汽車衡稱重傳感器溫度特性校正裝置的研制

為克服環(huán)境溫度變化對(duì)傳感器測(cè)量精度的影響。設(shè)計(jì)了一種汽車衡稱重傳感器溫度特性校正裝置。在分析影響汽車衡稱重傳感器溫度特性因素的基礎(chǔ)上，利用汽車衡稱重傳感器和溫度傳感器同時(shí)采集重量和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，并經(jīng)STC89C52單片機(jī)將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)采／flMATLABi吾言對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，實(shí)現(xiàn)了傳感器溫度特性的校正，提高了稱重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

引言

幾乎所有傳感器的輸入輸出特性都會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，在許多情況下表現(xiàn)出非線性，這給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不同程度的誤差。同時(shí)，不同傳感器有不同適用溫度范圍，這也使得傳感器的使用受到一定的限制。目前常用稱重傳感器的輸出特性都會(huì)受到環(huán)境溫度因素的影響，并在溫度因素的影響下發(fā)生零點(diǎn)漂移，嚴(yán)重地影響了稱重傳感器的測(cè)量精度。

為降低測(cè)量誤差，本文設(shè)計(jì)了一種汽車衡稱重傳感器溫度特性校正裝置，有效地降低了環(huán)境溫度的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了檢測(cè)性能。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

傳感器溫度特性校正裝置主要由傳感器測(cè)量存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)擬合校正兩大部分所組成。傳感器測(cè)量模塊主要包括稱重傳感器、溫度采集傳感器、STC89C52單片機(jī)等，數(shù)據(jù)擬合校正部分由基于MATLAB的數(shù)據(jù)曲線擬合的上位機(jī)所組成。采集數(shù)據(jù)在STC89C52單片機(jī)的控制下經(jīng)RS232傳送給上位機(jī)。稱重傳感器溫度特性校正裝置的如圖1所示。

稱重傳感器溫度特性校正裝置系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程圖如圖2所示：

2.傳感器測(cè)量模塊

2．1稱重傳感器

HL．8型稱重傳感器是一種基于應(yīng)變電阻式稱重傳感器原理的傳感器，能將作用在被測(cè)物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的輸出信號(hào)。該傳感器主要由敏感元件、變換元件、測(cè)量元件及輔助電源構(gòu)成。傳感器的靈敏系數(shù)隨溫度的升高而減小。

2．2溫度采集傳感器

溫度傳感器是利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度的變化規(guī)律，把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。本設(shè)計(jì)中使用的是防水型的DSl8820溫度傳感器，該傳感器支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為一55℃~+125℃，在-10---+85℃范圍內(nèi)，精度為±0．5。C，支持3 V05．5 V的電壓范圍。本裝置通過(guò)采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，反饋給單片機(jī)作為其他指令的判斷依據(jù)。

2．3 MCU處理器

本設(shè)計(jì)中使用的MCU處理器是Atmel公司生產(chǎn)的STC89C51系列單片機(jī)。該類型單片機(jī)是高集成度，低電壓，低功耗，高性能的8位單片機(jī)。它有1個(gè)8位中央處理器(CPU)負(fù)責(zé)運(yùn)算和控制；4KB的Flash內(nèi)存用來(lái)存放程序；128KB的RAM，存放數(shù)據(jù)；4個(gè)8位雙向可尋址UON；2個(gè)1 6位定時(shí)／計(jì)數(shù)器等資源，價(jià)格低廉，是實(shí)現(xiàn)小規(guī)?？刂齐娐返睦硐脒x擇。本裝置中STC89C52單片機(jī)采集傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)與溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)將經(jīng)Mcu處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)端‘31。

下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)主要代碼如下： void send(unsignedchar d) ／／發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，形參dflll為待發(fā)送數(shù)據(jù)。

{

SBUF=d；／／)}辱數(shù)據(jù)寫(xiě)入到串口緩沖

sending=I； ／／設(shè)置發(fā)送標(biāo)志

while(sending)；／／等待發(fā)送完畢

}

void sendc(unsigned char‘pd)

{

while((4pd)!=‘＼0’)／／發(fā)送字符串，直到遇到0才結(jié)束

{

send(+pd)；／／發(fā)送一個(gè)字符

pd抖；∥移動(dòng)到下一個(gè)字符

)

一

)

3.上位機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊

稱重傳感器通過(guò)MCU處理器將物體質(zhì)量數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口通信傳輸?shù)缴衔粰C(jī)MATLAB端，MATLAB端將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存，并將數(shù)據(jù)圖像用曲線實(shí)時(shí)顯示，將大量數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與處理H。

MATLAB是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交換式程序語(yǔ)言，專門(mén)針對(duì)科學(xué)、工程計(jì)算機(jī)繪圖的需求。主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔和智能化。不僅適應(yīng)科學(xué)人員的思維方式和書(shū)寫(xiě)習(xí)慣，同時(shí)適應(yīng)多種平臺(tái)，使編程和調(diào)試效率大大提高。被認(rèn)為是高效研究和開(kāi)發(fā)的首選工具。

MATLAB曲線擬合有曲線擬合工具箱和內(nèi)建函數(shù)兩種方式。通過(guò)內(nèi)建函數(shù)的方式擬合測(cè)量數(shù)據(jù)的曲線，在尋找溫度和測(cè)量值關(guān)系的過(guò)程中得出觀測(cè)點(diǎn)上的誤差，并得出其函數(shù)關(guān)系式，從而得到曲線擬合。MATLAB函數(shù)庫(kù)的多項(xiàng)式曲線擬合方式將溫度變化率和質(zhì)量數(shù)據(jù)的變化率進(jìn)行擬合處理，然后分析處理實(shí)現(xiàn)溫度校正數(shù)據(jù)的功能，并顯示處理后的數(shù)據(jù)口】。

4.應(yīng)用價(jià)值

許多傳感器都具有“溫度漂移”特性，在被測(cè)物理量不變的情況下，傳感器的輸出隨溫度的變化而變化，這直接影響了測(cè)量精度。本項(xiàng)目研制傳感器溫度特性校正儀，能夠消除環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，有效提高其測(cè)量，應(yīng)用范圍極其廣泛。本項(xiàng)目提出的溫度特性校正方法可應(yīng)用到其他傳感器中，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

5.總結(jié)

本文應(yīng)用STC89C52單片機(jī)、HL．8型稱重傳感器、DSl8820溫度傳感器、RS232串口通信以及MATLAB平臺(tái)的上位機(jī)，設(shè)計(jì)了一種稱重傳感器溫度特性校正裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱重傳感器溫度特性校正，降低了稱重誤差。下一步擬在增加傳感器種類、穩(wěn)定擬合功能方面加以研究，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)功能。