基于單片機的數(shù)字式壓力測量儀的研究

　　壓力是重要的熱工參數(shù)之一，各種氣體、液體的壓力測量在生產(chǎn)生活、工業(yè)現(xiàn)場、科學實驗等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此，研究開發(fā)高性能的數(shù)字壓力測量系統(tǒng)對于促進信息技術(shù)及自動化技術(shù)的發(fā)展、提高設(shè)備的性能及自動化水平具有不可低估的意義。其中壓阻式壓力傳感器以其靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)好、易于微型化等特點，而獲得廣泛應(yīng)用。由于擴散硅的壓阻系數(shù)是溫度的函數(shù)，使得壓阻式壓力傳感器存在零點溫度漂移，這是影響壓力測量系統(tǒng)精度的主要因素。本文采用軟件算法實現(xiàn)了壓力傳感器的溫度補償，提高了整個系統(tǒng)的測量精度。所設(shè)計的數(shù)字壓力測量儀具有壓力測量精度高，并且主機與壓力模塊之間為數(shù)字通訊，抗干擾能力強等特點。

　　首先，論文分析了壓阻式壓力傳感器的工作原理，以及影響傳感器溫度漂移的主要因素。本文根據(jù)壓力傳感器在工作時的被測壓力對應(yīng)的電壓值以及體電阻隨溫度變化而產(chǎn)生的電壓值，建立了徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件補償模型。其中采用 K 均值和最小二乘法混合的方法對徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進行了調(diào)整，使網(wǎng)絡(luò)能夠更好的逼近系統(tǒng)的輸入輸出模型，進而達到對測量數(shù)據(jù)進行補償?shù)哪康?。由于軟件補償法具有精度高、速度快、穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點，使得壓力測量精度得到顯著改善。

　　本文所設(shè)計的壓力測量系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)字存儲、溫度補償處理、數(shù)字通信等功能，能夠精確的測出壓力。設(shè)計中的硬件電路主要分為五個部分：一是輸入部分主要是將被測壓力物理量轉(zhuǎn)換成電信號，主要是利用惠斯登電橋的工作原理采集壓力信號。二是 A/D 轉(zhuǎn)換部分主要是利用外圍 AD7190 轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。三是 MSP430F5310 微處理器部分的電路，包括時序控制和運算。四是下位機通訊部分，實現(xiàn)與 PC 機的數(shù)字通訊。五是電源管理部分，主要實現(xiàn)±5V 模擬電源電壓和±3.3V 數(shù)字電源電壓的輸出。軟件包括兩個部分：一是采用 C 語言的模塊化設(shè)計方式，完成任務(wù)的激活、查詢、執(zhí)行，觸發(fā)中斷和數(shù)據(jù)通訊等工作。二是用 VB 語言實現(xiàn)了上位機數(shù)據(jù)顯示和保存等功能。