一種智能壓力傳感器系統(tǒng)中FPGA的實現(xiàn)
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>本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/190025.htm
在此,利用FPGA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RS232C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:
FPGA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0~10V,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AD1*,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:
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。
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