逼进传感器所固有的可重复指标。全模拟信号通道在不会在输出信号引入量化噪声，利用集成的 16位数模转换器 (现数字化校正。用 16位 予了传感器产品真正的可互换性。 16级可编程增益放大器 ( 768字节 (6144位 )内部 个 16位 个独立的运算放大器以及内部温度传感器。除偏移量和跨度补偿外， 跨度温度系数 (供独特的温度补偿，在提供灵活性的同时降低了测试成本。 弥补了传统模拟方式补偿精度受限于传感器误差的非线性 ,且补偿元件同样受温度漂移等缺点。因此为解决飞行器气动参数测试系统中压力测量时的温度漂移问题 , 现准备设计一种基于 压力传感器校准系统。 二、 压阻式压力传感器的原理 硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗和极低的成本。惠斯顿电 桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。 压阻式压力传感器采用周边固定的圆形应力杯硅薄膜内壁，采用 术 直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电量，其测量精度能达 S。硅压阻式压力传感器上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成电阻应变片电桥电路。当外面的压力经引压腔 进入传感器应力杯中，应力硅薄膜会因受外力作用而微微向上鼓起，发生弹性变形，四个电阻应变片因此而发生电阻变化，破坏原先的惠斯顿电桥电路平衡，电桥输出与压力成正比的电压信号。 三、本论文的主要内容及安排 系统框图设计 系统由下位机、上位机以及相应的系统和应用软件构成。下位机主要由 位机部分应用 +6 0作为开发工具，采用面向对象的方法编制上位机软件。通过 85转 上位机 )的通汛，对 偿。系统总体框图如图 1所示。 16 级可编程增益放大器 ( 、 768 字节( 6144 位 ) 内部 4 个 16 位 1个独立的运算放大器以及 内部温度传感器4 。内部温度传感器输出信号经 A /D 转换后用其数字量来查询 从该表中确定一个偏移量校准值。其在 - 40 + 125 范围内变址精度约为 15 . 每隔 1 m s, 内嵌的温度传感器将给出一个在 的查找表的变址 , 查表结果传至 存器 5 。 个 16位 并由用户将校准系数存于其内部 768 8 6144位 )中。这些内存都以 16位字的形式存放 , 包含以下内容 : 配置寄存器、偏移量校 准系数表、偏移量温度系数寄存器、跨度校准表、跨度温度误差修正系数寄存器。 为实现对 控制与设置 , 需将锁定引脚 ( 高电平 , 使能数字接口 的双向通信功能 6 。在上位机软件中输入温度补偿校准时的精度、失调 并选择要配置的寄存器或者要编辑的 元地址 , 将指令发送给下位机 , 由下位机与 完成指令传输。然后按照校准的过程和步骤调整压力及温度 , 并记录输出值 , 多温度多压力点测量后 , 进行曲线拟合 , 将值填入 , 从而完成对压力传感器的校准。 参考文献： 1宋玉华，张利萍，林淑明 21世纪无人机关键技术现代防御技术， 2004(5)： 32 37 2刘迎春，叶湘滨传感器原理设计与应用长沙：国防科技大学出版社， 2004： 342 3彭春文，朱红杰，付世平，等 表技术与传感器， 2000(7)： 9 11 4王成江，王安敏，张玉华基于 测试电子产品世界， 2002( 52 54 5 张浩，孟开元。曹庆年 计算机信息 2006(10 2)： 244 246 6韩泽硅压阻 子技术应用 2006（ 4） :1347 薛伟 ;王权 ;丁建宁 ;杨继昌 ;基于 J;农业机械学报 ;2006年 03期 8张鑫 ,郭清南 ,李学磊 ;压力传感器研究现状及发展趋势 J;电机电器技术 ;2004年 04期 9 赵彦晓 ;压力传感器的热零点漂移补偿与非线性修正 D;河北工业大学 ;2003年 10赵妍 基于 2006， 25（ 4）： 13611郭明威 压阻式压力传感器温度误差的数字补偿技术 008,5:7612袁智荣 硅压阻式压力传感器的现场可编程自动补偿技术 008， 27（ 11）： 7213孙凤玲 硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究 J007,7/8： 4814黄俊钦，樊尚春，刘广玉：微传感器最新发展。航空计测技术 2003， ) 15焦正 ,吴明红 ,日本基于 传感器世界 ,2004年 1月 16 ,of 960 17 K. . 1992,80(2):12818 b 6419 W. 985 20 . , 21 ,1979 毕 业 设 计 开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本设计 上、下位机通信校准系统的下位机通过 85转 配器与计算机 (上位机 ) 进行通信 , 485 总线只制定了物理层电气标准 ,对上层通信协议没有规定 , 这给设计者提供了很大的灵活性。串行通信的格式是 : 8 位数据位 , 1位启动位 , 1位停止位 , 无校验位。通信速率为 1M s. 数据帧格式如表 1所示。根据此协议 , 下位机在收到上位机指令后对指令进行解析 , 分析数据长度及指令类型 , 从而判断将指令发送给 系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在很恶劣的环境下进行现场温度测量。 。采用上述的专用压力温度校准设备 , 在特定不变的气压和温度条件下进行。 毕 业 设 计 开 题 报 告 指导教师意见 ： 目前，为了适应各种嵌入式系统的应用需求，单片机将向着高度集成，增强性能，提高速度，降低成本和功耗等方向发展。又因为它构成的应用系统具有体积小、成本低、使用灵活、性能好、易于产品化等特点，所以单片机的应用非常广泛。而很多数据采集系统要求体积小、成本低，所以本课题中选用了 列的单片机来设计 压力传感器校准 系统，具有一定的实际意义。 该