/hynews/1815.html 浅析单片机在高精度压力变送器应用中的作用__淮安市三畅仪表有限公司 - 百盛国际娱乐,百盛国际网址
压力变送器
电容式液位计投入式液位计微差压变送器音叉开关双法兰液位计3051变送器远传法兰变送器智能变送器单法兰液位计磁致伸缩液位计

浅析单片机在高精度压力变送器应用中的作用

作时间:2013-11-06  来源:中航工业航空动力机械研究所机电产品事业部  作者:淮安三畅仪表
   

【文章摘要】
    当单片机应用在高精度压力变送器的过程中,其对压力变送器的温度与压力信号进行了采集,组成了4 层BP 神经网络进行离线训练,然后通过C 语言对训练好的网络模型进行编程,研究了单片机软件的实现方式。并且发现,采用单片机减少了系统功能与压力变送器体积,利用单片机对传感器的温度和压力A / D 采样值离线训练减少了信号误差。


【引言】
    在众多控制过程中, 经常需要对一些参数进行测量, 而一般传感器的输出信号较弱, 不适合远距离传输。为了减小干扰,通常采用4-20mA 电流输出的双绞线变送器。信号模拟处理的变送器, 由于电路复杂性的限制, 非线性补偿效果不理想,很难在全温度范围内实现温度补偿, 因此达不到较高的精度要求。随着单片机技术发展日渐成熟,低功耗高精度单片机与高性能转换器的日益普及, 为高精度压力变送器的设计提供了技术途径。

【单片机的发展历史】
     单片机最早出现在20 世纪70 年代末,其发展过程历经了SCM、MCU、SOC这三大阶段,最早的SCM 单片机都是8 位或4 位的。而其中最成功应当属于INTEL的8031,此后科学家在8031 的基础上开发出了MCS51 系列MCU 系统。基于这一系统的单片机系统即使直到现在使用仍然相当广泛。由于工业控制领域对其要求愈来愈高,于是16 位单片机就顺势而出,但由于性价比不理想其应用范围并没有得到大规模的推广。直到90 年代后随着消费电子产品的不断发展,单片机技术也同样有了里程碑式的进步。随着INTELi960 系列的出现特别是后来的ARM 系列的大规模应用,32 位单片机以其更优良的性能迅速取代16 位单片机的高端地位,并且占据了市场的主流。当代单片机系统已经不仅仅只是在裸机环境下开发及使用,如今全系列的单片机都大量采用了专用的嵌入式操作系统。甚至专用的Windows 和Linux 操作系统也直接可以应用在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机上。

2 单片机与高精度压力变送器的结构原理
【单片机】
    单片微型计算机简称单片机,又称单片微控制器,是一种典型的嵌入式微控制器。它虽然只是一个芯片,但其内部同样应用了与电脑功能相类似的模块,比如:CPU、内存等等,总的来说它就是把一个计算机系统集成到一个芯片上。其主要组成部分有:运算器、控制器、存储器、输入与输出设备,就这些而论和一个微型的计算机也差别不大了。自单片机问世以来,其性能不断提高和完善,其资源又能满足很多应用场合的需要,加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等优良特点,在控制领域倍受人们钟爱。

【高精度压力变送器】
    压力变送器在工业中的使用十分普遍,在各种工业的自控环境中有着广泛的应用。高精度压力变送器就是其中的一种,也称高精度压力传感器。高精度压力传感器的工作原理是当压力变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室,作用在δ 元件的两侧隔离膜片上,然后经过隔离片和元件内的填充液传送至测量膜片的两侧。测量膜片和两侧的绝缘片上面的电极各自组成一个电容器,在两侧的压力不同的情况下测量膜片会出现位移的现象,此时,位移量与压力差成正比,从而导致两侧的电容量不同,通过振荡和解调环节,将其转换成与压力成正比的信号。A/D 转换器将解调器的电流转换成数字信号,其值被微处理器用来判定输入压力值,从而使微处理器控制变送器的工作。

【单片机在高精度压力变送器中的应用】
    众所周知,影响传感器输出的因素有很多,但主要因素是因为其所受到的压力和来自于外界的非目标参量的干扰,从而出现传感器交叉灵敏度问题的出现,导致输出精度受到影响。要想解决这个问题,其关键就在于进行温度补偿。然而进行温度补偿的方法有很多,例如:最dx-- 乘法、温度补偿有线性插值法、神经网络算法等,但综合各方面因素考虑,最优的选择还是神经网络中的BP 网络法。这种方法通过建立BP 网络可以拥有以任意精度接近任何非线性函数的能力,从而达到数据的拟合。而这些自然就需要将单片机应用于其中。BP 网络离线训练需要样本,而采用单片机收集的压力变送器的压力输出以及所处的环境温度值正好可以作为训练所需的输入样本,从而可以最大程度的修改权值与阈值,通过利用训练后的权值数组与阈值数组去控制变送器的输出,然后将其结构通过C 语言进行编程,以便使BP 网络能够对数据进行融合。

【BP 网络算法的定义】
    BP 网络在目前的神经网络模型中应用最为广泛,分为输入层,隐含层和输出层三个部分,每个层次之间通过互联方式进行连接,在同一层次的单元之间没有相互连接。
    BP 网络是由信息的正向传播和误差的反向传播组成由输入层向隐含层和输出层是为正向传播的输入模式,倘若输出层没有得到期望的结果,则会使误差信号沿原来的通道将之返回并且修改各层的权值,从而形成反向传播,如此反复,直到将误差降低到最小,最终达到期望的目标值。

【单片机的具体作用】
   因为样本的采集是一个复杂的过程,其中需要运用到很多器材,包括高精度的压力传感器,压力传感器信号控制电路板,标准压力计,压力变送器高低温测试箱,测试软件,电脑,与高精度压力传感器相匹配的数据线等等。具体的过程如下:先将压力传感器装置连接好,然后将连接好的设备放置于高低温测试箱内,然后将压力传感器信号控制电路板与压力传感器中反映温度和压力信号的4 根导线连接好,再将电路板上通讯接口连接到电脑主机,然后再连接好数据线如此器材就连接顺畅了,然后即可进行样本的采集。这一系列的计算和BP 网络训练完成之后,就会得到满足控制要求的权值与阈值。将其连接关系通过程序进行编程,然后移植到单片机中,对信号进行必要的处理。在这整个系统中单片机主要完成的工
作包括:上电初始化,含看门狗的关闭、晶振的初始化、LED 与通讯模块的初始化等;进行温度和压力的A / D 转换,包括设定采样频率、选择参考电压的、设定模块、以及对数据进行平均值滤波等;归一化温度和压力的A / D 采样值,归一化的温度与压力最大值、最小值及BP 网络训练时选择的最大最小值相同;把温度和压力信号组成的二维数组输入到神经网络训练的权值连接中实现对信号处理, 然后反归一化输出值;最后即可将反归一化处理的信号经过LED 显示以及通过通讯接口发送出去。

【总结】
   随着社会的不断进步和科技的不断发展,单片机应用的冯范围也越来越大,重要性也愈来愈突出,其可靠性和抗干扰性也必须能够随之增强,否则将会成为制约其发展的一大障碍,因此它还有很长的一条路要走,不断发展,开拓创新才能走的更持久。

【版权声明】除非特别注明,否则淮安三畅仪表文章均为原创,未经允许不得转载!

相关产品推荐:智能压力变送器微差压变送器

注明,三畅仪表文章均为原创,转载请标明本文地址

变送器相关知识、案例、论文 Technique
您可能感兴趣的文章 Technique
相关产品 Technique
产品分类 ProductsClass
压力变送器知识
热门文章Technicalnews
双金属温度计 智能差压变送器 绝对压力变送器 扩散硅压力变送器 射频导纳开关 投入式液位变送器 双法兰液位变送器 一体化温度变送器 单法兰液位变送器
射频导纳液位计|压力控制器 |磁翻板液位计|压力表|隔膜压力表|耐震压力表| 耐磨热电偶|天然气流量计|压缩空气流量计|热式气体质量流量计| 氨气流量计| 热电阻|投入式液位计|
静压式液位计|热电偶温度计|电接点压力表|精密压力表|智能压力校验仪|横河EJA变送器|
销售热线:0517-86998326 86998328 18952302362 13915186942 传真:0517-86998327
3051TG压力变送器 淮安市三畅仪表有限公司 压力变送器 液位变送器 差压变送器 制作版权所有 / © 厂址:江苏省淮安市金湖工业园区