【正文】 值 FSy 系統(tǒng)工作直線的上限值與下限值之差的絕對值為系統(tǒng)的滿量程輸出值： 1FS myyy ?? () （ 4）誤差 ① 重復(fù)性誤差： 按下式計算各測試點上正、反行程子樣標準偏差： 2I 1 I I1 ()1 ij iS y yn? ? ?? ? （ ) 2D D D1 ()1i ij iS y yn??? ? 第 32 頁 共 38頁 () 測試傳感器在整個測試范圍內(nèi)的標準偏差為： ID22111 ()2iimmiiS S Sm ?????? () 測試傳感器的重復(fù)性誤差表示為隨機誤差的極限值，按下式計算： FS3 1 0 0 % 2 .4 6 %S Sy? ? ? ? () ② 用端點平移線為工作直線的校準系統(tǒng)，其系統(tǒng)誤差即線性度，是 傳感器實際平均輸出特性曲線對端基直線的最大偏差與傳感器滿量程輸出的百分比，按下式計算： LHFS1 ( ) ( )2 100%y L H y L Hy? ? ??? ? ? ? ????? () 線性校準系統(tǒng)的基本誤差，即不確定度為 [41]： LHA= ( )S???? () 在絕壓 100kPa～ 100kPa 的測量范圍內(nèi)選取 10 個壓力點，進行 3 次循環(huán)（正行程、反行程）實 驗。 ，加快產(chǎn)品化發(fā)展。 3. 可以通過多次的數(shù)據(jù)采集和補償使測量的壓力標點曲線接近線性變化。 1標準曲線的確定 在系統(tǒng)整個測試量程內(nèi)取 m個測試點，并進行 n次循環(huán)測試，各測試點的正、 第 30 頁 共 38頁 反行程測試值得算術(shù)平均值，分別按下式計算： II11ni ijjyyn ?? ? ( 1, 2 , )im? () DD11ni ijjyyn ?? ? ( 1, 2 , )im? () 式中 Iijy — 正行程第 i個測試點第 j個測試輸出值 Dijy — 反行程第 i個測試點第 j個測試輸出值 分別由 Iijy 、 Dijy ( 1, 2 , )im? 所連接的曲線成為正行程校準曲線和反行程校準曲線。 壓力傳感器的靜態(tài)參數(shù)校準包括零點和靈敏度校準。為了信號處理和傳輸?shù)姆奖?。溫度的變化范圍可能會很大，而溫度漂移又具有非線性，所以 MAX1452采用分段線性補償（多斜率溫度補償）的方法，可以補償任意的誤差曲線 [25]。校準與補償?shù)哪康?，就是將上式中?0b 和 0k 調(diào)整在某個精確的值，最大限度消除其中的溫漂成分 )(Tb 和)(Tk ，并消除二次以上的非線性成分。 if (TI0) { TI0 = 0。 // 禁用 UART 0 中斷 TB80 = 1。 } if(n==0) { Receive_Pointer++。 n = *Instruc_Pointer amp。 Serial_Init()。 第 23 頁 共 38頁 } } if( (*Instruc_Pointer amp。 0x30) == CALIBRATION) // 判斷指令是否是校準 { if((*Instruc_Pointer amp。 第 22 頁 共 38頁 void main() { WDT_Disable()。 void COM1452()。如果數(shù)據(jù)符合設(shè)置的校準要求，則保存數(shù)據(jù)，校準結(jié)束。仿真運行正確的 程序就可以燒入 EEPROM，到現(xiàn)場試運行了。 除了以上所述單片機編程的一些特點外，也同樣有一般軟件的共同特點。程序的編制過程需要不斷地修改、調(diào)試、完善，因此結(jié)構(gòu)化好，可讀性強的編程風格，有助于縮短開發(fā)周期 ，同時便于日后的維護和改進 [22]。 圖 校正電路原理圖 第 16 頁 共 38頁 圖 測試電路 PCB版 第 17 頁 共 38頁 3 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計概述 硬件電路設(shè)計完成后，測試系統(tǒng)能否實現(xiàn)相應(yīng)的功能還要依賴于軟件的實現(xiàn)。 MAX490的引腳功能說明如下： （ 1） VCC 正電源端； （ 2） RO 接收器輸出端。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100kb/s速率以下，才 可能使用規(guī)定最長的電纜長度。 51 系列單片機提供了可方便與計算機或其 他串行設(shè)備連接的異步通信口。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 VDDF 是 EEPROM 正電源電壓，為了抑止噪聲，需在 VDDF 與 VDD 之間連接一個 1kΩ的電阻， VDDF 和VDD 與 VSS 之間需要連接一個 F 電容。除偏移量和跨度補償外， MAX1452 還利用偏移溫度系數(shù)(Offset TC)和跨度溫度系數(shù) (FSOTC)提供獨特的溫度補償，在提供靈活性的同時降低了測試成本 [19]。 本課題選用 Maxim公司生產(chǎn)的低成本精密信號調(diào)理器 MAX1452對壓力傳感器做數(shù)字補償。 壓力傳感器 SM5420 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各引腳如圖 [15]。優(yōu)點是空間分辨率相對較大，對壓力靈敏度高，具備固有的低溫度敏感性，并能做到功耗非常低。 1 是被校正的傳感器， 2 是 MAX1452 補償模塊，用于對傳感器進行溫度補償。 第二章硅壓阻式傳感器的硬件設(shè)計，分析了現(xiàn)有各種壓力傳感元件的優(yōu)缺點，根據(jù)課題需要選用小尺寸的傳感元件，并設(shè)計了相應(yīng)的補償電路，詳細論述了各參數(shù)測試電路原理圖。但是由于傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個新興技術(shù) ， 及時開展這項對人 類未來生活影響深遠的前沿科技的研究，對整個國家的社會、經(jīng)濟將有重大的戰(zhàn)略意義 。從目前國外的研究進展來看，雖然傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景十分美好，但由于仍然面臨很多技術(shù)難題，還不能走向廣泛應(yīng)用。 智能化 傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由許多這種傳感器節(jié)點協(xié)同組織起來的 [5]。很多公司推出了在內(nèi)部集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)的智能信號調(diào)理芯片，可以補償失調(diào)、失調(diào)溫度漂移、靈敏度、靈敏度溫度漂移和非線性等多個參數(shù)。近十幾年來，它從原來主要應(yīng)用于軍事國防領(lǐng)域，逐漸向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，使得在這方面研究的人越來越多 [3]。近年來，隨著計算機技術(shù)日新月異的發(fā)展，對于硅壓阻式傳感器的矯正與補償都采用微型計算機系統(tǒng)實現(xiàn)，這樣的方法具有補償精度高、工作穩(wěn)定、體積精巧和傳輸方便等特點。而且隨著社會的發(fā)展，這種技術(shù)也逐步滲透到人們的日常生活中。如果沒有傳感器對原始信息進行準確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，計算機發(fā)展的水平再高，依舊無法進行測試和控制。據(jù)光電行業(yè)開發(fā)協(xié)會 (OIDA)做出的最新預(yù)測，從 2021 年到 2021 年期間，智能傳感器的國際市場銷售量將以每年 20％的高速度增長 [2]。在國內(nèi)，特別是近 6年，一些研究院所和部分大學在該 領(lǐng)域都進行了深入的研究，取得了比較令人滿意的成果。與國外傳感器特別是高技術(shù)含量的傳感器相比，國產(chǎn)傳感器存在較大的差距。 美國商業(yè)周刊認為， 智能化 傳感器網(wǎng)絡(luò)是全球未來四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。在其它國家和地區(qū)，如歐洲、日本、澳大利亞也開展了不少關(guān) 第 4 頁 共 38 頁 于傳感器及傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作。用于表面壓力監(jiān)測的壓力傳感器性能要求相對其他應(yīng)用有所不同，要求尺寸小、厚度薄、靈敏度和分辨率高、故選 MEMS 硅微結(jié)構(gòu)壓阻式壓力傳感器。 2 基于 MAX1452 的壓力傳感器硬件研究 系統(tǒng)總體設(shè)計 基于半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)制成的硅壓力傳感器在測量過程中要和被 測物接觸才能得到測量結(jié)果。我們對壓電式、電容式、以及壓阻式三種基于不同測量原理的微型壓力傳感器進行比較選型。主要優(yōu) 點是結(jié)構(gòu)簡單、輸出阻抗低、線性度高、靈敏度高、輸出信號是方便使用的電壓，存在的主要問題是壓阻材料對應(yīng)力變化和溫度變化都極為敏感，即溫度敏感性和漂移大，但可以通過溫度補償電路予以補償。 （ 2）溫漂問題：半導(dǎo)體材料對于溫度變化很敏感，因此溫漂問題在壓阻式傳感器中尤其顯得突出，實際應(yīng)用中必須采取一定措施對傳感器的溫度漂移進行補償。全模擬信號通道不會在輸出信號引入量化噪聲，利用集成的 16 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)實現(xiàn)數(shù)字化校正 ，偏移量和跨度可以校準在 177。其中FSODAC、 FSOTC DAC 寄存器的數(shù)字量（ 0～ FFFF）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電流值（ 0～ 2mA），直接加到惠斯通橋式敏感頭電源引腳上，來給敏感頭供電，通過此功能可以對傳感器的靈敏度（即 FSO）進行調(diào)整和溫度補償?shù)龋?ODAC、 OT C DAC 寄存器的數(shù)字量（ 0～FFFF）轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，直接加到其模擬通道上，通過此功能可以對傳感器的偏置（ Offset）進行校準和溫度補償?shù)?；另外，模擬通道也可以通過對 CONFIG 寄存器填入?yún)?shù)來對傳感器輸出信號進行極性轉(zhuǎn)換、偏置調(diào)節(jié)以及放大 等。 第 10 頁 共 38頁 圖 壓力測試單元原理圖 控制模塊 微控制器 在當今微控制器市場，各種微控制器都有其獨有特點，至于具體選擇哪種微控制器型號，則完全遵循工程應(yīng)用的實際需要和經(jīng)濟性原則。 本課題在電路設(shè)計時， C8051F410 中的 ～ ， ～ ， ， ～ 第 12 頁 共 38頁 均可作為 ADC 輸入，一共 16 個 ADC 通道，用于采集的端口接 RC濾波器， R 為470 歐， C 為 F。 RS485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動器將 TTL電平信號 第 13 頁 共 38頁 轉(zhuǎn)換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成 TTL電平，因此具有抑制共模干擾的能力， 而且 接收器具有高的靈敏度，能檢測低達 200mV的電 壓，故數(shù)據(jù)傳輸可達千米以外 [21]。其互連方案如圖 。 第 14 頁 共 38頁 圖 RS485組網(wǎng)通信圖 圖 MAX490內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 C8051F410 單片機有一個全雙工的串行口，數(shù)據(jù)發(fā)送端 為 (TX)，數(shù)據(jù)接收端為 (RX)，它們分別與 MAX490 的驅(qū)動器輸入端 DI和接收器輸出端 RO相連。 單片機編程 軟件與硬件的有機結(jié)合就像人一樣。首先，單片機系統(tǒng)的系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序密不可分，系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序必須在一起