MPXM2010的壓力測(cè)控系統(tǒng)及其精度改進(jìn)發(fā)方法

2 壓力測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其精度改進(jìn)

2.1 直聯(lián)式壓力測(cè)控系統(tǒng)

通常情況下,使用68HC908QT4的A／D模塊即可完成設(shè)計(jì),只要把壓力傳感器模塊的輸出端接至68HC908QT4的A／D模塊輸入端即可。圖5給出了壓力測(cè)控系統(tǒng)的框圖。

微控制器68HC908QT4特點(diǎn)如下：

◇4 KB Flash存儲(chǔ)器、128 B的RAM存儲(chǔ)器;

◇4路8位A／D轉(zhuǎn)換器、16位PWM模塊;

◇價(jià)格便宜,批量1000片以上每片的價(jià)格可降至1美元以下。

MPXM2010測(cè)量范圍為0～10 kPa,將其輸出電壓信號(hào)限制在0～5 V,則其精度為：

S=5 V／10 kPa=500 mV／kPa

68HC908QT4的A／D為8位,電壓限制5 V,則其精度為：

R=5 V／(20—1)bit≈19．61 mV／bit

整個(gè)系統(tǒng)的壓力精度為：

R／S=19．61／500 kPa／bit=0．039 22 kPa／bit

如果要提高精度,將A／D升為10位,則精度為：

R／S=O．03 922X(28—1)／(210—1)kPa／bit=0．009 776 kPa／bit

A／D升為12位后,精度為：

R／S=0．039 22×(28—1)／(212—1)kPa／bit=0．002 442 kPa／bit

這樣做確實(shí)可以提升精度,但要增加硬件的開銷。利用68HC908QT4的PWM模塊作為D／A轉(zhuǎn)換器,可以巧妙地提高A／D變換的精度。

2.2 改進(jìn)后的壓力測(cè)控系統(tǒng)

誤差產(chǎn)生的原因就是在A／D處,將小數(shù)點(diǎn)后的部分舍去,比如176．51 bit會(huì)當(dāng)作176 bit來(lái)處理。解決問(wèn)題也應(yīng)該從這里人手,把誤差縮小。

　 誤差的引出可以用D／A來(lái)解決,把A／D讀進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)再用D／A處理一次送出來(lái),和原來(lái)的數(shù)據(jù)做一次減法就可以得到。誤差沒法直接再送回A／D,但可以將其放大后再送回,再使用68HC908QT4中的另一路A／D將放大后的誤差進(jìn)行A／D變換,MCU得到結(jié)果后縮小相同的倍數(shù),與原A／D變換結(jié)果相加,便是更精確的結(jié)果。圖6中,整個(gè)系統(tǒng)可分為壓力傳感器模塊、模擬部分、單片機(jī)部分和輸出電路部分,精度提高的關(guān)鍵在模擬部分的設(shè)計(jì)．如圖7所示。假設(shè)放大器G的放大倍數(shù)為10。A／D的性能本身并沒有提升,精度仍為R=19．61 mV／bit,這個(gè)值也就是極限值。放大10倍后,原來(lái)的最大誤差19．6l mV／bit被擴(kuò)大為196．1 mV／bit,A／D處理的是放大后的數(shù)據(jù),其能力就被放大了10倍。數(shù)據(jù)處理時(shí)又會(huì)將其除以lO恢復(fù),從整體上來(lái)看就好像精度R除以10了一樣,變?yōu)?．961 mV／bit。