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基于 MC8051 的壓力傳感器改進型校準算法

作時間:2019-03-09  來源:  作者:
   

摘 要: 以一種壓力傳感器為例,介紹了一種改進型壓力校準算法。針對高溫會對傳感器影響較大的特性,同時考慮算法復雜度以及處理器的運算等問題,在高溫區(qū)采用#小二乘擬合加三次樣條插值法,在低常溫區(qū)則用#小二乘擬合加牛頓差值算法構(gòu)造溫度補償模型。所有數(shù)據(jù)運算處理采用 MC8051 處理器處理。實驗結(jié)果表明: 改進算法模型能很好消除溫漂,校準誤差在 0. 119 % 以內(nèi),滿足實際需求。iPI壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
         軟件補償是將微處理器和壓力傳感器結(jié)合,通過收集壓力傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)導入處理器,利用微處理器的處理能力,通過存儲于處理器中的補償算法對數(shù)據(jù)進行校準處理,將校準后的結(jié)果輸出。不管采用何種軟件補償方法,其硬件系統(tǒng)的架構(gòu)是相似的,不同的地方在于算法[13]。硬件系統(tǒng)架構(gòu)采用自主流片的 MC8051 核作為中央微處理器,考慮由于 ROMIP 價格過于昂貴,故采用外接 64 kB片外 ROM,校準算法直接通過編程器燒入 ROM,整體架構(gòu)如圖 2 所示。通過在 ROM 中設(shè)定溫度閾值,根據(jù)壓力傳感器的當前溫度選擇相應的補償算法模型。
壓力傳感器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
         根據(jù)多項式擬合#小二乘法原理,可以得到不同溫度T 下的 pn = fn ( u) ,曲線擬合函數(shù)通過在 MATLAB 中編程實現(xiàn)。根據(jù)標定的數(shù)據(jù)點在圖 2 的分布可以看出壓力和傳感器輸出電壓呈線性關(guān)系。
不同溫度下傳感器輸出特性
         由標定的數(shù)據(jù)根據(jù)上述牛頓差值和三次樣條差值原理可求得各項系數(shù),#終得到 p,T,u 三者之間的函數(shù)關(guān)系表達式,即建立了補償算法模型。對建立的溫度補償算法模型進行驗證,低常溫段選定3 個溫度點 5,10,20 ℃ 進行測試,高溫段選定 35,45,55 ℃
進行測試。收集輸出電壓代入補償算法模型做溫度補償,得到補償結(jié)果。#終兩溫段校準結(jié)果如表 1 所示。
兩溫段補償校準結(jié)果
         對比標準壓強和經(jīng)過補償算法校準后的壓強可以發(fā)現(xiàn),低常溫段測試結(jié)果的#大誤差為 0. 048 5 kPa,相對于傳感器滿量程的綜合誤差為
20190309105501.jpg
         高溫段的測試結(jié)果#大誤差為 0. 009 5 kPa,相對于傳感器滿量程的綜合誤差為
20190309105504.jpg
3、結(jié)論
 
         根據(jù)一種實際壓力傳感器,基于#小二乘法擬合和牛頓差值以及三次樣條插值算法,設(shè)計了一種有效消除溫漂的校準算法,尤其適用于經(jīng)常需要在相差較大的溫度下工作的壓力傳感器校準,校準誤差在 0. 119 % 以內(nèi),且充分考慮了成本,硬件計算能力以及運行速度等問題,具有一定的實際工程應用價值。
 
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