压力传感器数据采集.docx

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压力传感器数据采集

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。

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关键词：

压力传感器无线技术数据采集

Abstract

Pressuresensorisoneofthemostfrequentlyusedmeasuringdevicesinautomaticcontrol.Inlarge-scalechemicalprojects,includingalmostallthepressuresensorapplication:

differentialpressure,absolutepressure,gaugepressure,highpressure,differentialpressure,hightemperature,lowtemperature,andavarietyofmaterialsandspecialprocessingtransmissionflangetypepressuresensor.Inrecentyears,pressuresensorinthemarkethot,inawiderangeofconsumerproductscanseesensorapplication,notonlyenrichthefunctionsoftheproductandimprovetheproductsoftheconvenienceandeaseofuse,becometoattractconsumerattention,anewbrightspot.Thepressuresensorhasthewholesealingstainlesssteelweldedstructure,smallvolume,highsensitivity,zerofulladjustableshouldbeusedforhydraulic,die-casting,centralair-conditioningsystem,constantpressurewatersupply,locomotivebrakesystemlightindustry,machinery,metallurgy,petrochemical,environmentalprotection,aircompressorandotherautomaticcontrolsystem.

Wirelesstechnologycanbeusedinashortdistancetotransmitandreceivemoduleinsteadofcableconnection.Inthispaper,adataacquisitionsystembasedonwirelesstechnologyispresented,whichiscomposedoftwoparts,thetransmitterandreceiver.Thispapermainlyintroducesthehardwarestructuredesign,softwaresystemworkflowandtestresults,andappliesthemethodofpolynomialfitting.Thethermalzerodriftcompensationisusedtoimprovethemeasurementaccuracyandtemperaturestabilityofthesensor.Thesystemcanrealizethesignalacquisition,processingandtransmissioninsomespecialplaces,whichcansolvethecomplicatedsceneconnection,andhastheadvantagesoflowcost,goodreliabilityandstrongpracticability.

Keywords:

pressuresensor,wirelesstechnology,datacollection

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

KeilC51是Keilsoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。

KeilC51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μVision2全是windows界面。

keilC51生成的目标代码的效率之高，多数语句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。

3.4A/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±1LSB,转换精度高。

（2）量程范围0～1.9999V。

（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125kHz,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1V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3V时,发射电流约2mA,发射功率较小,12V为最佳工作电压,具有较好的发射效果,发射电流约5～8mA,大于12V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0.08～1ms时发射效果较好,大于1ms后效率开始下降;当低电平区大于10ms,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10ms。

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5mm以上,以免受分布参数影响而停振。

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PT2272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PT2262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电路与信号接收装置相距20m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