如何利用FPGA设计智能压力传感器系统？

3074 FPGA soc

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 传统气体压力测量仪器的传感器部分与数据采集系统是分离的，抗干扰的能力较差，并且通常被测对象的压力变化较快。因此不仅要求系统具有较快的数据吞吐速率，而且要能够适应复杂多变的工业环境，具有较好抗干扰性能、自我检测和数据传输的功能。在此，利用FPGA具有扩展灵活，可实现片上系统(SoC)，同时具有多种IP核可供使用等优点，设计了能够控制多路模拟开关、A／D转换、快速数据处理与传输、误差校正、温度补偿的智能传感器系统；同时将传感器与数据采集处理控制系统集成在一起，使系统更加紧凑，提高了系统适应工业现场的能力。但是，我们具体该怎么做呢？ 0
2019-8-12 06:37:07　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × jerry1978 该类别下有 6 个回答。邀请回答唯安an 该类别下有 5 个回答。邀请回答 vtwterwer 该类别下有 4 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 diaoshayu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 bei232 该类别下有 4 个回答。邀请回答 nyvvhxcs 该类别下有 4 个回答。邀请回答周小舟1 该类别下有 4 个回答。邀请回答 liese 该类别下有 4 个回答。邀请回答 h1654155957.9852 该类别下有 4 个回答。邀请回答 LY90186 该类别下有 4 个回答。邀请回答 hjh22678 该类别下有 4 个回答。邀请回答 vnwueurw 该类别下有 4 个回答。邀请回答 lukyhong 该类别下有 3 个回答。邀请回答 h1654155143.8514 该类别下有 3 个回答。邀请回答 60user7 该类别下有 3 个回答。邀请回答 h1654155957.9510 该类别下有 3 个回答。邀请回答 cmh19 该类别下有 3 个回答。邀请回答 caoguiqun 该类别下有 3 个回答。邀请回答 mvueurtwd 该类别下有 3 个回答。邀请回答举报王伟鹏相关推荐 • 压力传感器的原理是什么？ 2820 • 如何去实现压力传感器无线采集系统的设计？ 1653 • 农业机械应用的压力传感器怎么选择？ 2103 • 压力传感器模块如何应用于液压系统 8350 • 压力传感器的抗干扰措施盘点 2425 • 基于高温压力传感器的设计方案 2765 • 高灵敏压力传感器的过载能力怎么提高？ 3996 • 压力传感器 12908 • 高温微型压力传感器有什么优势？ 2476 • 关于压力传感器 3679 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 1 系统性能及元器件 1．1 智能传感器系统性能要求传感器压力测量范围：0～5 MPa；系统精度：±0．1％FS；1通道模拟电压输入(压力信号)大于250 sampies／通道／s；采用串行RS 232C接口输出。 1．2 系统主要元器件及性能根据系统的精度指标的要求选择器件： FPGA芯片选用Altera的CycloneⅡEP2C5，其逻辑单元有4 608个LE，26个M4K RAM块，142个用户I／O引脚。压力传感器采用PDCR130W，压力范围0～7 MPa，工作电压直流10～30 VDC，输出0～10 V，精度±0．05％FS，使用温度范围-40～+125℃，温度影响±0．015％FS／℃。温度传感器采用高精度集成温度传感器LM335，其灵敏度为10 mV／K，精度为1℃，温度范围-40～+100℃。 A／D转换器选择内含采样保持器的12位A／D转换器AD1674，其转换时间为10 μs，0～10 V单极输入或±5 V双极输入，可并行12位输出。多路模拟开关采用四选一多路模拟开关AD7502，其引脚设置为EN=1的使能信号；A1A0引脚为通道选择信号。输出电平转换接口系统使用MAX232芯片完成TTL和RS 232C电平的转换。 2 系统误差校正方法 2．1 零点漂移和增益误差的校正方法在智能仪表中，误差模型的误差校正公式为：式中：b1和b0为误差校正因子。误差校正电路模型如图1所示，其中x为被测信号；y为系统输出；ε，k，i为影响系统的未知量。误差校正过程为：当S1闭合时，x=0，依据误差校正公式得到式(2)，用于系统零点校准；当S2闭合时，x=E(标准电压)，得到公式(3)，用于系统增益误差校正；联立式(2)、式(3)可得误差校正因子：当进行实际测量时S3闭合，利用计算出的误差校正因子和误差校正公式(1)，即可求出校正后的输出信号y。 function ImgZoom(Id)//重新设置图片大小防止撑破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w 2．2 传感器温度补偿方法对压力传感器来说，环境温度对其测量结果有较大的影响，为了消除温度引起的误差，需要对传感器的信号做温度补偿。通过测量传感器的工作温度实现传感器温度的补偿。传感器的温度误差校正模型为：式中：y为测量值；yc经温度补偿后的测量值；△φ为传感器的实际工作温度与标准测量温度之差；a0为校正温度变化引起的传感器标度变化系数，a1为校正温度引起的传感器零位漂移变化系数，这两个系数反映了传感器的温度特性。 2．3 随机误差消除方法系统采用算术平均的数字滤波方法消除系统的随机误差，通过连续N个采样值取其算术平均值，得数学表达式为：适合用于对具有随机干扰信号的滤波。

2019-8-12 16:45:35 评论举报尹丽

答案对人有帮助，有参考价值 0 3 系统硬件结构设计依据系统的误差校正和温度补偿方法，可得系统的硬件连接结构如图2所示。图2中模拟多路开关AD7502的4个输入通道分别为：A1A0=00，选通S0，S0通道接地，用于零点漂移校准；A1A0=01，选通S1，S1通道接+5 V(为AD1674最大输入电压的50％)，用于增益误差校正；A1A0=10，选通S2，S2通道接温度测量信号，用于传感器的温度补偿；A1A0=11，选通S3，S3通道连接压力测量信号。通道选通信号A0，A1由FPGA芯片中的DAS_A0和DAS_A1引脚控制。系统中A／D转换器AD1674采用独立工作模式，其控制引脚设置为：CE和12／8接高电平；CS和A0接低电平。此时，AD1674设置为12位A／D转换，12位数据输出，其转换完全由R／C控制，如图2所示。当R／C=O时，启动12位A／D转换；当A／D转换结束时，状态信号STS=0，否则STS=1；当R／C=1时，读取12位A／D转换数据。R／C信号由FPGA芯片的DAS_RC控制。整个系统由基于FPGA的片上系统(SoC)控制。其中，FPGA芯片中的DAS_STS，DAS_RC，DAS_IN，DAS_A引脚为用户定制逻辑，即DAS控制单元的外部接口，用于控制AD1674的工作时序转换和AD7502的通道选择。 3．1 SoC结构的实现 SoPC设计由CPU、存储器接口、标准外设和用户定制逻辑单元模块等组件构成。Altera的SoPCBuilder工具提供了大量IP核可供调用，可以很方便地在单片FPGA芯片上配置嵌入NoisⅡ处理器软核、片上RAM和RS 232控制器、扩展片外存储器、用户定制逻辑单元，同时自动地为系统的每个外设分配地址、连接系统总线，确定设备优先级，其内部结构如图3所示。 3．2 数据采集控制单元的实现数据采集系统(DAS)控制单元是整个系统的核心，其输入端口及其功能：DAS_STS用于接收AD1674的STS状态信号；DAS_IN(12位)用于接收AD1674并行12位转换输出；CLK，RST用作系统时钟和RESET的信号。输出端口DAS_RC接AD1674的R／C端，用以控制A／D转换器的启动和读数；DAS_A用作控制AD7502的A1A0通道选通信号；DAS_OUT(加通道的序号为16位)用作DAS控制单元的16位输出数据。 DAS控制单元的有限状态机(FSM)有4个状态，分别为St0，St1，St2，St3。St0为选择通道，启动A／D转换，进入St1状态；St1为等待转换结束，若转换结束，进入St2状态，否则保持在St1状态；St2为发出读数据信号，进入St3状态；St3为输出转换数据；选择其他通道，返回St0状态。DAS控制单元采用VHDL语言进行开发，程序的部分代码如下所示： DAS控制单元的仿真如图4所示。图中显示控制单元运行正确。 3．3 智能传感器系统软件工作流程系统中误差校正和温度补偿由系统软件控制完成。系统软件由SoPC Builder工具中的软件开发工具(SDK)进行开发。系统软件流程如图5所示。系统上电初始化并启动DAS控制单元，选通每个通道并消除每个通道的随机误差；然后根据校正过的0通道和1通道的数值，实时计算出误差校正因子，依据误差校正公式(1)实时校正零点漂移校准和增益误差，再根据测量得到传感器的工作温度，计算与标准温度的差值，通过查表获得传感器温度变化系数，最后依据温度补偿公式(5)校正测量压力数据，并将数据输出。 4 结语在系统的设计过程中，充分利用FPGA构建系统灵活，软、硬件开发相结合的特点，在满足系统性能的基础上，合理分配软硬件功能，简化系统设计。FPGA把过去由分立芯片实现的系统放在单个芯片中，这种单片系统的设计，大大提高了系统的稳定性和可靠性，同时提高了系统抗工业现场干扰的能力。

2019-8-12 16:45:38 评论举报孙婧