压力传感器的高精度数据采集
压力传感器的高精度数据采集
一、引言
在石油、化工、冶金、电力、纺织、轻工、水利等工业及科研领域中，都必须进行相关的压力检测与分析。通常压力值的变化速度较缓慢，但在测量压力值并把它由非电量转变成电量这一过程中，要求精度非常高，本文介绍了一种通用的高精度压力数据采集系
统。系统的压力传感器选用Motorola公司的高精度X型硅压力传感器MPX2100，转换精度高、灵敏度高，具有极好的线性度，在高性能单片机AT89S52的控制下，放大调理后的模拟电量通过高精度、高性能芯片ICL7135进行A/D转换，可以保证系统具有很高的数据采集精度和很强的抗干扰能力，使用寿命长。系统采用液晶显示及PS/2键盘接口，实现了良好的人机交换。PLD技术的应用，节省了硬件电路的开销。
二、系统的硬件组成及工作原理
高精度压力数据采集系统框图。压力传感器输出的模拟信号被放大调理后经模/数转换
模块转换为数字量，传送给单片机，经过标定、运算及零点补偿等处理，在液晶显示模块上显示出来，同时可经串行接口传送到上位机，实现良好的人机交换，键盘提供人机交互的手段。
1、压力数据采集及信号调理电路
压力传感器是一种将压力转换成电流/电压的器件，可用于测量压力、位移等物理量。
压力传感器的种类很多，其中硅半导体传感器因其体积小、重量轻、成本低、性能好、易集成等优点得到广泛的应用。硅压阻式传感器属于其中的一种，它是在硅片上用扩散或离子注入法形成四个阻值相等的电阻条，并将它们接成一个惠斯登电桥。当没有外加压力时，电桥处于平衡状态，电桥输出为零。当有外加压力时，电桥失去平衡而产生输出电压，该电压大小与压力有关，通过检测电压，即可得到相应的压力值。但这种传感器由于四个桥臂电阻不完全匹配而引起测量误差，零点偏移较大，不易调整。Motorola公司生产的X型硅压力传感器则可以克服上述缺点。，与惠斯登电桥不同，
Motorola专利技术采用单个X型电阻元件，而不是电桥结构，其压敏电阻元件呈X型，因而称为X型压力传感器。该X型电阻是利用离子注入工艺光刻在硅膜片上，并采用计算机控制的激光修正技术，温度补偿技术，使Motorola硅MPX系列压力传感器的精
度很高，其模拟输出电压正比于输入的压力值和电源偏置电压，具有极好的线性度，且灵敏度高，长期重复性好。此系列中的MPX2100DP压力传感器是一种高精度硅压式压力传感器，本系统采用MPX2100DP作为压力传感器，可以很好地满足系统的要求，它具有如下特点：
①由于采用激光微调技术，使电桥零漂输出很小，一般小于±1mV；②传感器灵敏度较高，为40mV±1.5mV；③传感器由热敏电阻组成温度补偿网络，在-40℃~+125℃范围内有较好的温度补偿效果，从而提高了传感器的精度；
④具有极好的线性度（±0.25%F.S）；⑤有较宽的工作温度范围（-40℃~ +125℃）；⑥允许过载大（400%）。
（2）信号调理电路
电路图（图中只以一路传感器输出信号为例，未画出多路开关CD4051）。
信号经高精度压力传感器MPX2100DP变为电信号，通过CMOS型8选1多路开关CD4051选择之后，再送入放大电路，进行调理后输出到A/D模块ICL7135进行高精度模数转换。MPX2100DP的供电电压取为8V，它的满量程输出x由下式确定：x =40mV×8V/10V=32mV（1）
对于电压输出逻辑电平定为5V，显然32mV的电压要进行适当的放大。
放大器采用MC33274四运算放大器，它组成一个仪表放大电路，具有高差模增益和高共模抑制比，输入阻抗高，可调节偏置电路。差模放大主要由U1A完成，U1B为电压跟随器，用来防止运放的反馈电流流入传感器的负端。零压力时，传感器的2和4端之间的电压差为零。设2端和4端的共模电压各为4V（传感器电源电压的一半），则U1A的端电压也是4V，该电压经U1C和U1D电路使其输出为零。输出端的零压力偏置由R4和RP1引入。R7值的选择从13端看过去的阻抗约为1kW，放大器的增益为：
选择125的增益使传感器满量程输出摆幅32mV可放大到125×0.032=4V （为电源电压的一半）。
2、单片机及其外围电路部分单片机外围电路。
（1）AT89S52介绍
单片机选用的是ATMEL公司新推出的AT89S52，该芯片具有低功耗、高性能的特点，是采用CMOS工艺的8位单片机。AT89S52有以下主要特点：①采用了ATMEL 公司的高密度、非易失性存储器（NV-SRAM）技术；②其片内具有256字节RAM，8KB的可在线编程（ISP）FLASH存储器；③有2种低功耗节电工作方式：空闲模式和掉电模式；④片内含有一个看门狗定时器（WDT），WDT包含一个14位计数器和看门狗定时器复位寄存器(WDTRST)，只要对WDTRST按顺序先写入01EH，后写入0E1H，WDT便启动，当CPU由于扰动而使程序陷入死循环或“跑飞”状态时，WDT即可有效地使系统复位，提高了系统的抗干扰性能。
（2）外围电路部分
接口电路的片选信号由74LS138对高位地址线P2.0（A8）、P2.1（A9）、P2.2（A10）译码后生成，主要有8155可编程接口电路片选信号CS_8155（Y0）、键盘接口片选信号CS_KEY（Y1）及液晶模块片选信号CS_LCD（Y2）等。LCD选用OCULAR公司生产的字符点阵液晶显示模块GD1602S，该模块能显示20×2的5×7点阵字符，功能强，与8位MCU接口方便；键盘接口设计为通用PC机接口（PS/2），是因为通用PC机键盘具有价格低廉、可靠性高、通用性好及操作方便等优点，而且维护方便，限于篇幅本文未介绍。A13、A14、A15组成多路模拟开关4051的编码地址线，Vxi即为4051按照键盘输入的地址选出的一路模拟信号，它将被送往信号调理模块进行放大调理。在恶劣的工业工作环境中，串行通信接口芯片很有可能受到静电的冲
击而损坏，特别是在传输线架设于户外的使用场合，接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击。本文选用的RS-485接口芯片SN75LBC184不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8kV的静电放电冲击，最大传输距离约1219m，最大传输速率为10Mb/s；可以保证与上位机进行通信时稳定可靠。
3、双积分模/数转换接口电路
（1）芯片ICL7135介绍
ICL7135是美国MAXIN公司生产的一个双积分式A/D转换集成电路，该芯片抗干扰能力强、分辩率高、价格低廉。它的分辩率相当于14位二进制数，转换误差为±1LSB，转换输出为0~19999；当测量量程为0kN~2000kN时，这样的精度使得仪表的分辩率达到0.1kN；模拟输入可以保证0点在常温下的长期稳定性。由于7135输出的转换结果是动态扫描BCD码，因此常规设计一般通过并行接口与单片机连接，以节省单片机的硬件开销，同时8155中的定时器还可以满足7135对时钟的需要。
（2）A/D转换电路及其原理
电路原理图。
7135与8155的连接是通过4位2选1数据多路开关74LS157来实现的。其选通信号由7135的D5输出控制。当A/D转换结束时，D5输出高电平，74LS157选通B 类通道，单片机通过PA0~PA3读入万位数B1、状态位POL（极性）、OVR（过量程）和UR（欠量程）；当D5输出完成时，变为低电平（这一过程包括D4~D1数据输出周期在内），74LS157选通A类通道，单片机通过PA0~PA3将依次读入8421码值B8，B4，B2及B1，即低位BCD码，依次形成万、千、百、十、个各位BCD码（即转换结果）。8155A口中断请求线PC0反相后形成单片机的外中断0触发信号。当7135完
成1次转换后，产生5个数据选通脉冲，分别将各位BCD码和位标志送入A口；A口收到一个数据后，中断线PC0变为高电平，启动单片机的中断服务程序，读取A/D转换的数据结果。7135的转换启动由P14控制，高电平转换开始，低电平保持。
经调理后的0V~2V的模拟信号通过RC低通滤波后，从IN+，IN-输入。A/D转换后的结果包括2部分：极性和量程，反映转换性质的结果。转换后的数字信号为D1，D2，D3，D41及D5，其中D5（万位）只能是1或0，其他几位为0~9的BCD码。而7135所需的参考电压为量程的确良1/2，如果量程为2V，则参考电压为1V。为了保证转换的温度稳定性和精度，采用高精度基准电源MC1403，通过金属膜多圈进口电位器调节得到。参考电压上并联的CBB电容C46(0.1mF)，C47（1mF）主要是保证参考电压的稳定性。
积分电容是决定转换精度的关键器件。按照7135应用特性，积分电容C8和积分电阻R3与量程等有关，选用时必须满足以下要求：
R3=满度电压/20mA（3）C8=1000×20mA×T/积分器输出摆幅（4）
式中，T=1/fcl k。
fclk—7135的时钟频率，一般可选择250kHz，166kHz、125kHz、及100kHz、典型值为125kHz，此时7135的转换速率为3次/s。在±5V系统中，如模拟地为0V，则摆幅为±4V，此时量程为?C2V~+2V，则：R3=100kW，C8=0.47mF。
（3）PLD技术的应用
为节省了硬件电路的开销，减少硬件电路产生的电磁干扰，系统的部分电路应用了PLD 技术，其可编程逻辑电路（见图5）由可编程逻辑陈列芯片GAL16V8组成，主要完成A/D转换模块所需的时钟信号和转换结束选通信号产生单片机外中断0中断信号的
逻辑转换，其逻辑方程如下：P16=+（与非门）（5）P14=P7+P8（或门）（6）P13=（非门）（7）式中，P2、P3、P7分别为单片机的、、ALE信号；P8—与非门输出；P9—8155的A口中断信号；P13—生成的单片机外中断触发信号。
按照上述逻辑关系生成的PLD文件经FM软件编译后，产生熔丝文件*.LED，然后通过编程器写入GAL16V8即可。
三、系统软件设计
系统软件设计采用模块化结构，采用汇编语言编程，整个程序由主程序、显示、键盘扫描、A/D转换处理等子程序模块组成。限于篇幅在此只列出了A/D转换处理子程序流程图，。
四、非线性误差的修正
传感器、放大器、A/D转换器总是存在非线性误差，由于上述非线性关系的存在，带来
了精度的降低，为了保证在整个范围内满足精度的要求，所以在实际应用中应根据控制要求对测量值进行误差修正，修正一般通过软件较准实现。其具体的修正方法应根据信号的工作区段和质量要求来确定。利用单片机的运算和控制能力对非线性关系找出修正算法，并在反复测试调整后使其达到设计要求。本系统采用分段线性插值法对测量值的
曲线进行了误差修正处理。方法为：将0～XMAX分为若干工作区段，每段曲线用一段对应的折线来代替，对每段折线可求出VQ：
N t:VQ=ai×N t+bi（8）
式中，I—某段折线的序号；ai—该段折线的斜率；bi—该段折线
的截距。
它们的修正程序流程图，处理关系示意曲线。
预先将每段的之值存于单片机中，在不同的工作区段，单片机自动地将对应的每段的上述值调出进行运算处理。（限于篇幅，定量的分析没有讨论）
五、结束语
本文描述的是一种通用的高精度压力数据采集系统，它有许多优点，可在各种恶劣的环境中正常地工作，而且抗干扰能力强、使用寿命长、分辨率高。采用液晶显示及PS/2键盘接口，实现了良好的人机交换。可广泛地应用于石油、化工、冶金、电力、纺织、
轻工、水利等工业及科研领域的压力数据采集、检测与分析。
高精度GIS数据采集设备Q9参数要求 1、GPS主机功能 （1）产品已通过CMC（中华人民共和国制造计量器具许可证）认证。 （2）厘米级高精度 GIS 数据采集器,支持 GPS+GLONASS （3）GPS定位精度：SBAS差分：小于1米；参考站差分:内置天线：50厘米，外置天线：20厘米 (4) 内置高精度双星GPS芯片，可接收GPS+GLONASS卫星信号; （5）CPU采用ARM920T以上处理器， 833 MHz以上主频。 （6）内置1G以上闪存。 （7）内置GPRS通信模块，内置蓝牙、USB接口,支持WIFI无线局域网, 内置密封Micro SD 卡槽，最大可支持32GB。 2、设备主机内置采集软件功能 （1）专业的Hi-Q GIS 数据采集软件, 具有自主知识产权的专业GIS数据采集软件。支持PPP实时处理功能。 （2）内置软件具有海量图像数据处理功能，可导入图像文件作为工作底图使用。 （3）内置软件具有数据字典编辑功能，可实现工作流定制。 （4）内置软件具有边角坐标的直接采集功能，并能实时计算和显示长度、距离和面积等。（5）内置软件具有无线通讯功能，可实现工作任务的远程下载和软件的在线实时更新。（6）内置软件可将工作现场采集的数据实时上传到服务器端，实现GIS数据的同步更新。（7）内置软件具有全球版的坐标系统转换功能。 3、桌面端GIS数据处理软件功能 （1）投标产品提供基于桌面电脑使用的GIS数据处理软件，并可单独作为服务器端软件使用。 （2）GIS数据处理软件作为服务器端软件使用时，可实现数据的远程无线接收和发送功能，支持实时的作业监控和调度功能。 （3）软件具有数据字典编辑功能，可实现工作流定制。 （4）软件具有图形数据的浏览和操作功能。 （5）软件具有海量影像数据配准和预处理功能。 （6）软件具有图层管理、符号渲染及属性查询功能。 （7）软件具有GPS数据后处理功能，可进行GPS后差分处理。 （8）软件具有表格定制功能，可实现定制的文档报表输出。 （9）软件支持shp、mif、dxf、txt、csv等主流GIS数据格式。
常用压力传感器原理分析 振膜式谐振压力传感器 振膜式压力传感器结构如图(a)所示。振膜为一个平膜片，且与环形壳体做成整体结构，它和基座构成密封的压力测量室，被测压力 p经过导压管进入压力测量室内。参考压力室可以通大气用于测量表压，也可以抽成真空测量绝压。装于基座顶部的电磁线圈作为激振源给膜片提供激振力，当激振 频率与膜片固有频率一致时，膜片产生谐振。没有压力时，膜片是平的，其谐振频率为 f0；当有压力作用时，膜片受力变形，其张紧力增加，则相应的谐振频率也随之增加，频率随压力变化且为单值函数关系。 在膜片上粘贴有应变片，它可以输出一个与谐振频率相同的信号。此信号经放大器放大后，再反馈给激振线圈以维持膜片的连续振动，构成一个闭环正反馈自激振荡系统。如图(b)所示 压电式压力传感器 某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到不带电 的状态，此现象称为“压电效应”。常用的压电材料有天然的压电晶体(如石英晶体)和压电陶瓷(如钛酸钡)两大类，它们的压电机理并不相同，压电陶瓷是人造 多晶体，压电常数比石英晶体高，但机械性能和稳定性不如石英晶体好。它们都具有较好特性，均是较理想的压电材料。 压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系： Q=kSp 式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测量电荷量可知被测压力大小。 图1为一种压电式压力传感器的结构示意图。压电元件夹于两个弹性膜片之间，压电元件的一个侧面与膜片接触并接地，另一侧面通过引线将电荷量引出。被测压力 均匀作用在膜片上，使压电元件受力而产生电荷。电荷量一般用电荷放大器或电压放大器放大，转换为电压或电流输出，输出信号与被测压力值相对应。 除在校准用的标准压力传感器或高精度压力传感器中采用石英晶体做压电元件外，一般压电式压力传感器的压电元件材料多为压电陶瓷，也有用高分子材料(如聚偏二氟乙稀)或复合材料的合成膜的。
TEL:0750-6655202 www. gd-antai .com 1/4 ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? W, N, T W, N, T W, N, T W, N, T W, N, T W, N 型压力传感器 1451表压和绝压低成本 0~60mV输出 PC板封装压力传感器产品说明 1451型表面贴装硅压阻式传感器适用于大批量,体积小,重量轻,可进行自动化贴装的应用领域。传感器有表压或绝压两种类型,且被粘贴到可进行表面焊接的陶瓷基座上。陶瓷基座上的保护军一方面可以保护传感器芯片,另一方面可提供引压接口。 该器件使用了防静电塑封包装管装载,适用于自动化生产设备。图示为一个标准型号,引压管可根据介质需要选择宽型或窄型两种形式。 特点 应用 表贴封装 ±0.25%非线性 3种压力接口选择固态结构,性能可靠低功耗 高度测量大气压力测量医疗仪器消费类产品轮胎压力 标准量程 psia psig 量程 0~5 0~15 0~30 0~50 0~100 0~250 0~500
W, N, T W, N, T W, N, T W, N, T W, N 接口选项: W=宽引压孔(可充胶,N=窄引压孔,T=引压管 江门市安泰电子有限公司 TEL:0750-6655202 2/4 30 60 120 mV 1 -25 25 mV -0.25 0.25 %Span 2 -0.1 0.1 %Span 3500 5000 6000 ? 0.05 %/°C 3 -0.2 0.2 %Span 3 3.0 12.0 Vdc 1.0 mS 4 1.0 μV p-p 0.5 %Span 5 3X Rated 6 -40 +125 °C -50 +150 °C 0.3 grams 7 www. gd-antai .com 型压力传感器 1451性能参数 供电电压:3Vdc 参考温度:25℃(除非另有说明 参数 最小值 典型值 最大值
湖南工业大学科技学院 毕业设计（论文）开题报告 （2012届） 教学部：机电信息工程教学部 专业：电子信息工程 学生姓名：肖红杰 班级： 0801 学号 0812140106 指导教师姓名：杨韬仪职称讲师 2011年12 月10 日
题目：基于单片机的数据采集系统的控制器设计 1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。 近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统在各行各业也迅速的得到应用。如在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成。但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统，基于单片机的数据采集系统具有实现处理功能强大、处理速度快、显示直观，性价比高、应用广泛等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化，智能家居等诸多领域。总之，无论在那个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就超高，取得的经济效益就越大。 数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景。 随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的 A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。 数据采集器是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制已经相当成熟，而且数据采集器的各类不断增多，性能越来越好，功能也越来越强大。 在国外，数据采集器已发展的相当成熟，无论是在工业领域，还是在生活中的应用，比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器，它既可单独使用又可和计算机连接使用，它具有多种测量
双通道同步数据采集系统的设计与实现 作者：徐灵飞， 李健， Xu Lingfei， Li Jian 作者单位：成都理工大学工程技术学院,四川,乐山,614007 刊名： 自动化仪表 英文刊名：PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION 年，卷(期)：2011,32(1) 参考文献(14条) 1.周立功ARM嵌入式系统基础教程 2005 2.项志遴.俞昌旋高温等离子体诊断技术 1982 3.渠海青;孙艳萍;朱正伟数字示波表中超高速数据采集系统的设计[期刊论文]-自动化仪表 2009(11) 4.李亚磊.邓新绿.俆军.丁万昱高信噪比Langmuir探针系统 2006(4) 5.曹军军;陈小勤;吴超基于USB2.0的数据采集卡的设计与实现[期刊论文]-仪器仪表用户 2006(01) 6.黄新财.佃松宜.汪道辉基于FPGA的高速连续数据采集系统的设计 2005(2) 7.张健;刘光斌多通道测试数据采集处理系统的设计与实现[期刊论文]-计算机测量与控制 2005(10) 8.张健.刘光斌多通道测试数据采集处理系统的设计与实现 2005(10) 9.黄新财;佃松宜;汪道辉基于FPGA的高速连续数据采集系统的设计[期刊论文]-微计算机信息 2005(02) 10.曹军军.陈小勤.吴超.何正友基于USB2.0的数据采集卡的设计与实现 2006(1) 11.李亚磊;邓新绿;徐军高信噪比Langmuir探针系统[期刊论文]-核聚变与等离子体物理 2006(04) 12.渠海青.孙艳萍.朱正伟数字示波表中超高速数据采集系统的设计 2009(11) 13.项志遴;俞昌旋高温等离子体诊断技术 1982 14.周立功ARM嵌入式系统基础教程 2005 本文链接：https://www.doczj.com/doc/d38986166.html,/Periodical_zdhyb201101021.aspx
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关键词：声卡数据采集MATLAB 信号处理 论文摘要：利用数据采集卡构建的数据采集系统一般价格昂贵且难以与实际需求完全匹配。声卡作为数据采集卡具有价格低廉、开发容易和系统灵活等优点。本文详细介绍了系统的开发背景,软件结构和特点,系统地分析了数据采集硬件和软件设计技术,在此基础上以声卡为数据采集卡,以MATLAB为开发平台设计了数据采集与分析系统。 本文介绍了MATLAB及其数据采集工具箱, 利用声卡的A/ D、D/ A 技术和MATLAB 的方便编程及可视化功能,提出了一种基于声卡的数据采集与分析方案,该方案具有实现简单、性价比和灵活度高的优点。用MATLAB 语言编制了相应软件,实现了该系统。该软件有着简洁的人机交互工作界面,操作方便,并且可以根据用户的需求进行功能扩充。最后给出了应用该系统采集数据的应用实例。 1绪论 1.1 课题背景 数据也称观测值，是实验、测量、观察、调查等的结果，常以数量的形式给出。数据采集，又称数据获取，就是将系统需要管理的所有对象的原始数据收集、归类、整理、录入到系统当中去。数据采集是机管理系统使用前的一个数据初始化过程。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。 数据采集（Data Acquisition）是将被测对象(外部世界、现场)的各种参量(可以是物理量，也可以是化学量、生物量等)通过各种传感元件作
适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。 被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据测量方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，都以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包括对连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量数据。 在智能仪器、信号处理以及自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题，常常需要对外部的温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集。数据采集技术是一种流行且实用的技术。它广泛应用于信号检测、信号处理、仪器仪表等领域。近年来，随着数字化技术的不断，数据采集技术也呈现出速度更高、通道更多、数据量更大的发展态势。 数据采集系统是一种应用极为广泛的模拟量测量设备，其基本任务是把信号送入计算机或相应的信号处理系统，根据不同的需要进行相应的计算和处理。它将模拟量采集、转换成数字量后，再经过计算机处理得出所需的数据。同时，还可以用计算机将得到的数据进行储存、显示和打印，以实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被用作生产过程中的反馈控制量。
高精度数据采集放大器AD522及其应用 摘要：AD522是AD公司推出的高精度数据采集放大器，利用它可在恶劣工作环境下获得高精度数据。文中介绍了其主要特点，给出了AD522的典型应用电路，并对AD522在特殊应用情况下漂移、增益、共模拟制比的调整方法作了说明，最后还指出了AD522的误差形成原理及调整方法。 关键词：数据采集放大器共模抑制比漂移 AD522 1 概述 AD522集成数据采集放大器可以在环境恶劣的工作条件下进行高精度的数据采集。它线性好，并具有高共模抑制比、低电压漂移和低噪声的优点，适用于大多数12位数据采集系统。AD522通常用于电阻传感器（电热调节器、应变仪等）构成的桥式传感器放大器以及过程控制、仪器仪表、信息处理和医疗仪器等方面。 AD522具有如下特性： ●低漂移：2.0μV/℃(AD522B)； ●非线性低：0.005%（G=100）； ●高共模抑制比：>110dB(G=1000)； ●低噪声：1.5μVp-p(0.1～100Hz)； ●单电阻可编程增益：1≤G≤1000； ●具有输出参考端及远程补偿端； ●可进行内部补偿； ●除增益电阻外，不需其它外围器件； ●可调整偏移、增益和共模抑制比。 AD511采用14脚DIP封装，其结构外形和常用的AD521相似。图1给出了AD522的引脚排列。表1是各引脚的功能说明。 表1 引脚功能说明
2 AD522的主要特性 AD522可以提供高精度的信号调理，它的输出失调电压漂移小于1V/℃，输入失调电压漂移低于 2.0μV/℃,共模抑制比高于80dB(在G=1000时为110dB)，G=1时的最大非线性增益为0.001%，典型输入阻抗为10 9Ω。 AD522使用了自动激光调整的薄膜电阻，因而公差小、损耗低、体积小、性能可靠。同时，AD522还具有单片电路和标准组件放大器的最好特性，是一种高性价比的放大器。 为适应不同的精确度要求和工作温度范围，AD522提供有三种级别。其中“A”和“B”为工业级，可用于-25～+85℃。“S”为军事级，用于-55～+125℃。AD522可以提供四种漂移选择。输出失调电压的最大漂移随着增益的增加而增加。失调电流漂移所引起的电压误差等于失调电流漂移和不对称源电阻的乘积。另外，AD522的非线性增益将随关闭环增益的降低而增加。 AD522放大器的共模抑制比的测量环境条件为±10V,使用阻值为1kΩ的不对称电阻。在低增益情况下，共模抑制比主要取决于薄膜电阻的稳定性，但由于增益带宽的影响，AD522在60Hz以下频率时相对比较恒定。但在有限的带宽中，AD522的相移将随着直流共模抑制比的升高而增加。 在动态性能方面，AD522的稳定时间、单位增益带宽和增益成正比。 3 应用 3.1 典型应用 图2是AD522应用于桥型放大电路时的典型电路图。该电路可在低电压、高阻抗、大噪声的环境中获得最佳性能。当然，这需要正确的屏蔽和接地。在图2电路中，信号地和AD522直接连接，从而形成了输入放大器的偏置电流回路。用户在设计时，可以像图2所给电路那样直接连接，也可以通过小于1MΩ的电阻间接连接。 为了降低噪音，输入管脚和增益电阻应被屏蔽。利用自举电路可实现无源数据的保护以改善交流共模抑制比。这种方法可减小差分相移，同时也可抑制系统带宽下降。 利用图2这种平衡设计不需使用外部旁路电容就可以获得较理想的性能。但如果信号源被置于远处（10英尺或更远）或者携带超过几千毫伏的噪声时，就需要使用旁路电容来获得更好的性能。
//date:2010/09/04 //VERSION: U2.0 //#include
２０１８年 第２期仪表技术与传感器 Ｉnsｔｒumenｔ Tecｈnｉque ａnd Sensoｒ２０１８ Ｎo．２ 收稿日期：２０１７－０２－２４卫星用高精度压力传感器研究 付新菊，关威 （北京控制工程研究所，北京100094) 摘要：针对卫星用压阻式压力传感器存在温度漂移误差的问题，提出在传感器内部压力芯片处嵌入高精度温度传感器，使传感器具备压力二温度一体化测量和标定的功能三通过曲面拟合，采用最小二乘法完成对压力传感器的标定补偿工作，将压力传感器的测量精度提高到０．０４１８％三 关键词：曲面拟合；误差补偿；高精度 中图分类号：Ｖ４４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－１８４１（２０１８)０２－０１５１－０３ Research on High Precision Pressure Sensor Used in Satellite FUＸｉn-ｊu，GUＡＮWeｉ （Beijing Institute of Control Engineering，Beijing100094，China) Abstract：Ｉn oｒdeｒｔo soｌveｔemｐeｒａｔuｒe dｒｉｆｔeｒｒoｒoｆｔｈeｐｉezoｒesｉsｔｉveｐｒessuｒe sensoｒused on sａｔeｌｌｉｔeａｐｐｌｉcａｔｉon，ｈｉgｈ-ｐｒe-cｉsｉonｔemｐeｒａｔuｒe sensoｒembeddedａｔｔｈeｐｒessuｒe cｈｉｐｗａsｐｒoｐosed，soｔｈａｔｔｈeｐｉezoｒesｉsｔｉveｐｒessuｒe sensoｒｈａsｔｈeａbｉｌｉｔy oｆｐｒessuｒe/ｔemｐeｒａｔuｒeｉnｔegｒａｔe meａsuｒemenｔａnd cａｌｉbｒａｔｉon．Tｈe cuｒve suｒｆａceｆｉｔｔｉng meｔｈod by usｉngｔｈeｌeａsｔ-squａｒe meｔｈod ｗａs usedｔo comｐｌeｔe cａｌｉbｒａｔｉon comｐensａｔedｗoｒk oｆｔｈeｐｒessuｒe sensoｒ，ｗｈｉcｈｉncｒeａsedｔｈeｐｒessuｒe sensoｒmeａsuｒemenｔａc-cuｒａcyｔo０．０４１８％． Keywords：cuｒve suｒｆａceｆｉｔｔｉng；eｒｒoｒcomｐensａｔｉon；ｈｉgｈｐｒecｉsｉon 0 引言 卫星用压力传感器的作用是向卫星遥测系统提供推进剂贮箱及气瓶的压力值，用于剩余推进剂量计算二预测卫星在轨寿命二监视系统状态以及协助系统进行故障判断与定位等三随着空间飞行器推进系统故障诊断和状态监测系统技术水平的提高，对压力传感器的精度要求越来越高，尤其是在卫星寿命期内，精确地估算推进剂剩余量至关重要，迫切需要研制高精度压力传感器三 硅压阻式压力传感器具有较好的介质相容性和长期稳定性，灵敏度高二动态响应快二测量精度较高，在空间飞行器上应用广泛三其芯片是半导体产品，输出易受压力和温度的交叉敏感影响，严重影响传感器的线性度，因此要研制高精度压力传感器，必须对传感器的输出特性进行补偿校正［１］三 本文在分析比较各种误差校正技术的基础上，选取曲面拟合方法，通过在传感器内部嵌入高精度温度传感器，使传感器具备压力二温度一体化测量和标定的功能，利用最小二乘法完成对压力传感器的标定补偿工作，将压力传感器精度提高到０．０４１８％三1 误差校正技术 压力传感器的误差校正技术有传统的误差校正 技术和数字补偿技术两种三传统方法是采用模拟方 式对传感器输出信号进行校准和补偿三难度比较大， 补偿精度不高，且受限于补偿元件的非线性误差，补 偿元件受温度漂移的影响，无法进行逐点补偿，因此 精度不高二线路复杂［２］三现代信号调理技术是采用数字式调整模拟系统，较常用的有分立补偿算法和数据 融合技术三分立补偿算法特点是试验及标定比较简 单，但对精度指标的贡献有限［３］三 数据融合是一项多数据综合处理技术，最大优势 在于能充分综合有用数据，提高目标参数测量的准确 性［４］三数据融合技术主要有曲面拟合法二二元插值法二神经网络算法三二元插值法的优点是速度快，精度高，缺点是需要预先在ＥPROＭ中输入对照数据表，不但工作量大，而且易出错三神经网络法拟合出的数据精度很高，是目前研究的热点之一，但神经网络算法需要数据量大，编程复杂，一般的微控制器难以胜任，且具有网络不太稳定，训练周期长等缺点三曲面拟合法拟合出的数据精度较高，是目前较成熟的补偿方法三如美国Ｋuｌｉｔe公司采用曲面拟合方法补偿的压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度 万方数据
多路高精度数据采集系统 无线电技术的快速发展，A/D 和D/A 向射频端靠近，对ADC、DAC的性能有了更高的要求：需要实现高速度、大的带宽、需要较大的动态范围，ADC技术是系统设计的难点，数据采集系统是数字信号处理系统的输入端，系统的模拟输入带宽、采样速率和动态范围等系统性能指标对电子系统的方案设计起着极其重要的影响，现在，越来越多的工程应用中，不只是单路采集系统要求高性能，多路采集系统也提出了更高的要求。 1研制背景及意义当今时代，微电子技术的快速发展，随着时间发展，数据采集及其应用越来越受到人们的广泛关注，数据采集系统得以迅速发展，它被广泛的应用于各个领域。在工厂及实验室等应用中的高精度数据采集装置在信号进行转换之前会有单级或多级的放大装置，放大装置的作用是把传感器检测到的微弱的模拟信号放大到进行将模拟信号转换为数字信号的要求，但数据采集系统的前置放大装置容易引起干扰，导致数据采集系统采集到的数据存在一定范围的误差，影响了采集系统采集信号的精度，对系统后面的运行有较大的不利影响，通常信号的采集是用多路模拟开关来对需要检测的信号进行分类选择，另外。采集系统的主要控制芯片用来模拟采样开关并控制A/D 转换芯片，造成了系统采集的误差，对系统性能产生了不利影响。选用单片机AT89S51为主要控制芯片大大减少了数据采集系统的成本，并且不需要外置的前置放大装置，避免了使用前置放大装
置使系统抵抗外界扰动的作用大大提高，使用单片机AT89S51使数据采集系统变的构造更加简单，并且使系统控制精度变的更高，系统的工作也更加稳定，便于维护、维修，大大提高改善了以往的数据采集系统的弊端。 2系统设计原理 多路高多路高精度数据采集系统的设计必须考虑以下问题： ①输入模拟信号特征。 ②输出的数字信号需求。 ③电路的抗干扰问题。 ④高速数字电路部分的信号完整性分析。输入模拟信号的特征 包括模拟信号的带宽和频段等性能特 征，这些系统性能的特征参数决定了A/D 转换器及外围电路的选取，输出数字信号的特定需求决定采样数据处理的方式，前置放大电路易引起扰动。 本设计中以单片机AT89S51为系统的控制核心，该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。8路被测电压通过模数转换器ADC0809进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据通过串行口MAX232专输到上位机， 由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用LED数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用VC++编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。系统采集段可分为十六个不同的部分，每个部分有检测系统数据参数的传
压力传感器数据采集公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
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。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。? 关键词：压力传感器无线技术数据采集 Abstract Pressure sensor is one of the most frequently used measuring devices in automatic control. In large-scale chemical projects, including almost all the pressure sensor application: differential pressure, absolute pressure, gauge pressure, high pressure, differential pressure, high temperature, low temperature, and a variety of materials and special processing transmission flange type pressure sensor. In recent years, pressure sensor in the market hot, in a wide range of consumer products can see sensor application, not only enrich the functions of the product and improve the products of the convenience and ease of use, become to attract consumer attention, a new bright spot. The pressure sensor has the whole sealing
科技成果——高精度硅谐振压力传感器 技术领域新一代信息技术 技术开发单位中国科学院电子学研究所 技术概述高精度压力传感器采用先进的换能机制，利用单晶硅的良好机械特性，将压力的作用应力转化机械部件的固有频率，并输出。传感器具有低迟滞误差、重复性好，长期稳定性好等优点。 （1）采用基于双谐振器的原位温度自补偿技术，有效解决传感器温度漂移问题，实现了全温区0.01%FS精度等级； （2）采用全温区稳幅闭环控制技术，有效降低传感器非线性误差，结合温度自补偿技术，有效拓展了传感器温区和提升了宽温区精度； （3）传感器采用圆片级的真空封装技术，保证了传感器的综合性能，有效抑制传感器的时间漂移问题。 项目已研制出应用于军用航空大气数据系统传感器PRS2511、2512和RPS5611、工业校准领域传感器RPS2513、以及民用大气压力传感器MERPT-M1等系列产品。产品综合精度优于0.02%FS，年漂移低于100ppm，可靠性指标优于30万小时。由李树深、刘明等院士专家组成的鉴定委员会认为：传感器整体性能处于国际先进水平，温度跟随性指标居国际领先。 技术特点 基于双谐振器设计的高精度硅谐振压力传感器综合精度高、分辨率高、稳定性好、可靠性强、温度跟随性好、温度范围和测量范围大、
体积小、功耗低、能批量化制造、成本低。 技术指标 先进程度国际先进 技术状态小批量生产、工程应用阶段 适用范围 （1）航空大气数据系统 军用飞机的航空大气数据系统采用综合精度优于0.02%FS的高精度压力传感器，用于测量飞机飞行的高度、速度、攻角等参数。本项目所研制的硅谐振压力传感器产品精度水平满足航空大气数据系统要求。2015年，项目组与太原航空仪表有限公司开展合作，研制两款压力传感器产品，开展国产化替代工作，解决了进口产品使用温区限制、温度跟随性差、启动时间长的问题。目前RPS2511、2512产品已完成正样阶段，进入设计定型阶段；RPS5611产品目前正处于初样
基于S T M及的通道同步数据采集系统设计 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
基于STM32及AD7606的16通道同步数据采集系统设计 摘要： 介绍了基于STM32及AD7606的同步数据采集系统的软硬件设计。主控芯片采用基于ARMCortex-M4内核的STM32F407IGT6，实现对AD采集数据的实时计算并通过以太网络进行数据传输。A7606为16位、8通道同步采样模数数据采集系统[]，利用两片AD7606，可以实现对16路通道的实时同步采样。经过测试，该系统可以实现较高精度的实时数据采集。 0引言 [此处找书介绍STM32]，该芯片主频可达168MHz,具有丰富的片内外设，并且与前代相比增加了浮点运算单元(FloatingPointUnit,FPU)，使其可以满足数据采集系统中的 [介绍AD7606] 1系统总体方案设计 整个系统由传感器模块、信号调理模块、数据采集模块、处理器STM32、及通信模块及上位机系统组成。系统整体结构框图如图1所示。本系统是为液态金属电池性能测试设计，需要测量电池的充放电电压、电流以及交流加热系统的电压、电流，并以此计算出整个液态金属电池储能系统的效率。因此两片AD7606的16个通道分为两组，每组8个通道，这两组分别测量4路直流、交流的电压和电流信号。AD7606通过并行接口与STM32连接，STM32读取AD采样数据后进行计算，并将数据通过网络芯片DP83848通过UDP协议发送给上位机。上位机负责显示各通道采集信息、绘制波形以及保存数据等。 图1系统整体结构框图 2系统硬件设计 2.1模拟信号采集电路设计
南方Ｓ７５０Ｇ２亚米级高精度GIS数据采集器 南方S750G2是新一代GPS手持数据采集系统，其采用专业的测量型GPS定位模块及主板，性能卓越的掌上型电脑（PDA），将其融合为具有人体工程学设计的一体化三防主机，能满足移动数据采集在恶劣环境中所需的高性能，坚固和耐久的综合要求。 南方S750G2高精度GPS能够实现亚米级精度定位，接入SBAS定位仪精度是50CM，接入DGPS定位精度是30CM，能够满足精密的定位测量，内置高清摄像头，可实地对采集点进行拍照，Windoes CE操作系统让您的使用更加得心应手，可加载多种应用程序！ 南方S750G2主机使用Windows Mobile 6.5操作系统，包含了易于用户掌握使用的，人性化的软件组件。同时该产品还可以扩展为其他用途，为第三方软件提供良好的数据输出工作。 南方S750G2亚米级GPS产品参数： 系统： 操作系统： Windows Mobile 6.5 处理器：Marvell PXA-310 624MHz XScale CPU 存储器：256MB RAM内存/256MB 内置闪存ROM、支持扩展卡(8G) 媒体： 640x480分辨率，3.7英寸彩色液晶屏,TFT触摸屏 内置300万像素高清摄像头,带LED补光灯 集成扬声器、麦克风，支持录音及回放 语音通话及多媒体短信（选配） 数据通讯： 完整的RS232 标准USB 802.11b/g无线LAN（选配） 标准蓝牙 内置GPRS/GSM通讯模块，支持EDGE GPS指标:
定位精度：亚米，外部源或SBAS（与区域相关）实时差分改正，后差分； lt;0.5米（CEP），接入VRS\NRS 平面5mm+1ppm，高程10mm+1ppm，静态后处理，需外接天线。 接收机:L1，C/A码，带载波相位平滑 通道：单频12通道，2通道并行跟踪SBAS 数据更新率：1Hz（可选扩展） 冷启动：<45s 天线：平板天线，与GPS接收机，手持计算机集成一体 协议： 完全支持SBAS(MSAS\WAAS\EGNOS) 数据I/O，NMEA-0183（GGA、ZDA、GLL、RMC、GSA、GSV、VTG），TSIP 修正量I/O协议：RTCM2.3（1、3、9） 完全兼容CORS及区域参考站VRS\NRS 物理： 尺寸：216×100×78mm（L*W*D） 重量：0.66kg（带电池） 电气： 电池容量：大容量内置式，7.4V×4200mAh 工作环境： 湿度：5%～95% RH 非凝结状态 操作温度：-20摄氏度到+60摄氏度 存储温度：-30摄氏度到+70摄氏度 防水防尘等级IP65，完全保护从各个方向的冲水及扬尘 防震动及撞击，抗1.5m自然跌落于硬质面 南方S750G2文件导入导出操作步骤
1 引言 压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。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。为了测到不同位置的压力值，研制了基于C8051F020单片机的测量仪。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，再经过OP07运算放大器进行信号放大，送至C805lF020单片机内部的高速率12位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成液晶显示器可以识别的信息，最后显示输出。与此同时，可以利用SD卡存储器将各通道设定的压力值、系统参数存储起来，以便在系统断电或复位后，能使其继续运行，增强系统的抗干扰性能。 2 硬件电路 图l给出多路压力测量仪的系统框图。其硬件部分主要由压力传感器、 C8051F020单片机、SD卡存储器、液晶显示器、键盘及信号调理电路等组成。 2．1 压力传感器信号采集电路 图2给卅压力传感器信号采集电路。它选用了测量范围广，精度较高，性能价格比好的电阻应变式压力传感器；信号放大部分采用功耗低，输入失调电压小，线性度好的OP07运算放大器：A／D转换模块采用C8051F020内部设置的高速率12位A／D转换器。图2中OP07的输出失调电压为2 mV，通过滑动变阻器R8可调节输出失调电压的大小。
2．2 单片机处理电路 单片机处理电路是测量仪的核心。在此采用美国Cygnal公司生产的 C805lF020 微控制器。该器件采用独特的CIP-8051结构，对指令运行实行流水作业，大大提高了指令的运行速度，可在25 MHz时钟频率下提供高达25 MI／s 的输出，并具有下述独特功能：①真正12位、100 Ks／s的8通道A／D转换器，并带PGA和模拟多路开关；②64 K字节可在系统编程的Flash存储器，其扇区为512字节；③两个12位D／A转换器，具有可编程数据更新方式；④工作电压为2．7～3．6V；⑤用于硬件实现的SPI，SMBus／I2C和两个UART串行接口； ⑥片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。 2．3 SD卡存储电路 将SD卡作为外部掉电存储介质用于多路压力测量仪中，利用C8051F020单片机的SPI接口，实现单片机与SD卡存储数据的扩展，并设计了单片机的 SD 卡驱动电路．以满足测量仪对存储大容量数据的要求。SD卡的工作模式有SD模式和SPI模式两种。在此，多路压力测量仪选用SD卡．且工作在SPI模式下。表1给出SD卡各引脚功能定义。图3给出SD卡与单片机的连接电路。其中，CS 是SD卡的片选线，在SPI模式下，CS必须保持低电平有效；DI不但传输数据，还发送命令，其传输方向是由单片机到SD卡；D0除了发送数据，还传送应答信号，其传输方向是由SD卡到单片机；SCLK是操作SD卡的时钟线。相应地将 C805lF020的交叉开关配置成SPI模式，与SD卡所对应的引脚连接，并针对SPI 总线电路设计了上拉电阻。