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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,在高溫區采用非常小二乘擬合加三次樣條插值法,在低常溫區則用非常小二乘擬合加牛頓差值算法構造溫度補償模型。所有數據運算處理采用 MC8051 處理器處理。實驗結果表明: 改進算法模型能很好消除溫漂,校準誤差在 0. 119 % 以內,滿足實際需求。3dn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合,通過收集壓力傳感器的相關數據導入處理器,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據進行校準處理,將校準后的結果輸出。不管采用何種軟件補償方法,其硬件系統的架構是相似的,不同的地方在于算法[13]。硬件系統架構采用自主流片的 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,整體架構如圖 2 所示。通過在 ROM 中設定溫度閾值,根據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結構
         根據多項式擬合非常小二乘法原理,可以得到不同溫度T 下的 pn = fn ( u) ,曲線擬合函數通過在 MATLAB 中編程實現。根據標定的數據點在圖 2 的分布可以看出壓力和傳感器輸出電壓呈線性關系。
不同溫度下傳感器輸出特性
         由標定的數據根據上述牛頓差值和三次樣條差值原理可求得各項系數,非常終得到 p,T,u 三者之間的函數關系表達式,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,得到補償結果。非常終兩溫段校準結果如表 1 所示。
兩溫段補償校準結果
         對比標準壓強和經過補償算法校準后的壓強可以發現,低常溫段測試結果的非常大誤差為 0. 048 5 kPa,相對于傳感器滿量程的綜合誤差為
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         高溫段的測試結果非常大誤差為 0. 009 5 kPa,相對于傳感器滿量程的綜合誤差為
20190309105504.jpg
3、結論
 
         根據一種實際壓力傳感器,基于非常小二乘法擬合和牛頓差值以及三次樣條插值算法,設計了一種有效消除溫漂的校準算法,尤其適用于經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,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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