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          FPGA在智能壓力傳感器系統(tǒng)中的應用設計

          作者: 時間:2010-01-12 來源:網(wǎng)絡 收藏

            0 引 言

            傳統(tǒng)氣體壓力測量儀器的傳感器部分與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是分離的,抗干擾的能力較差,并且通常被測對象的壓力變化較快。因此不僅要求系統(tǒng)具有較快的數(shù)據(jù)吞吐速率,而且要能夠適應復雜多變的工業(yè)環(huán)境,具有較好抗干擾性能、自我檢測和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/P>

            在此,利用具有擴展靈活,可實現(xiàn)片上系統(tǒng)(SoC),同時具有多種IP核可供使用等優(yōu)點,設計了能夠控制多路模擬開關、A/D轉(zhuǎn)換、快速數(shù)據(jù)處理與傳輸、誤差校正、溫度補償?shù)闹悄軅鞲衅飨到y(tǒng);同時將傳感器與數(shù)據(jù)采集處理控制系統(tǒng)集成在一起,使系統(tǒng)更加緊湊,提高了系統(tǒng)適應工業(yè)現(xiàn)場的能力。

            1 系統(tǒng)性能及元器件

            1.1 智能傳感器系統(tǒng)性能要求

            傳感器壓力測量范圍:0~5 MPa;系統(tǒng)精度:±0.1%FS;1通道模擬電壓輸入(壓力信號)大于250 sampies/通道/s;采用串行RS 232C接口輸出。

            1.2 系統(tǒng)主要元器件及性能

            根據(jù)系統(tǒng)的精度指標的要求選擇器件:

            芯片 選用Altera的CycloneⅡEP2C5,其邏輯單元有4 608個LE,26個M4K RAM塊,142個用戶I/O引腳。

            壓力傳感器 采用PDCR130W,壓力范圍0~7 MPa,工作電壓直流10~30 VDC,輸出0~10 V,精度±0.05%FS,使用溫度范圍-40~+125℃,溫度影響±0.015%FS/℃。

            溫度傳感器 采用高精度集成溫度傳感器LM335,其靈敏度為10 mV/K,精度為1℃,溫度范圍-40~+100℃。

            A/D轉(zhuǎn)換器 選擇內(nèi)含采樣保持器的12位A/D轉(zhuǎn)換器AD1674,其轉(zhuǎn)換時間為10 μs,0~10 V單極輸入或±5 V雙極輸入,可并行12位輸出。

            多路模擬開關 采用四選一多路模擬開關AD7502,其引腳設置為EN=1的使能信號;A1A0引腳為通道選擇信號。

            輸出電平轉(zhuǎn)換接口 系統(tǒng)使用MAX232芯片完成TTL和RS 232C電平的轉(zhuǎn)換。

            2 系統(tǒng)誤差校正方法

            2.1 零點漂移和增益誤差的校正方法

            在智能儀表中,誤差模型的誤差校正公式為:

          公式

            式中:b1和b0為誤差校正因子。誤差校正電路模型如圖1所示,其中x為被測信號;y為系統(tǒng)輸出;ε,k,i為影響系統(tǒng)的未知量。

          誤差校正電路模型

            誤差校正過程為:

            當S1閉合時,x=0,依據(jù)誤差校正公式得到式(2),用于系統(tǒng)零點校準;

          公式

            當S2閉合時,x=E(標準電壓),得到公式(3),用于系統(tǒng)增益誤差校正;

          公式

            聯(lián)立式(2)、式(3)可得誤差校正因子:

          公式

            當進行實際測量時S3閉合,利用計算出的誤差校正因子和誤差校正公式(1),即可求出校正后的輸出信號y。


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