ATmega128单片机的压力标定系统软硬件设计(3)
第四章：从软件角度分析系统，对主要模块的设计过程进行说明，对数据处理思想做了详细的说明。
第五章：数据处理与误差分析。对标定系统进行实验，得到相应的测量结果并进行误差的分析判断是否满足精度要求。
第吹冰章：总结，对不足以及错误的地方进行相应分析。
2标定系统总体设计
2.1概述
在工作现场，标定传感器之后才能进行使用，用传统的大型设备进行标定费用较高，使用不便，因此，本文提出设计一个便携式的标定系统。本系统采用比较法，也就是用一个精度高的已经在实验室得以标定的标准压力传感器，用来标定被测传感器。在室外标定时，通过压力泵对两个传感器施加压力，在相同的环境下，两个传感器感知相同大小的压力，默认高精度的传感器是标准的，来判断出待标定的压力传感器的性能参数。另外我们可以实现和上位机的通讯，方便操作人员进行数据的观测。
选用一款高精度，高性能，具有较大存储容量的单片机，组成可达到高精度指标的传感器标定系统。本系统选用ATmega128单片机。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。数据吞吐率高达1MIPS/MHz，具有8通道10位ADC通道，4KB的EEPROM。能够满足本系统设计。为了更好的利用芯片资源，且AD转换精度相对较低，所以采用芯片自带的ADC通道。为了方便操作人员观察修改数据，本系统还设计了键盘和LCD显示模块，另外单片机和上位机之间采用RS232串口实现通讯。软件方面，考虑到C语言的通用性以及可读性，比汇编语言应用更加方便与广泛，所以在下位机中用C语言进行设计开发。上位机软件部分用图形化语言Labview设计，实现对数据的进一步处理。
2.2总体设计
本系统采用单片机作为主控芯片，扩展串行接口，AD采集模块，实现对外部传感器的数据接收和显示。所要完成的内容有：采集压力信号，对信号进行滤波、调理、放大，A/D转换后进行数据的计算和存储，并且利用键盘控制，显示测量数据，和上位机进行通信。本标定系统的工作原理如下：压力泵对两个传感器产生相同的压力，得到压力信号以后，通过电桥输出到信号调理电路中，进行信号的放大后，A/D转换后，将模拟信号转换成数字信号，输入到微处理器中进行处理，在软件中实现零位补偿、非线性补偿后，将数据存储并显示出来，对传感器的性能得以评估，另外能通过键盘进行控制。用RS232串口方式将得到的数据传输到上位机，实现进一步的处理，并将结果打印出来。
该系统的设计指标：
标定范围：0~500MPa
总不确定度：≤0.2% FS
工作温度：-10°C~50°C
相对湿度：≤85%
其总体框图如下：
图2.1便携式压力传感器标定系统总体框图
2.2.1硬件设计
通过研究传感器技术、电子技术，设计压力传感器标定装置的硬件方案，设计一套硬件电路板，进行相应的制板和调试。在硬件方案设计过程中，采用自顶向下的全局观式的设计方式，用模块化的方法来设计。本标定系统的核心是数字化采集系统，整个平台围绕着这个系统而设计，有如下的功能模块：稳压电源模块，来保证系统的正常运行；电桥模块，使得到的模拟量的结果更加精确；信号放大模块，由于模拟量较小，通过放大模拟信号，使得后续的处理，转换成数字量的结果更加精确；A/D转换模块，本系统设计中，利用单片机固有的A/D转换资源，来进行模拟量和数字量的转换；AVR控制模块，也是这个系统的核心，起到CPU处理功能；键盘控制和显示模块，也就是所谓的输入输出模块，使得人机交互功能更加完整；USB通信协议模块，实现和上位机的联系；上位机模块，在上一层实现相应的管理和控制。在硬件设计的时候，可能遇到的难点是A/D转换以及调理电路部分，如何将采集到的模拟量正确的转换成数字量，这对后面的软件设计起到很大帮助，如果硬件做的比较好，软件可以相应的简化，如果硬件做的有问题，在软件部分可能需要相应的算法处理才能使结果更加的精确。