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根据误差校正和温度补偿的方法,可以得到系统的硬件连接结构

    传统的气压测量仪器的传感器部分与数据采集系统分离,抗干扰能力差,被测对象的压力变化快,因此不仅要求系统具有较快的数据吞吐率,而且要求系统能够适应复杂的d工业环境多变,具有良好的抗干扰性能、自检测和数据传输功能。
   
    本文设计了一个能够控制多路模拟开关、A/D转换、快速数据处理和传输、误差校正和温度补偿的智能传感器系统,并将传感器和数据采集处理系统集成在一起,使系统更加紧凑、完善。实现了适应工业现场的系统。
   
    传感器压力测量范围:0-5MPa;系统精度:0.1%FS;1通道模拟电压输入(压力信号)大于250个采样通道s输出,采用串行RS 232C接口。
   
    选择Altera的I周期EP2C5作为芯片。它的逻辑单元有4608LE、26M4K RAM块和142个用户I/O引脚。
   
    采用PDCR130W,压力范围0-7MPa,工作电压10-30VDC,输出0-10V,精度0.05%FS,温度范围40-125C,温度效应0.015%FS
   
    该温度传感器采用高精度集成温度传感器LM335,灵敏度为10mVK,精度为1,温度范围为-40+100。
   
    AD转换器选用具有采样保持装置的12位AD转换器AD1674。转换时间为10s,0-10V单极输入或5V双极输入,可并行输出12位。
   
    多通道模拟开关采用四选一多通道模拟开关AD7502,其引脚设置为EN=1使能信号,A1A0引脚为通道选择信号。
   
    公式:B1和B0是误差校正因子,误差校正电路模型如图1所示,其中x是测量信号,y是系统的输出,K和I是影响系统的未知变量。
   
    当S3在实际测量期间关闭时,可以通过使用计算的误差校正因子和误差校正公式(1)来获得校正的输出信号Y。FunctionImgZoom(Id)/重置图像大小以防止破坏表{var w=$(Id))。宽度;var M=650;如果(w)
   
    例如,环境温度对其测量结果有很大影响。为了消除由温度引起的误差,需要对传感器信号进行温度补偿,通过测量传感器的工作温度来实现传感器的温度补偿。
   
    在公式中,y是测量值;YC是温度补偿后的测量值;YC是传感器的实际工作温度与标准测量温度之间的差;A0是传感器由校正温度变化引起的标度变化系数;A1是t的零漂移变化系数。传感器由温度变化引起的校正,这两个系数反映了传感器的温度特性。
   
    系统采用算术平均数字滤波方法消除系统的随机误差。通过取N个连续的采样值,得到系统的算术平均。数学表达式如下:
   
    根据误差校正和温度补偿的方法,可以得到系统的硬件连接结构,如图2所示。在图2中,模拟多路复用器AD7502的四个输入通道分别为:A1A0=00,门控S0,S0通道接地进行零漂校准;A1A0=01,门控S1,S1通道连接+5V(50)。AD1674)用于增益误差校正的最大输入电压的百分比;A1A0=10,门控S2,S2通道连接温度测量信号用于传感器的温度补偿;A1A0=11,门控S3,S3通道连接压力。测量信号。通道选择信号A0和A1由芯片中的DAS_A0和DAS_A1管脚控制。
   
    在该系统中,AD转换器AD1674是独立工作的,其控制引脚设置如下:CE和128连接到高电平,CS和20连接到低电平。此时,AD1674设置为12位AD转换和12位数据输出。转换完全由R/C控制,如图2所示。当RC=O时,12位AD转换开始;当AD转换结束时,状态信号STS=0,否则STS=1;当RC=1,12位AD转换数据被读取时。RC信号由FPGA芯片的DAS_RC控制。整个系统由基于FPGA的SOC控制。其中,FPGA芯片中的DAS_STS、DAS_RC、DAS_IN和DAS_A引脚是用户定制的逻辑,即DAS控制单元的外部接口,用于控制AD1674的定时转换和A D7502的通道选择。
   
    SoPC设计包括CPU、内存接口、标准外围设备和用户定制的逻辑单元模块,Altera的SoPC Builder工具提供了大量要调用的IP核。在单片FPGA芯片上配置嵌入式Nois II处理器软核、片上RAM和RS 232控制器、扩展片外存储器、用户定制的逻辑单元十分方便。同时,它自动分配地址到系统的每个外围设备,连接系统总线,并确定设备的优先级。它的内部结构如图3所示。
   
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    数据采集系统(DAS)控制单元是整个系统的核心。其输入端口和功能有:DAS_STS用于接收AD1674的STS状态信号,DAS_IN(12位)用于接收AD1674的并行12位转换输出,CLK、RST用作系统时钟和RESET信号,输出端DAS_RC连接到AD1674的RC端,控制AD转换的启动和读取。DAS_A用于控制AD7502的A10通道选择信号,DAS_OUT(加通道的序列号是16位)用作DAS控制单元的16位输出数据。
   
    DAS控制单元的有限状态机(FSM)具有四个状态:St0、St1、St2和St3。St0是选择信道,开始A/D转换,进入St1状态;St1是等待转换结束,进入St2状态,否则停留在St1状态;St2是发送读数据信号,进入St3状态;St3是输出转换数据;选择其他信道。DAS控制单元采用VHDL语言开发。程序的一些代码如下:
   
    系统的纠错和温度补偿由系统软件控制,系统软件由SoPC Builder工具中的软件开发工具(SDK)开发,系统软件流程图如图5所示。
   
    系统通电,启动DAS控制单元,选择每个通道,消除每个通道的随机误差。然后根据0通道和1通道的校正值实时计算误差校正因子,并且根据误差校正公式(1)实时校正零漂校准和增益误差。然后根据测量值求出传感器的工作温度,计算标准温度与零漂校准因子的差,通过查表求出传感器的温度变化系数。最后,根据温度补偿公式(5)对测得的压力数据进行修正,并输出数据。
   
    在系统设计过程中,充分利用了基于FPGA的系统的灵活结构和软硬件开发的结合。在满足系统性能的基础上,合理分配软硬件功能,简化系统设计,将过去由离散芯片实现的系统置于FPGA的单片机中。该单片机系统的设计大大提高了系统的稳定性和可靠性,同时也提高了系统抵抗工业干扰的能力。
   
来源 /index.asp

 

 
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