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引言Freescale公司生产的MPXM2010器件是一种硅压阻式压力传感器。MPXM20lO精度很高，输出电压与输人的压力具有良好的线性关系。这种传感器是一块单片集成电路，集成有压力应变仪及膜阻网络，并带有激光式微调模块进行温度补偿和偏移佼正微控制器68HC908QT4则是一款低端的8位微控制器，有4路8位的A／D转换通道和16位的PWM模块，可以用于A／D和D／A转换。将两种芯片结合到一起可组成一套实用的低成本压力测控系统。美中不足的是它的精度低了一些，如果将A／D位数提高则会使成本大大增加。通过硬件搭配和软件上的编程可以弥补这一缺点，即不增加硬件开销而且可以提高产品性能。1压力传感器模块设计Freescale公司生产的MPXM2010器件是一种硅压阻式压力传感器，其内部原理如图l所示。MPXM2010精度很高，输出电压与输入的压力具有良好的线性关系。这种传感器是一块单片集成电路，集成有压力应变仪及膜阻网络，并带有激光式微调模块进行温度补偿和偏移校正。MPXM2010特点如下：◇压力测量范围为O～10kPa，精度可达士O．01kPa;◇在O～85℃之间具有温度补偿功能;◇输出信号与压力的线性关系良好;◇传感器接触面可选择是否带引出管口;◇有Tape＆Reel的易用封装形式，具体样图如图2所示。MPXM2010的输出信号比较弱，需要另加1片MOC2A60，将小信号放大，直流变为交流。这样就可以直接控制电机切断或是接通电源。在调试模块时，将各部分分离开来便于调试。运放采用MC33179，再配接一些电阻，就可以把压力传感器的信号输出，并且可以通过调节阻值来调节输出信号的大小。图3和图4是压力传感器模块设计的原理图和PCB板图。2压力测控系统设计及其精度改进2.1直联式压力测控系统通常情况下，使用68HC908QT4的A／D模块即可完成设计，只要把压力传感器模块的输出端接至68HC908QT4的A／D模块输入端即可。图5给出了压力测控系统的框图。微控制器68HC908QT4特点如下：◇4KBFlash存储器、128B的RAM存储器;◇4路8位A／D转换器、16位PWM模块;◇价格便宜，批量1000片以上每片的价格可降至1美元以下。MPXM2010测量范围为0～10kPa，将其输出电压信号限制在0～5V，则其精度为：S=5V／10kPa=500mV／kPa68HC908QT4的A／D为8位，电压限制5V，则其精度为：R=5V／(20―1)bit≈19．61mV／bit整个系统的压力精度为：R／S=19．61／500kPa／bit=0．03922kPa／bit如果要提高精度，将A／D升为10位，则精度为：R／S=O．03922X(28―1)／(210―1)kPa／bit=0．009776kPa／bitA／D升为12位后，精度为：R／S=0．03922×(28―1)／(212―1)kPa／bit=0．002442kPa／bit这样做确实可以提升精度，但要增加硬件的开销。利用68HC908QT4的PWM模块作为D／A转换器，可以巧妙地提高A／D变换的精度。2.2改进后的压力测控系统误差产生的原因就是在A／D处，将小数点后的部分舍去，比如176．51bit会当作176bit来处理。解决问题也应该从这里人手，把误差缩小。误差的引出可以用D／A来解决，把A／D读进来的数据再用D／A处理一次送出来，和原来的数据做一次减法就可以得到。误差没法直接再送回A／D，但可以将其放大后再送回，再使用68HC908QT4中的另一路A／D将放大后的误差进行A／D变换，MCU得到结果后缩小相同的倍数，与原A／D变换结果相加，便是更精确的结果。图6中，整个系统可分为压力传感器模块、模拟部分、单片机部分和输出电路部分，精度提高的关键在模拟部分的设计．如图7所示。假设放大器G的放大倍数为10。A／D的性能本身并没有提升，精度仍为R=19．61mV／bit，这个值也就是极限值。放大10倍后，原来的最大误差19．6lmV／bit被扩大为196．1mV／bit，A／D处理的是放大后的数据，其能力就被放大了10倍。数据处理时又会将其除以lO恢复，从整体上来看就好像精度R除以10了一样，变为1．961mV／bit。例如：初始A／D变换的误差为10mV，经过放大后变为100mV，此时再经过A／D变换，第二次遗留的误差为100mV一19．61mV／bit×5bit=1．95mV，再除以10后变为0．195mV。误差大大地减小了，其极限值就是原精度的十分之一。G的放大倍数可以自己调整，但要符合所选微处理器的性能以及电路本身的精度，选的过高没有实际意义。图7所示的电路中，Vm、D、Vc与图6所示相同。其中D的计算值为：D=(Vm―Vc)×(R14／R13)[l+(R17／R16)]G的放大倍数为(R14／R13)[1+(R17／R16)]。结语在产品设计研发过程中，成本是很重要的因素。巧妙地利用微控制器内的模块，辅助以相应的简单模拟电路，可以大大提高芯片的利用效率，并能提升系统性能。多利用手头的东西进行改进再创造，往往能得到事半功倍的效果。北京至福州货运专线北京到上海物流专线北京到南京物流专线小口径膛线无缝钢管gcr15轴承钢管轴承钢管生产厂齿轮泵厂家RY导热油泵LQB沥青保湿泵有载调压电力变压器高出力变压器非晶合金变压器电动二通阀汽水分离器缓闭式止回阀杭州电焊机价格杭州螺杆空气压缩机杭州等离子切割机报价公交刷卡机手持刷卡机手持收费机微机监控电机保护器电机缺相保护器电机微机保护器