智能压力传感器无线数据采集系统

2 硬件实现

2.1 传感器

　　传感器采用的是带有感温二极管的硅压阻压力传感器，被封装在专门制作的金属外壳中，通过多芯电缆与外围电路连接。压阻传感器的4个电阻组成桥路，用1 mA恒流源激励。感温二极管用来检测环境温度，以供给单片机部分温度参数。

2.2 程控放大器

　　程控放大器由模拟开关、输入放大器及接口电路组成。其作用是在程序控制下，分时选通压力信号与温度信号送入放大器输入端，与此同时还可以同步选择出此二路信号相应的增益，经放大器放大后分别输出A/D转换器所要求的压力、温度电压信号，以便进行A/D转换。

　　我们选用的CD4052为双四通道模拟开关，用以选择压力、温度信号。放大器AD623是一个集成单电源仪表放大器，它能在单电源(3～12 V)下提供满电源幅度输出。

2.3 A/D转换器ICL7135

　　ICL7135是高四位半CMOS双积分型A/D转换器，具有如下特点：(1)转换速度为3～10次/s，分辨率相当于14位二进制数，转换误差为±1 LSB，转换高。(2)量程范围0～1.999 9 V。(3)对输人的模拟信号过(欠)量程能够识别;具有自动转换和自动调零功能，可保证零点在常温下的长期稳定性。(4)与单片机可直接连接，不需地址选择信号。当ICL7135工作于双极性情况时，时钟频率为125 kHz，可采用555定时器作为ICL7135的CLK时钟输入。当ICL7135的积分器在积分过程中(对信号积分和反向积分)，其BUSY端输出高电平，积分器反向积分过零后输出低电平。ICL7135的POL端为极性输出端。当输入信号为正时POL输出高电平;当输入信号为负时POL输出为低电平。B1、B2、B4、B8是BCD码输出端。A/D转换器的基准电压的和稳定性是影响转换的主要因素。为保证ICL7135的转换，我们采用高准确度、低温漂的带隙基准电压源MC1403向其提供1 V的基准电压。

2.4 无线发射部分

　　发射电路部分由PT2262编码器和F05发射模块组成。其中PT2262是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码电路，能将数据和地址编译成代码的波形。它有12位(A0～A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，共有531441种地址代码。有6位(D0～D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出。

　　F05具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3 V时，发射电流约2 mA，发射功率较小，12 V为工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约5～8 mA，大于12 V直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高。F05系列采用AM方式调制以降低功耗，数据信号停止，发射电流降为零。数据电平应接近F05的实际工作电压以获得较高的调制效果，F05对过宽的调制信号易引起调制效率下降，收发距离变近。当高电平脉冲宽度在0.08～1 ms时发射效果较好，大于1 ms后效率开始下降;当低电平区大于10 ms，接收到的数据位极易被干扰(即零电平干扰)而引起不解码。如采用CPU编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰，若是通用编解码器，可调整振荡电阻使每组码中间的低电平区小于10 ms。平时F05输入端应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度不应超过F05的工作电压。F05应垂直安装在印刷电路板边部，应离开周围器件5 mm以上，以免受分布参数影响而停振。

2.5 无线接收部分

　　接收电路部分主要由PT2272解码器和J05接收模块组成。其中PT2272多可有12位(A0～A11)三态地址端管脚，任意组合可提供531441地址码，多可有6位(D0～D5)数据端输出管脚，17脚为解码有效指示输出，PT2272分为锁存型输出或非锁存型输出。

　　J05接收模块采用超外差，二次变频结构，所有的射频接收、混频、滤波、数据解调，放大整形全部在芯片内完成，接收功能高度集成化。具有二种工作方式选择，以适合解调不同的数据速率。当第3脚悬空(内部已上拉为高电平)时，射频接收带宽较宽，可适应发射频率误差较大的声表谐振器稳频的发射机及一般的LC发射机。当第3脚接地时，射频接收带宽较窄，解调滤波器带宽较大，但要求配套的发射机必须具有较高的频率及稳定度，发射频率必须由晶体或较高的声表谐振器稳频。

3 系统软件设计

3.1 前端系统的软件实现

　　智能压力传感器前端系统软件包括初始化程序、压力和温度的数据采集程序、数字滤波程序、测量算法程序、发送程序等部分组成。

　　系统初始化程序包括堆栈指针的设置、中断源控制字设置和有关工作单元的初始化等。对于压力信号的选通采用INT1申请中断，在中断处理程序中执行数据采集等任务，如图8所示。在单片机与ICL7135的R/H相连的P3.4口输出一个正脉冲，则开始启动A/D进行转换。在A/D转换期间STRB端口为高电平，在A/D转换结束后，STRB端口输出5个负脉冲。可以利用STRB端口的下降沿请求中断，连续响应5次INT1中断即为转换结果。单片机P0.0～P0.3口通过B1～B84位端口依次读入万、千、百、十、个位的BCD码。当所有位数BCD码读完，数据存入RAM单元后，即完成压力信号的读取。对于温度信号的选通测量也采用类似的方法，这里不再赘述。目前关于数字滤波的方法很多，有算术平均滤波、加权平均滤波、中值滤波和复合滤波等方法。本系统采用的是复合滤波方法，此法首先将n次采样值按大小排队，然后去掉值和值，再对剩下的n-2个采样值求算术平均值。复合滤波法既可以去掉脉冲干扰，又可以对采样值进行平滑加工，它兼有中值滤波和算术平均滤波的优点。关于温度引起的压力传感器热零点漂移现象，我们采用的是非线性函数多项式拟合的规范化方法。在程序中通过拟合出的规范化多项式，对压力值进行温度漂移的补偿计算。得到的压力值数据经P1口发送到PT2262数据端，由PT2262编码送F05发射数据。

3.2 接收端的软件实现

　　接收端的软件实现比较简单，主要是解码器PT2272将J05接收来的数据发送到单片机的P1口，经单片机处理后由P2口发送给LED显示。

4 实测结果分析

　　测试时将数据采集发射电路与信号接收装置相距20 m左右，将压力传感器置于恒温槽中，在不同的温度下进行了分组压力测试。