土壓傳感器零點(diǎn)時間漂移補(bǔ)償軟硬件實(shí)現(xiàn)

原土壓傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，如圖 1 所示，其主要由應(yīng)變電橋、ZMD31050 信號調(diào)理芯片以及電源部分組成。ZMD31050 芯片為應(yīng)變電橋提供 5V 激勵電壓，對應(yīng)變電橋輸出信號進(jìn)行放大、數(shù)字化以及補(bǔ)償校準(zhǔn)處理，最終輸出模擬信號。由于 ZMD31050 芯片是一款專用信號調(diào)理芯片，其中補(bǔ)償校準(zhǔn)算法早已在芯片內(nèi)部固化，用戶無法對芯片內(nèi)部進(jìn)行編程控制，只能寫入根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)計(jì)算的相關(guān)參數(shù)。零點(diǎn)偏移量數(shù)字補(bǔ)償也僅限于標(biāo)定過程中，一旦參數(shù)寫入，需要更改只能進(jìn)行再次標(biāo)定 。

因此零點(diǎn)漂移軟件補(bǔ)償技術(shù)不便于在原土壓傳感器上實(shí)現(xiàn)。考慮硬件補(bǔ)償方式，對于模擬式自動調(diào)零電路，雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但是信號保持時間以及保持質(zhì)量等問題難以解決；對于數(shù)字式調(diào)零電路，雖然不存在保持時間以及保持質(zhì)量方面問題，但是由于需要微處理器、ADC、DAC 等器件支持，一方面會增大信號調(diào)理單元尺寸，另一方面會增加系統(tǒng)成本。因此，在原土壓傳感器上實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)漂移補(bǔ)償?shù)目尚行暂^差。由于土壓傳感器使用周期僅為數(shù)天，而應(yīng)變傳感器在短期內(nèi)零點(diǎn)時間漂移量較小且可忽略，因此本文擬采用靜態(tài)補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)土壓傳感器零點(diǎn)時間漂移補(bǔ)償。考慮到土壓傳感器小型化的要求，最終選用 ADI 公司推出的一款高集成度高性能的模數(shù)混合信號處理芯片 ADuC7061 微處理器設(shè)計(jì)小型化土壓傳感器 ，其硬件結(jié)構(gòu)圖，如圖 2 所示。

系統(tǒng)工作過程：應(yīng)變電橋輸出 mV 量級電壓信號，直接送入 ADuC7061 微處理器進(jìn)行信號放大、數(shù)字化、數(shù)字濾波以及信號補(bǔ)償（比如非線性補(bǔ)償、零點(diǎn)補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)龋┑忍幚?，處理完的信號最終以模擬信號輸出。電源部分將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定電壓為傳感器及微處理器提供工作電源。微動開關(guān)手動調(diào)零依靠微動開關(guān)動作觸發(fā)微處理器內(nèi)部中斷，實(shí)現(xiàn)土壓傳感器零點(diǎn)輸出軟件調(diào)零。