压力传感器数据采集.doc

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1、题目：压力传感器数据采集摘要压力传感器是自动控制中使用最多的测量装置之一。在大型的化工项目中,几乎包含了所有压力传感器的应用:差压、绝压、表压、高压、微差压、高温、低温,以及各种材质及特殊加工的远传法兰式压力传感器。近年来压力传感器在市场上大热，在各类消费产品中都可以看到传感器的应用，既丰富了产品的功能又提高了产品的方便性和易用性，成为吸引消费者关注的新亮点。压力传感器具有全密封不锈钢焊接结构、小体积、高灵敏度、零点满度可调节应可用于液压、压铸、中央空调系统、恒压供水、机车制动系统轻工、机械、冶金、石化、环保、空压机等其他自动控制系统。无线技术能在短距离内用发射、接收模块代替有线电缆的连接。本

2、文给出了一种基于无线技术的智能压力传感器数据采集系统,由数据采集发射端和接收端两部分组成。主要介绍了硬件结构设计、软件系统工作流程及测试结果,并且应用多项式标准化拟合的方法对压力值作了热零点漂移补偿,提高了传感器的测量精度及温度稳定性。该系统可以在一些特殊的场所实现信号的采集、处理和发送,解决了复杂的现场连线,并且具有成本低、可靠性好、实用性强等优点。关键词：压力传感器 无线技术 数据采集AbstractPressure sensor is one of the most frequently used measuring devices in automatic control. In la

3、rge-scale chemical projects, including almost all the pressure sensor application: differential pressure, absolute pressure, gauge pressure, high pressure, differential pressure, high temperature, low temperature, and a variety of materials and special processing transmission flange type pressure se

4、nsor. In recent years, pressure sensor in the market hot, in a wide range of consumer products can see sensor application, not only enrich the functions of the product and improve the products of the convenience and ease of use, become to attract consumer attention, a new bright spot. The pressure s

5、ensor has the whole sealing stainless steel welded structure, small volume, high sensitivity, zero full adjustable should be used for hydraulic, die-casting, central air-conditioning system, constant pressure water supply, locomotive brake system light industry, machinery, metallurgy, petrochemical,

6、 environmental protection, air compressor and other automatic control system.无线技术能在短距离内用发射、接收模块代替有线电缆的连接。本文给出了一种基于无线技术的智能压力传感器数据采集系统,由数据采集发射端和接收端两部分组成。主要介绍了硬件结构设计、软件系统工作流程及测试结果,并且应用多项式标准化拟合的方法对压力值作了热零点漂移补偿,提高了传感器的测量精度及温度稳定性。该系统可以在一些特殊的场所实现信号的采集、处理和发送,解决了复杂的现场连线,并且具有成本低、可靠性好、实用性强等优点。Wireless technolo

7、gy can be used in a short distance to transmit and receive module instead of cable connection. In this paper, a data acquisition system based on wireless technology is presented, which is composed of two parts, the transmitter and receiver. This paper mainly introduces the hardware structure design,

8、 software system work flow and test results, and applies the method of polynomial fitting. The thermal zero drift compensation is used to improve the measurement accuracy and temperature stability of the sensor. The system can realize the signal acquisition, processing and transmission in some speci

9、al places, which can solve the complicated scene connection, and has the advantages of low cost, good reliability and strong practicability.Key words: pressure sensor, wireless technology, data collection目录一、实验目的1二、实验条件12.1开发软件12.2实验设备1三、实验设计原理与步骤13.1 压力传感器信号采集设计原理13.2 传感器的选用条件13.3 压力传感器的特点23.4 A/D转

10、换原理23.5 无线发射部分33.6 无线接收部分43.7 软件部分设计5四、实验结果分析及总结7参考文献8一、实验目的1、由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号。2、通过本次实验，同学们可以加深对A/D转换器、单片机及系统仿真软件的了解。二、实验条件2.1开发软件Keil C51 是Keil software 公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil C51软件提供了丰富的库数据和功能强大的集成开发调试工具Vision2全是windows界面。keil C51生成的目标代码的效率之高，多数语句

11、生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil的版本目前是V7版本，他是很优秀的8051C编译器。2.2实验设备（1）传感器（2）程控放大器（3）A/D转换器 ICL7135（4）无线发射与接收电路（5）计算机三、实验设计原理与步骤3.1 压力传感器信号采集设计原理数据采集系统是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。图一为压力传感器通过无线来进行信号采集的系统图。 3.2 传感器的选用条件（1）转换范围与被测量实际变化范围相一致（2）转换精度转换速度应符合整机要求（3）能满足被测介质和使用

12、环境的特殊要求（4）能满足用户对可靠性和可维护性的要求3.3 压力传感器的特点（1）.传感器的量程和功能都得到了进一步扩展，能实现对基本参数和特殊参数的测量，满足不同场合的需要。（2）.传感器的灵敏度和测量精度也同时得到了提高，对于微弱信号测量，各种信号的校正和补偿都可以实现，测量数据可以根据需要进行存储。（3）.数据测量的稳定性和可能性得到提升，减小外界环境对压力传感器输出干扰，可以对测量有选择性地进行。（4）.能够实现自我诊断功能，对发生故障的部位能及时且准确地进行锁定，故障状态迅速识别，解决一些通过硬件不能实现的问题。（5）.信号输出形式和接口选择更为多样，通信距离得到更大提高。3.4

13、A/D转换原理ICL7135是高精度四位半 CMOS双积分型 A /D 转换器 ,具有如下特点: (1)转换速度为 3 10次/s ,分辨率相当于 14 位二进制数, 转换误差为 1 LSB ,转换精度高。(2)量程范围0 1. 999 9 V 。(3)对输入的模拟信号过(欠)量程能够识别 ; 具有自动转换和自动调零功能 ,可保证零点在常温下的长期稳定性。(4)与单片机可直接连接,不需地址选择信号。当ICL7135工作于双极性情况时 ,时钟最高频率为 125 kHz ,可采用 555定时器作为 ICL7135的CLK 时钟输入。当 ICL7135的积分器在积分过程中(对信号积分和反向积分),其

14、 BUSY 端输出高电平 ,积分器反向积分过零后输出低电平。ICL7135的 POL 端为极性输出端 。当输入信号为正时POL 输出高电平; 当输入信号为负时 POL 输出为低电平 。B1 、 B2 、 B4 、 B8是 BCD 码输出端。A /D 转换器的基准电压的精度和稳定性是影响转换精度的主要因素。为保证ICL7135的转换精度 ,我们采用高准确度、低温漂的带隙基准电压源 MC1403向其提供 1 V 的基准电压。A /D 转换器与单片机的基本连线见图 2 。3.5 无线发射部分发射电路部分由 PT2262 编码器和 F05 发射模块组成。其中 PT2262是一种 CMOS 工艺制造的低

15、功耗低价位通用编码电路 ,能将数据和地址编译成代码的波形。它最大有 12位(A0 A11)三态地址端管脚(悬空 ,接高电平,接低电平),共有 531441 种地址代码。最大有 6 位(D0 D5)数据端管脚, 设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出。F05具有较宽的工作电压范围及低功耗特性 ,当发射电压为 3 V 时 ,发射电流约 2 mA ,发射功率较小, 12 V 为最佳工作电压 , 具有较好的发射效果, 发射电流约 5 8 mA ,大于 12 V 直流功耗增大 ,有效发射功率不再明显提高。F05系列采用 AM 方式调制以降低功耗 ,数据信号停止,发射电流降为零 。数据电平应接近 F05

16、的实际工作电压以获得较高的调制效果 , F05 对过宽的调制信号易引起调制效率下降, 收发距离变近。当高电平脉冲宽度在0. 08 1 ms时发射效果较好,大于 1 ms后效率开始下降;当低电平区大于 10 ms ,接收到的数据第一位极易被干扰(即零电平干扰)而引起不解码 。如采用 CPU 编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰 ,若是通用编解码器 ,可调整振荡电阻使每组码中间的低电平区小于10 ms 。平时 F05输入端应处于低电平状态 ,输入的数据信号应是正逻辑电平, 幅度最高不应超过 F05 的工作电压。F05 应垂直安装在印刷电路板边部,应离开周围器件5 mm 以上 ,以免受分

17、布参数影响而停振。发射部分电路见图 3。图3 发射电路部分设计3.6 无线接收部分接收电路部分主要由P T2272解码器和 J05接收模块组成。其中 PT2272最多可有 12位(A0 A11)三态地址端管脚,任意组合可提供 531441地址码,最多可有6位(D0 D5)数据端输出管脚, 17 脚为解码有效指示输出, PT2272分为锁存型输出或非锁存型输出。J05接收模块采用超外差 ,二次变频结构 ,所有的射频接收、混频 、 滤波、数据解调,放大整形全部在芯片内完成,接收功能高度集成化。具有二种工作方式选择,以适合解调不同的数据速率。当第3脚悬空(内部已上拉为高电平)时,射频接收带宽较宽,可

18、适应发射频率精度误差较大的声表谐振器稳频的发射机及一般的 LC 发射机。当第3脚接地时,射频接收带宽较窄 ,解调滤波器带宽较大 ,但要求配套的发射机必须具有较高的频率精度及稳定度 ,发射频率必须由晶体或精度较高的声表谐振器稳频。接收部分电路见图 4 。图 4 接收部分电路设计3.7 软件部分设计智能压力传感器前端系统软件包括初始化程序 、压力和温度的数据采集程序 、 数字滤波程序、测量算法程序、发送程序等部分组成。系统初始化程序包括堆栈指针的设置 、中断源控制字设置和有关工作单元的初始化等 。本系统采用的是复合滤波方法 ,此法首先将 n 次采样值按大小排队,然后去掉最大值和最小值 ,再对剩下的

19、 n- 2个采样值求算术平均值。复合滤波法既可以去掉脉冲干扰,又可以对采样值进行平滑加工 ,它兼有中值滤波和算术平均滤波的优点 。关于温度引起的压力传感器热零点漂移现象 ,我们采用的是非线性函数多项式拟合的规范化方法 。在程序中通过拟合出的规范化多项式 ,对压力值进行温度漂移的补偿计算。最后得到的压力值数据经 P1 口发送到 PT 2262数据端, 由PT2262编码送 F05发射数据。接收端的软件实现比较简单,主要是解码器 PT2272将 J05接收来的数据发送到单片机的P1 口,经单片机处理后由 P2 口发送给 LED 显示。图5 接收端程序流程图四、实验结果分析及总结测试时将数据采集发射

20、电路与信号接收装置相距20 m左右,将压力传感器置于恒温槽中 ,在不同的温度下进行了分组压力测试,实验结果如表 1所示。从实验结果可以看出,由于在智能传感器系统中融入了温度信息 ,并且应用多项式拟合的算法对压力值进行了零点漂移补偿计算 ,所以基本消除了温度对压力传感器输出信号的影响 。该压力传感器系统由于采用了无线技术来传送采集到的数据信息 ,因此应用起来更加灵活可靠。尤其在一些环境恶劣的场所,较之传统的有线压力监测系统更具优势,有利于实现远程监测 。该压力传感器无线数据采集系统具有广泛的应用前景。实验中总是遇到各种问题，此时我们需要及时翻阅资料询问老师，将问题迅速解决，不把问题留到明天。只有这样我们才能更快的进步，更快的解决问题。在进行数据采集部分时，我们还考虑到温度对实验的影响，并且进行数据处理计算，消除温度对信号的影响，使数据更加精确。参考文献 1智能无线数据采集系统 苏亚 杜晨红 孙以材 张超 河北工业大学 2基于 AT89C2051 单片机压力传感与检测系统林延畅, 颜志国, 刘佳明3智能仪表技术北京师范大学出版社 柳桂国，葛鲁波4无线信号传输装置及传输方法 张默晗,张北,王天亮5电子测量技术基础 张永瑞6无间断无线信号传输方法及装置 李羿承, 林俊嘉