汽車壓力監測系統軟硬補償設計

隨著現代科學技術的發展，特種車輛的性能越來越高，系統構成越來越復雜、精密，采用嵌入式傳感器實現眾多工況參數的實時在線監測，是未來車輛狀態監測和故障診斷系統發展的必然趨勢[1]。同時由于車輛結構的緊湊，要求實現小型嵌入式傳感器監測系統。否則，許多故障點無法直接監測，只能通過測量外圍相關參數換算得到，換算結果的正確與否不得而知，從而可能導致更大的經濟損失。隨著微電子技術和信號處理技術的發展，使小型壓力監測系統的實現成為可能。本文采用先進的壓力傳感器器件，結合精密放大電路和低功耗高性能處理器，構成嵌入式特種車輛行星變速機構操縱壓力實時監測系統，并通過測量電路和補償算法的綜合應用，實現了監測系統的高精度誤差補償。

1 嵌入式壓力監測系統軟硬補償方法實現

1.1 壓力監測系統簡介

特種車輛的行星變速機構位于綜合傳動裝置大箱體內，周圍空間狹小而且部分浸泡在潤滑油中，溫度高達135 ℃。通過論證，選擇一種小型隔離膜片式壓力傳感器，并將其安裝在油缸附件的油道上，通過精密儀表放大器將信號放大后，采用高有效位的模數轉換器（ADC）將其量化，并用ATMEL公司的AVR系列微控制器（MCU）[2]完成數據處理，再通過CAN2.0總線將處理結果提供給操作人員，以達到保護車輛綜合傳動裝置的目的。系統原理框圖如圖1所示。

由于系統工作溫度范圍比較寬(-20 ℃~135 ℃)，因此溫度變化對系統的測量誤差影響最大，本文著重研究并實現了由于溫度漂移引起的測量誤差的補償處理方法[3]。整個系統的補償方法包括電路硬補償和算法軟補償兩部分，硬補償包含傳感器本身的工藝調制補償和放大電路補償；軟補償是通過在MCU內嵌入B樣條溫度補償算法來實現。

1.2 硬補償電路設計

系統采用硅壓阻式壓力傳感器，它具有體積小、靈敏度高、分辨率高等特點，被廣泛采用。但溫度漂移是硅壓阻式傳感器的最大弱點，它包括零點溫度漂移和靈敏度溫度漂移。由于組成電橋的4個電阻的阻值不可能完全一致，當輸入壓力為零時，電橋輸出不為零，具有零點偏移。靈敏度溫度漂移主要是由半導體材料的壓阻系數隨溫度的變化而發生變化造成的，一般地說，壓阻式傳感器的靈敏度隨溫度的升高而下降[4]。

本系統選用美國某公司的小型硅壓阻式傳感器，其最大量程為300 psi(1 psi=6.895 kPa)，輸出電壓為0~100 mV，非線性度為±0.1%。傳感器通過對陶瓷基座上的厚膜電阻進行激光修阻，實現對傳感器的溫度補償及零點偏差調整。其內部提供的激光修正電阻用來調節外部放大器的增益，從而保證傳感器±0.1%互換性量程，電路原理圖如圖2所示。

由于傳感器最小分辨率為微伏級，極易在傳輸和測量時產生干擾，造成結果失真，因此必須采用一個高精度、高共模抑制比的測量放大電路進行小信號的放大處理。