基于MPXM2010的壓力測控系統及其精度改進發方法

2 壓力測控系統設計及其精度改進

2.1 直聯式壓力測控系統

通常情況下,使用68HC908QT4的A／D模塊即可完成設計,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給出了壓力測控系統的框圖。

微控制器68HC908QT4特點如下：

◇4 KB Flash存儲器、128 B的RAM存儲器;

◇4路8位A／D轉換器、16位PWM模塊;

◇價格便宜,批量1000片以上每片的價格可降至1美元以下。

MPXM2010測量范圍為0～10 kPa,將其輸出電壓信號限制在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

整個系統的壓力精度為：

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轉換器,可以巧妙地提高A／D變換的精度。

2.2 改進后的壓力測控系統

誤差產生的原因就是在A／D處,將小數點后的部分舍去,比如176．51 bit會當作176 bit來處理。解決問題也應該從這里人手,把誤差縮小。

　 誤差的引出可以用D／A來解決,把A／D讀進來的數據再用D／A處理一次送出來,和原來的數據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將放大后的誤差進行A／D變換,MCU得到結果后縮小相同的倍數,與原A／D變換結果相加,便是更精確的結果。圖6中,整個系統可分為壓力傳感器模塊、模擬部分、單片機部分和輸出電路部分,精度提高的關鍵在模擬部分的設計．如圖7所示。假設放大器G的放大倍數為10。A／D的性能本身并沒有提升,精度仍為R=19．61 mV／bit,這個值也就是極限值。放大10倍后,原來的最大誤差19．6l mV／bit被擴大為196．1 mV／bit,A／D處理的是放大后的數據,其能力就被放大了10倍。數據處理時又會將其除以lO恢復,從整體上來看就好像精度R除以10了一樣,變為1．961 mV／bit。