陳銘

摘 要 當今社會信息技術在不斷的發(fā)展完善，而為計算機提供信息的傳感器，它的發(fā)展相對計算機信息處理功能來說卻有些落后，這樣一來自動檢測技術便會受到影響，而檢測技術正是人類探索和發(fā)現(xiàn)以及創(chuàng)新科技的重要手段。基于上述因素，越來越多的國家對傳感器技術的未來寄予了高度重視，這為傳感器技術的快速發(fā)展，以適應信息處理技術的需要奠定了基礎。本文從硬件和軟件兩部分介紹了智能傳感器。硬件部分主要介紹了傳感器的特性和工作原理；軟件部分主要介紹了信息處理的編譯思想。

關鍵詞 智能壓力傳感器 結構特點 數(shù)字采集與處理 設計

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A

0引言

傳感器是獲取和轉(zhuǎn)換信息的一種工具， 是計算機與自然界相聯(lián)系的橋梁，作為過程控制和自動化技術的前沿環(huán)節(jié)，傳感器已遍及到當今社會的各個領域。縱觀其發(fā)展過程，可劃分為三個階段：

（1）結構型傳感器，其特點是原理簡單、性能可靠；

（2）物性型傳感器，其優(yōu)點是結構牢固，體積小，質(zhì)量輕、響應速度快；

（3）八十年代剛剛發(fā)展起來的智能傳感器（或稱靈巧傳感器），它是隨著大規(guī)模集成電路和微處理機技術而迅速發(fā)展起來的，是微處理機高性能化低成本化的產(chǎn)物。

在我國的現(xiàn)代化建設中，各個企業(yè)的自動化水平在不斷地提高。大型自動控制系統(tǒng)的信息從集中處理型向分散處理型發(fā)展是自動化技術發(fā)展的一個方向，同時也是廣大企業(yè)所迫切要求的。因此，智能傳感器在我國有著廣闊的發(fā)展前途，有著日益繁榮的市場。

1智能傳感器的結構特點

傳感器的特性是指傳感器的輸入量和輸出量之間的對應關系。通常把傳感器的特性分為兩種：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指輸入不隨時間而變化的特性，它表示傳感器在被測量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸入與輸出的關系；動態(tài)特性是指輸入隨時間而變化的特性，它表示傳感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。

傳感器除了描述輸入與輸出量之間的關系特性外，還有與使用條件、使用環(huán)境、使用要求等有關的特性。

2智能傳感器如何進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理

傳感器之所以智能化是因為其可以將檢測值轉(zhuǎn)化為電信號進行傳輸。且被檢測信號種類繁多，輸出的信號有模擬量、數(shù)字量、開關量等，當然在使用這些信號之前，必須先通過各種預處理電路將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號或周期信號，因為其中絕大多數(shù)傳感器輸出信號不能直接作為A/D轉(zhuǎn)換的輸入量。

數(shù)據(jù)采集：傳感器信號經(jīng)過與處理成為A/D變換器所需要模擬信號，模擬電壓的數(shù)字化則要依賴于模擬轉(zhuǎn)換器（A/D），它通過采樣、量化和編碼將輸入信號變換為數(shù)字信號。

數(shù)據(jù)處理：傳感器的數(shù)據(jù)輸出信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，所獲得的數(shù)字信號一般不能直接輸入計算機供應用程序使用，還必須根據(jù)需要進行加工處理，如標度變換、非線性補償、溫度補償、數(shù)字濾波等，以上這些處理也稱軟件處理。

3智能壓力傳感器的設計方案

3.1結構設計

本文設計的傳感器提供了一種精確測量壓力的系統(tǒng)方法，他將三種技術融為一體：硅壓阻傳感元件、微型計算機和信號處理。它可提供溫度補償和非線性度補償，并且每臺傳感器同時具有數(shù)字信號輸出和模擬信號輸出。根據(jù)設計要求，智能壓力傳感器應采用低價格、小體積、高性能價值比的8位微處理器 （單片機 ）MSC1211Y5控制，用以實現(xiàn)傳感器信息的處理、數(shù)字通信和智能化管理。

傳感元件位于傳感器系統(tǒng)之首，被測壓力量需由它轉(zhuǎn)換為電信號才能供給電路處理，因此它的性能對傳感器系統(tǒng)有著很大的影響。本文采用固態(tài)壓阻式壓力傳感器，其機構包括外殼，硅膜片和引線。其核心部分是一塊圓形硅膜片，膜片周圍用硅環(huán)固定，通常稱為硅環(huán)。膜片兩邊有兩個壓力腔，一個是與被測系統(tǒng)相連的高壓腔，另一個是低壓腔，一般與大氣相通，也有做成真空的。在膜片上利用集成電路工藝方法擴散上四個阻值相等的電阻：R1、R2、R3、R4。四個電阻用導線接成平衡電橋。當膜片兩邊存在壓力差而發(fā)生形變時，膜片各點產(chǎn)生應力，從而使擴散電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出響應的電壓，其電壓大小就反映了模片的壓力差值。利用電阻的特征，選擇適當位置布置電阻，使其直接入電橋四臂中，從而構成全等臂差動電橋。這樣既提高了靈敏度又部分消除溫度影響誤差。

3.2軟件設計

軟件是整個系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)的人機對話、數(shù)據(jù)的輸入輸出，數(shù)據(jù)處理等功能都通過軟件來實現(xiàn)的。因此開發(fā)一個性能優(yōu)良的應用軟件是實現(xiàn)整個系統(tǒng)正常可靠運行的重要前提。本論文采用VC++編程語言，對系統(tǒng)的智能功能進行設計。

軟件的設計完全按照結構化的程序設計來完成，將整個程序細胞劃分為若干個子程序（模塊），方便調(diào)試與檢查，有了各個功能快的軟件實現(xiàn)方法，軟件的總體設計就變的簡單了，軟件設計中一個重要的思想是采用模塊設計，把一個大的任務分解成若干個小任務，分別編制實現(xiàn)這些小任務的子程序，然后將子程序按照總體要求組裝起來，就可以實現(xiàn)這個大任務了。這種思路對于可重復使用的子程序顯得尤為優(yōu)越，因為不僅程序結構清晰，而節(jié)約程序空間。

智能壓力傳感器軟件有如下幾個模塊：

（1）對微處理器MSC1211Y5各種寄存器、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A的校準轉(zhuǎn)換器進化初始化；

（2）對A/D轉(zhuǎn)換器的校準包括各通道增益、零點漂移矯正；

（3）現(xiàn)場壓力和溫度數(shù)據(jù)的采集；

（4）壓力傳感器的溫度補償和非線性補償；

（5）A/D輸出，D/A數(shù)據(jù)輸出；

（6）與上位機的通訊。

整個系統(tǒng)在優(yōu)化硬件盆之的基礎上才用小型化一體化設計，所有微處理器，穩(wěn)壓模塊，通訊接口芯片等都采用低價格，小體積，高集成度的器件，從而使用電路板尺寸很小，并與壓阻式壓力傳感元件一體化轉(zhuǎn)配，是智能壓力傳器系統(tǒng)具有體積小、成本低的特點。在單片機MSC1211Y5的超強的功能下，該壓力傳感器能有秩序地完成指定工作，實現(xiàn)測量的目的。