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根據誤差校正和溫度補償的方法,可以得到系統的硬件連接結構

    傳統的氣壓測量儀器的傳感器部分與數據采集系統分離,抗干擾能力差,被測對象的壓力變化快,因此不僅要求系統具有較快的數據吞吐率,而且要求系統能夠適應復雜的d工業環境多變,具有良好的抗干擾性能、自檢測和數據傳輸功能。
   
    本文設計了一個能夠控制多路模擬開關、A/D轉換、快速數據處理和傳輸、誤差校正和溫度補償的智能傳感器系統,并將傳感器和數據采集處理系統集成在一起,使系統更加緊湊、完善。實現了適應工業現場的系統。
   
    傳感器壓力測量范圍:0-5MPa;系統精度:0.1%FS;1通道模擬電壓輸入(壓力信號)大于250個采樣通道s輸出,采用串行RS 232C接口。
   
    選擇Altera的I周期EP2C5作為芯片。它的邏輯單元有4608LE、26M4K RAM塊和142個用戶I/O引腳。
   
    采用PDCR130W,壓力范圍0-7MPa,工作電壓10-30VDC,輸出0-10V,精度0.05%FS,溫度范圍40-125C,溫度效應0.015%FS
   
    該溫度傳感器采用高精度集成溫度傳感器LM335,靈敏度為10mVK,精度為1,溫度范圍為-40+100。
   
    AD轉換器選用具有采樣保持裝置的12位AD轉換器AD1674。轉換時間為10s,0-10V單極輸入或5V雙極輸入,可并行輸出12位。
   
    多通道模擬開關采用四選一多通道模擬開關AD7502,其引腳設置為EN=1使能信號,A1A0引腳為通道選擇信號。
   
    公式:B1和B0是誤差校正因子,誤差校正電路模型如圖1所示,其中x是測量信號,y是系統的輸出,K和I是影響系統的未知變量。
   
    當S3在實際測量期間關閉時,可以通過使用計算的誤差校正因子和誤差校正公式(1)來獲得校正的輸出信號Y。FunctionImgZoom(Id)/重置圖像大小以防止破壞表{var w=$(Id))。寬度;var M=650;如果(w)
   
    例如,環境溫度對其測量結果有很大影響。為了消除由溫度引起的誤差,需要對傳感器信號進行溫度補償,通過測量傳感器的工作溫度來實現傳感器的溫度補償。
   
    在公式中,y是測量值;YC是溫度補償后的測量值;YC是傳感器的實際工作溫度與標準測量溫度之間的差;A0是傳感器由校正溫度變化引起的標度變化系數;A1是t的零漂移變化系數。傳感器由溫度變化引起的校正,這兩個系數反映了傳感器的溫度特性。
   
    系統采用算術平均數字濾波方法消除系統的隨機誤差。通過取N個連續的采樣值,得到系統的算術平均。數學表達式如下:
   
    根據誤差校正和溫度補償的方法,可以得到系統的硬件連接結構,如圖2所示。在圖2中,模擬多路復用器AD7502的四個輸入通道分別為:A1A0=00,門控S0,S0通道接地進行零漂校準;A1A0=01,門控S1,S1通道連接+5V(50)。AD1674)用于增益誤差校正的最大輸入電壓的百分比;A1A0=10,門控S2,S2通道連接溫度測量信號用于傳感器的溫度補償;A1A0=11,門控S3,S3通道連接壓力。測量信號。通道選擇信號A0和A1由芯片中的DAS_A0和DAS_A1管腳控制。
   
    在該系統中,AD轉換器AD1674是獨立工作的,其控制引腳設置如下:CE和128連接到高電平,CS和20連接到低電平。此時,AD1674設置為12位AD轉換和12位數據輸出。轉換完全由R/C控制,如圖2所示。當RC=O時,12位AD轉換開始;當AD轉換結束時,狀態信號STS=0,否則STS=1;當RC=1,12位AD轉換數據被讀取時。RC信號由FPGA芯片的DAS_RC控制。整個系統由基于FPGA的SOC控制。其中,FPGA芯片中的DAS_STS、DAS_RC、DAS_IN和DAS_A引腳是用戶定制的邏輯,即DAS控制單元的外部接口,用于控制AD1674的定時轉換和A D7502的通道選擇。
   
    SoPC設計包括CPU、內存接口、標準外圍設備和用戶定制的邏輯單元模塊,Altera的SoPC Builder工具提供了大量要調用的IP核。在單片FPGA芯片上配置嵌入式Nois II處理器軟核、片上RAM和RS 232控制器、擴展片外存儲器、用戶定制的邏輯單元十分方便。同時,它自動分配地址到系統的每個外圍設備,連接系統總線,并確定設備的優先級。它的內部結構如圖3所示。
   
    FunctionImgZoom(Id)/重置圖像大小以防止破壞表{var w=$(Id)。寬度;var M=650;如果(w)
   
    數據采集系統(DAS)控制單元是整個系統的核心。其輸入端口和功能有:DAS_STS用于接收AD1674的STS狀態信號,DAS_IN(12位)用于接收AD1674的并行12位轉換輸出,CLK、RST用作系統時鐘和RESET信號,輸出端DAS_RC連接到AD1674的RC端,控制AD轉換的啟動和讀取。DAS_A用于控制AD7502的A10通道選擇信號,DAS_OUT(加通道的序列號是16位)用作DAS控制單元的16位輸出數據。
   
    DAS控制單元的有限狀態機(FSM)具有四個狀態:St0、St1、St2和St3。St0是選擇信道,開始A/D轉換,進入St1狀態;St1是等待轉換結束,進入St2狀態,否則停留在St1狀態;St2是發送讀數據信號,進入St3狀態;St3是輸出轉換數據;選擇其他信道。DAS控制單元采用VHDL語言開發。程序的一些代碼如下:
   
    系統的糾錯和溫度補償由系統軟件控制,系統軟件由SoPC Builder工具中的軟件開發工具(SDK)開發,系統軟件流程圖如圖5所示。
   
    系統通電,啟動DAS控制單元,選擇每個通道,消除每個通道的隨機誤差。然后根據0通道和1通道的校正值實時計算誤差校正因子,并且根據誤差校正公式(1)實時校正零漂校準和增益誤差。然后根據測量值求出傳感器的工作溫度,計算標準溫度與零漂校準因子的差,通過查表求出傳感器的溫度變化系數。最后,根據溫度補償公式(5)對測得的壓力數據進行修正,并輸出數據。
   
    在系統設計過程中,充分利用了基于FPGA的系統的靈活結構和軟硬件開發的結合。在滿足系統性能的基礎上,合理分配軟硬件功能,簡化系統設計,將過去由離散芯片實現的系統置于FPGA的單片機中。該單片機系統的設計大大提高了系統的穩定性和可靠性,同時也提高了系統抵抗工業干擾的能力。
   
來源 /index.asp

 

 
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