【正文】 正行程校準(zhǔn)曲線和反行程校準(zhǔn)曲線。 傳感器校準(zhǔn)補償數(shù)據(jù)處理 根據(jù)課題要求的測量范圍，首先設(shè)定全量程需要檢定的等間距壓力點，然后使用壓力泵給真空罐內(nèi)從零點等間隔加 壓，當(dāng)壓力達到檢定點值并持續(xù)穩(wěn)定一段時間后，數(shù)字精密壓力表上顯示的數(shù)值穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)并保存；之后，開始進行下一個標(biāo)定點的測試，當(dāng)壓力達到設(shè)定的最大測量值后，壓力泵開始等間隔的卸壓，直至回到零點，從而完成了一個循環(huán) [31]。 圖 MAX1452模擬信號通道方框圖 表 MAX1452的模擬功能框圖 功能模塊 描述 橋激勵 為惠斯通橋式傳感器電路提供穩(wěn)定的電流源激勵 傳感器信號放大 將傳感器的微伏級微分信號放大 為單引腳輸出的放大電壓 偏置及偏置溫度補償 設(shè)置零點輸出電壓并在溫度變化時維持零點輸出電壓 滿量程輸出溫度系數(shù)補償 在傳感器和 MAX1452的溫度變化時保持 FSO電壓固定 多路復(fù)用模擬輸出 為校準(zhǔn)需要，允許多路模擬信號在 OUT引腳輸出 溫度索引指針 內(nèi)部有一個數(shù)字化溫度傳感器用來索引數(shù)字系數(shù)陣列 第 29 頁 共 38頁 利用 MAX1452 進行校準(zhǔn)，由于不同傳感器廠商生產(chǎn)的傳感器橋路電阻、靈敏度等參數(shù)存在很大差異，通常需要在使用前進行常溫下的初始校準(zhǔn)，以保證 MAX1452內(nèi)部電路工作在線性、可調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，同時為傳感器設(shè) 定初始參數(shù) [30]。 EEPROM 查找表里提供的對靈敏度和偏置 DAC 的校準(zhǔn)值，可以有效的隔離校準(zhǔn)點上的互相依賴。 壓力傳感器的靜態(tài)參數(shù)校準(zhǔn)包括零點和靈敏度校準(zhǔn)。它主要由 6 個功能模塊構(gòu)成，各模塊功能見表 。 MAX1452 的模擬部分包含激勵傳感器橋的所有信號成分，將傳感器的微小信號 第 28 頁 共 38頁 放大，補償溫度變化引起的偏置誤差和靈敏度誤差，并為校準(zhǔn)提供多路可選模擬通道。非線性修正的目的是要消除二次以上的高次項。為了信號處理和傳輸?shù)姆奖?。補償后的殘留誤差還與誤差曲線的非線性程度有關(guān) [27]。溫度測試點越多、曲線擬和精度越高，則補償精度也越高。溫度信號 )(TV 取自橋路的端電壓（恒流供電時，橋路端電壓與溫度有關(guān)），用一個 12位 ADC將 )(TV 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并用此數(shù)字量去尋址EEPROM，就可得到不同線性區(qū)段的補償系數(shù) )(TD [26]。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]。而對于電阻應(yīng)變片來說，溫度的變化也會引起電阻值的變化，這樣， 實際的測量結(jié)果就不完全是由于被測構(gòu)件受力所產(chǎn)生的應(yīng)變，還包括有由于溫度變化帶來的虛假應(yīng)變。恒流驅(qū)動時，傳感器的靈敏度正 第 27 頁 共 38頁 比于橋路的激勵電流，因此可以通過調(diào)節(jié)激勵電流達到校準(zhǔn)靈敏度或 FSO的目的 [24]。失調(diào)的校準(zhǔn)是利用高精度 DAC產(chǎn)生一個校準(zhǔn)電壓，疊加到經(jīng) PGA放大后的傳感信號中，使傳感器的零點輸出為一個標(biāo)準(zhǔn)的值。校準(zhǔn)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。對于實際的傳感器輸入、輸出之間的關(guān)系會受到環(huán)境因素（主要是溫度）的影響，叫是存在著一定的非線性。} } 4 傳感器的校準(zhǔn)及補償 校準(zhǔn)補償目 的 測量系統(tǒng)的線性度（非線性誤差）是影響系統(tǒng)精度的重要指標(biāo)之一，為了實現(xiàn)傳感器的輸入 — 輸出特性是一條直線，也就是說在測量范圍內(nèi)傳感器的靈敏度是一不變的常數(shù)，需要對傳感器進行校準(zhǔn)和溫度補償 [23]。 // 初始化串口 while (!TI0) 。 if (TI0) { TI0 = 0。 SBUF0 = 0xFF。} } void Serial_Init() { ES0 = 0。 while (!TI0) 。 // 禁用 UART 0 中斷 TB80 = 1。 } } if(n==0) { SendOver = 1。 第 25 頁 共 38頁 Instruc_Pointer++。 // Receive 信號的設(shè)置 Receive()。 } if(n==0) { Receive_Pointer++。 if(n!=0) { Receive_Pointer = amp。 Instruc_Pointer++。 // n=數(shù)據(jù)長度 Instruc_Pointer++。 n = *Instruc_Pointer amp。 // UNLOCK1=1， PRESSURE 通道可用 } } 第 24 頁 共 38頁 } void COM1452() { unsigned char n。 Serial_Init()。 // UNLOCK0=1， STRAIN 通道可用 } if( (*Instruc_Pointer amp。 Serial_Init()。 0x30) == WATCH) // 判斷指令是否是 WATCH { if( (*Instruc_Pointer amp。 0xc0) == TEMPRATURE) { } if((*Instruc_Pointer amp。 0xc0) == STRAIN) { } if((*Instruc_Pointer amp。 第 23 頁 共 38頁 } } if( (*Instruc_Pointer amp。 Serial_Init()。 } if((*Instruc_Pointer amp。 Serial_Init()。 0x30) == CALIBRATION) // 判斷指令是否是校準(zhǔn) { if((*Instruc_Pointer amp。 } } void Decide_1452(unsigned char *INSTRUC) { Instruc_Pointer = instruction。 UART0_Enable()。 System_Port_Init()。 第 22 頁 共 38頁 void main() { WDT_Disable()。 extern void UARTO_Enable()。 extern void System_UARTO_Init()。 void Decide_1452(unsigned char *INSTRUC)。 void COM1452()。 unsigned char *Instruc_Pointer。 unsigned char *Receive_Pointer。重復(fù)以上流程，直至符合設(shè)計所要求達到的精度標(biāo)準(zhǔn)。如果數(shù)據(jù)符合設(shè)置的校準(zhǔn)要求，則保存數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)結(jié)束。 第 19 頁 共 38頁 圖 程序主流程圖 如圖 程序開始寫入，寫入標(biāo)準(zhǔn)的傳感器信息，選擇進行壓力校準(zhǔn)或不進行，不進行壓力校準(zhǔn)，則選擇我們設(shè)置的檢測點進行檢測，進行數(shù)據(jù)采集。程序主流程圖如圖 。 （ 9）根據(jù)現(xiàn)場運行狀況，修改硬件和軟件，使系統(tǒng)更完善，更可靠。仿真運行正確的 程序就可以燒入 EEPROM，到現(xiàn)場試運行了。編制完了還需要對程序進行調(diào)試。同時規(guī)劃監(jiān)控程序，確定監(jiān)控程序與各功能模塊之間的關(guān)系； （ 4）確定算法，根據(jù)不同的功能，選擇或設(shè)計不同的算法。其次，軟件應(yīng)具有模塊化，可讀性強，可維護性好的特征。 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。單片機的應(yīng)用一般都是在工業(yè)現(xiàn)場，其多數(shù)環(huán)境惡劣。硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計的難易和質(zhì)量，軟件設(shè)計的水平又直接影響硬件功能的發(fā)揮。單片機的程序設(shè)計有其自身的特點。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(fēng)格，有助于縮短開發(fā)周期 ，同時便于日后的維護和改進 [22]。硬件電路設(shè)計完成后，系統(tǒng)的主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)。如果硬件是人的身體，那么軟件就相當(dāng)于人的大腦，空有身體，頭腦中沒有知識或頭腦干脆有了疾病，則工作能力就會受到很大限制。本課題所設(shè)計的軟件結(jié)合采用 51 單片機 C 語言完成系統(tǒng)的整個流程控制以及運算處理等工作。 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)。 圖 單片機與 MAX490的接口電路 第 15 頁 共 38頁 整體的電路測 試圖 將各部分電路測試圖連接構(gòu)成整體的電路圖，如圖 。 RS485 應(yīng)在總線電纜的開始和末端都并接電阻進行終端匹配，阻值為 120Ω。 DI為低時 ，輸出 A低 B高； DI為高時，輸出 B低 A高； （ 4） GND 地； （ 5） Y 驅(qū)動器非反相輸出端； （ 6） Z 驅(qū)動器反相輸出端； （ 7） B 接收器的反相輸入端和驅(qū)動器的反相輸出端； （ 8） A 接收器的同相輸入端和驅(qū)動器的同相輸出端。 MAX490的引腳功能說明如下： （ 1） VCC 正電源端； （ 2） RO 接收器輸出端。 其中 R0、 DI端的電平標(biāo)準(zhǔn)如下：邏輯“0” 為 — 之間， 邏輯 “1” 在 — VCC之間。 選用 MAXIM公司的 MAX490作為總線接口芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 。 本課題采用四線制 RS485 總線全雙工通信，用兩對雙絞線實現(xiàn)多點聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。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。 RS485最大傳輸速率為 10Mb/s。 RS485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。 RS485 采用平衡差分信號線的傳送方式，具備 多點、雙向通信能力， 在多站點互連方面使用十分方便，通訊接口可以采用 MAX490 芯片。 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。其他口線則用于控制，滿足了系統(tǒng)的硬件要求，電路原理圖如