基于MSC1211系列微处理器实现小型化智能压力传感器的设计

2022-02-16 07:19分类：传感器阅读：

在数据快速發展的今日，感应器的数字化和一体化变成其未来发展的两种关键方位，而感应器智能化系统和一体化的水平主要是在于与之结合的微控制器的特性。具备信息处理工作能力，可以开展自动识别、全自动校正、全自动偏差赔偿、全自动取样、及其平均误差转换作用的智能化液位传感器已成为了世界各国开发设计和科研的网络热点。

ＭＳＣ１２１１是英国德州仪器企业（ＴＩ）新发布的一款更加灵活的性能卓越功耗低单片机设计，该元器件含有２４位Σ－Δ Ａ／Ｄ转化器和１６位Ｄ／Ａ转化器。将ＭＳＣ１２１１单片机设计与硅压阻式感应器紧密结合便能够组成高集成度、高精准度、可靠性高的微型化智能化压测力传感器。

１、ＭＳＣ１２１１的作用特性

ＭＳＣ１２１１系列产品微控制器是高集成化混和数据信号电子器件，其构造如图所示１所显示。

１．１ＭＳＣ１２１１中的Ａ／Ｄ转化器设定

ＭＳＣ１２１１的上面Ａ／Ｄ转化器是高集成度、八通道差分信号和多通道２４位Σ－Δ Ａ／Ｄ转化器，其內部包含仪表放大器、可编程控制器增益值放大仪、多通道变换电源开关、数字滤波？１？、数据处理方法及数据信号校正电源电路。该集成ic内置高精密规范工作电压，精密度为０．２％？飘移为５×１０－６／℃？因而能够减少空間及减少元器件成本费，也可輸出该规范工作电压或外接规范工作电压，进而对外界感应器輸出的０～１００ｍＶ微信号码开展收集。在运用ＭＳＣ１２１１的上面Ａ／Ｄ开展取样时，必须设定的存储器为多通道电源开关存储器（ＡＤＭＵＸ）、AD转换操纵存储器（ＡＤＣＯＮ０～ＡＤＣＯＮ３）、总数移位寄存器（Ｓｕｍｍａｔｉｏｎ／ＳｈｉｆｔＣｏｎｔｒｏｌ）及其ＡＤＣ偏移设定存储器（ＯＣＬ～ＯＣＨ）。ＡＤＣＯＮ０决策了內部放大仪的收获和ＡＤ变换的参照工作电压等。ＡＤＣＯＮ１明确了ＡＤ变换結果的旋光性、数字滤波方式和测算方式操纵位。ＡＤＣＯＮ２～３用于设置ＡＤ变换輸出信息的速度。总数移位寄存器用于设置一次輸出必须开展取样的数量（如能够设定为开展８次ＡＤ变换后取均值），随后輸出数据信息。ＡＤＣ偏移设定存储器用于储放零点偏位，便于于开展校准。

１．２ＭＳＣ１２１１中的Ｄ／Ａ转化器的设定

相对性于Ａ／Ｄ变换来讲，Ｄ／Ａ转化器的设定比较简单。只须要配备４个Ｄ／Ａ变换存储器（ＤＡＣ０～ＤＡＣ３）和ＤＡＣ运载操纵存储器。Ｄ／Ａ变换存储器操纵着对应的电流輸出方法和参照工作电压。运载操纵存储器用于操纵Ｄ／Ａ数据信息的存储方法。

１．３ＦＬＡＳＨ储存器工作压力数据信号可由微处理器设定为数据輸出方式或模拟输出方式，这促使它可做为一个规范仿真模拟设备而不用联接数据通讯路线；而做为一个全智能数据輸出感应器时，它能够实现双重通信。该体系根据ＲＳ－２３２规范插口与上位机软件通讯，如：向上位机软件（服务器）推送精确测量到的数据信息，接受上位机软件发送的控制代码，开展基本参数及校正实际操作。与串口通信的通信命令选用不确定长的ＡＳＣ编码命令，用不一样的报文头（ＳＯＴ）意味着不一样的操纵，并有ＣＲＣ改错以确保数据恰当传送，报文有统一的完毕码（ＥＯＴ）。

ＭＳＣ１２１１系列产品微控制器的ＦＬＡＳＨ储存器容积从４ｋＢ到３２ｋＢ，在其中ＭＳＣ１２１１Ｙ５的内存储器容积达到３２ｋＢ。客户在运用时能够根据系统配置存储器（ＨＣＲ０）的低３位来灵便配备程序存储器和统计数据储存器室内空间的尺寸？２？。并且无论ＦＬＡＳＨ储存器被理解为程序存储器或是数据信息储存器，客户可以根据ＭＯＶＸ命令来对它开展读写能力。这就代表着使用者还可以把所有室内空间作为程序流程储存空间，并可将程序流程储存空间作为数据信息储存空间来应用。

２、在智能化液位传感器中的运用

运用ＭＳＣ１２１１丰富多彩的片内資源，能够制定出功能齐全、高精准度、宽动态范畴的全集成化数据收集系统软件。

２．１系统软件硬件开发

智能化液位传感器的硬件配置系统软件组成如图所示２所显示。该系统软件由液位传感器、微控制器ＭＳＣ１２１１、温度感应器、开关电源和plc模块等几部份组成。在其中开关电源为操作系统给予３．３Ｖ仿真模拟工作电压（ＡＶＤＤ）和２．７Ｖ数据工作电压（ＤＶＤＤ）。

图３为ＭＳＣ１２１１与感应器控制模块及上位机软件的通信接口，本系統选用直流电源供电系统的硅压阻式感应器，其供电系统开关电源由ＭＳＣ１２１１给予，不用外置电源。ＭＳＣ１２１１的时分复用电源电路能够给予音频信号键入的多种组成？充分考虑共模数据信号的尺寸、音频信号的尺寸、变大倍率、键入数据信号頻率等要素，本制定对工作压力数据信号选用音频信号键入方法，挑选ＡＩＮ４做为差分信号键入的正方向键入端？ＡＩＮ５做为负向键入端，温度感应器数据信号选用单端数据信号键入方法。

系统软件的工作中全过程：从液位传感器来的数据信号进到Ａ／Ｄ转化器，其内部结构具备可编程控制器增益值放大仪，可依据输进讯号的范畴全自动设定增益值变大倍率，Ａ／Ｄ转化器对脉冲信号智能化并开展数字滤波后，由ＣＰＵ依据从溫度集成ic读起来的溫度数据信号，从ＦＡＬＳＨ储存器中载入零点和线性校准指数后，再开展温度补偿和离散系统赔偿，随后依据测量范围范畴开展测量范围变换并将其送至Ｄ／Ａ转化器，进而輸出相对应的电流值。

２．２系统设计方案

系统选用模块化设计构造，其手机软件控制模块关键涉及下列几一部分：（１）ＭＳＣ１２１１的复位，包含单片机设计复位、串口通信复位、Ａ／Ｄ转化器和Ｄ／Ａ转化器的复位。（２）Ａ／Ｄ转化器的校正，包含各安全通道增益值、零点漂移校准。（３）当场工作压力和溫度数据的采集（４）液位传感器的零点校正。溫度飘移赔偿和离散系统赔偿。（５）测量范围变换，Ｄ／Ａ数据信息輸出。（６）即时工作压力表明。（７）串口通信终断系统服务等。

在完成手机软件设记时，要留意在Ａ／Ｄ变换时，每一次变更ＰＧＡ变大倍率时均需再次校正，设置独特存储器ＡＤＣＯＮ１的ＳＭ１～０位为００，即步入全自动方式数字滤波。那样伴随着Ａ／Ｄ取样频次的提升，数字滤波先后为迅速变换、Ｓｉｎｃ２、Ｓｉｎｃ３数字滤波，进而最大限度地提升变换速率和变换精确度。图４为主导程序流程和串口通信终断通信服务程序流程图。