【文章摘要】
當單片機應用在高精度壓力變送器的過(guò)程中，其對壓力變送器的溫度與壓力信號進(jìn)行了采集，組成了4 層BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行離線(xiàn)訓練，然后通過(guò)C 語(yǔ)言對訓練好的網(wǎng)絡(luò )模型進(jìn)行編程，研究了單片機軟件的實(shí)現方式。并且發(fā)現，采用單片機減少了系統功能與壓力變送器體積，利用單片機對傳感器的溫度和壓力A ／ D 采樣值離線(xiàn)訓練減少了信號誤差。
【引言】
在眾多控制過(guò)程中, 經(jīng)常需要對一些參數進(jìn)行測量, 而一般傳感器的輸出信號較弱, 不適合遠距離傳輸。為了減小干擾,通常采用4-20mA 電流輸出的雙絞線(xiàn)變送器。信號模擬處理的變送器, 由于電路復雜性的限制, 非線(xiàn)性補償效果不理想,很難在全溫度范圍內實(shí)現溫度補償, 因此達不到較高的精度要求。隨著(zhù)單片機技術(shù)發(fā)展日漸成熟，低功耗高精度單片機與高性能轉換器的日益普及, 為高精度壓力變送器的設計提供了技術(shù)途徑。
【單片機的發(fā)展歷史】
單片機#早出現在20 世紀70 年代末，其發(fā)展過(guò)程歷經(jīng)了SCM、MCU、SOC這三大階段，#早的SCM 單片機都是8 位或4 位的。而其中#成功應當屬于INTEL的8031，此后科學(xué)家在8031 的基礎上開(kāi)發(fā)出了MCS51 系列MCU 系統�；谶@一系統的單片機系統即使直到現在使用仍然相當廣泛。由于工業(yè)控制領(lǐng)域對其要求愈來(lái)愈高，于是16 位單片機就順勢而出，但由于性?xún)r(jià)比不理想其應用范圍并沒(méi)有得到大規模的推廣。直到90 年代后隨著(zhù)消費電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，單片機技術(shù)也同樣有了里程碑式的進(jìn)步。隨著(zhù)INTELi960 系列的出現特別是后來(lái)的ARM 系列的大規模應用，32 位單片機以其更優(yōu)良的性能迅速取代16 位單片機的高端地位，并且占據了市場(chǎng)的主流。當代單片機系統已經(jīng)不僅僅只是在裸機環(huán)境下開(kāi)發(fā)及使用，如今全系列的單片機都大量采用了專(zhuān)用的嵌入式操作系統。甚至專(zhuān)用的Windows 和Linux 操作系統也直接可以應用在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機上。
2 單片機與高精度壓力變送器的結構原理
【單片機】
單片微型計算機簡(jiǎn)稱(chēng)單片機，又稱(chēng)單片微控制器，是一種典型的嵌入式微控制器。它雖然只是一個(gè)芯片，但其內部同樣應用了與電腦功能相類(lèi)似的模塊，比如：CPU、內存等等，總的來(lái)說(shuō)它就是把一個(gè)計算機系統集成到一個(gè)芯片上。其主要組成部分有：運算器、控制器、存儲器、輸入與輸出設備，就這些而論和一個(gè)微型的計算機也差別不大了。自單片機問(wèn)世以來(lái)，其性能不斷提高和完善，其資源又能滿(mǎn)足很多應用場(chǎng)合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)良特點(diǎn)，在控制領(lǐng)域倍受人們鐘愛(ài)。
【高精度壓力變送器】
壓力變送器在工業(yè)中的使用十分普遍，在各種工業(yè)的自控環(huán)境中有著(zhù)廣泛的應用。高精度壓力變送器就是其中的一種，也稱(chēng)高精度壓力傳感器。高精度壓力傳感器的工作原理是當壓力變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ 元件的兩側隔離膜片上，然后經(jīng)過(guò)隔離片和元件內的填充液傳送至測量膜片的兩側。測量膜片和兩側的絕緣片上面的電極各自組成一個(gè)電容器，在兩側的壓力不同的情況下測量膜片會(huì )出現位移的現象，此時(shí)，位移量與壓力差成正比，從而導致兩側的電容量不同，通過(guò)振蕩和解調環(huán)節，將其轉換成與壓力成正比的信號。A/D 轉換器將解調器的電流轉換成數字信號，其值被微處理器用來(lái)判定輸入壓力值，從而使微處理器控制變送器的工作。
【單片機在高精度壓力變送器中的應用】
眾所周知，影響傳感器輸出的因素有很多，但主要因素是因為其所受到的壓力和來(lái)自于外界的非目標參量的干擾，從而出現傳感器交叉靈敏度問(wèn)題的出現，導致輸出精度受到影響。要想解決這個(gè)問(wèn)題，其關(guān)鍵就在于進(jìn)行溫度補償。然而進(jìn)行溫度補償的方法有很多，例如：#dx-- 乘法、溫度補償有線(xiàn)性插值法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法等，但綜合各方面因素考慮，#優(yōu)的選擇還是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中的BP 網(wǎng)絡(luò )法。這種方法通過(guò)建立BP 網(wǎng)絡(luò )可以擁有以任意精度接近任何非線(xiàn)性函數的能力，從而達到數據的擬合。而這些自然就需要將單片機應用于其中。BP 網(wǎng)絡(luò )離線(xiàn)訓練需要樣本，而采用單片機收集的壓力變送器的壓力輸出以及所處的環(huán)境溫度值正好可以作為訓練所需的輸入樣本，從而可以#大程度的修改權值與閾值，通過(guò)利用訓練后的權值數組與閾值數組去控制變送器的輸出，然后將其結構通過(guò)C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，以便使BP 網(wǎng)絡(luò )能夠對數據進(jìn)行融合。
【BP 網(wǎng)絡(luò )算法的定義】
BP 網(wǎng)絡(luò )在目前的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型中應用#為廣泛，分為輸入層，隱含層和輸出層三個(gè)部分，每個(gè)層次之間通過(guò)互聯(lián)方式進(jìn)行連接，在同一層次的單元之間沒(méi)有相互連接。
BP 網(wǎng)絡(luò )是由信息的正向傳播和誤差的反向傳播組成由輸入層向隱含層和輸出層是為正向傳播的輸入模式，倘若輸出層沒(méi)有得到期望的結果，則會(huì )使誤差信號沿原來(lái)的通道將之返回并且修改各層的權值，從而形成反向傳播，如此反復，直到將誤差降低到#小，#終達到期望的目標值。
【單片機的具體作用】
因為樣本的采集是一個(gè)復雜的過(guò)程，其中需要運用到很多器材，包括高精度的壓力傳感器，壓力傳感器信號控制電路板，標準壓力計，壓力變送器高低溫測試箱，測試軟件，電腦，與高精度壓力傳感器相匹配的數據線(xiàn)等等。具體的過(guò)程如下：先將壓力傳感器裝置連接好，然后將連接好的設備放置于高低溫測試箱內，然后將壓力傳感器信號控制電路板與壓力傳感器中反映溫度和壓力信號的4 根導線(xiàn)連接好，再將電路板上通訊接口連接到電腦主機，然后再連接好數據線(xiàn)如此器材就連接順暢了，然后即可進(jìn)行樣本的采集。這一系列的計算和BP 網(wǎng)絡(luò )訓練完成之后，就會(huì )得到滿(mǎn)足控制要求的權值與閾值。將其連接關(guān)系通過(guò)程序進(jìn)行編程，然后移植到單片機中，對信號進(jìn)行必要的處理。在這整個(gè)系統中單片機主要完成的工
作包括：上電初始化，含看門(mén)狗的關(guān)閉、晶振的初始化、LED 與通訊模塊的初始化等；進(jìn)行溫度和壓力的A ／ D 轉換，包括設定采樣頻率、選擇參考電壓的、設定模塊、以及對數據進(jìn)行平均值濾波等；歸一化溫度和壓力的A ／ D 采樣值，歸一化的溫度與壓力#大值、#小值及BP 網(wǎng)絡(luò )訓練時(shí)選擇的#大#小值相同；把溫度和壓力信號組成的二維數組輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )訓練的權值連接中實(shí)現對信號處理, 然后反歸一化輸出值；#后即可將反歸一化處理的信號經(jīng)過(guò)LED 顯示以及通過(guò)通訊接口發(fā)送出去。
【總結】
隨著(zhù)社會(huì )的不斷進(jìn)步和科技的不斷發(fā)展，單片機應用的馮范圍也越來(lái)越大，重要性也愈來(lái)愈突出，其可靠性和抗干擾性也必須能夠隨之增強，否則將會(huì )成為制約其發(fā)展的一大障礙，因此它還有很長(cháng)的一條路要走，不斷發(fā)展，開(kāi)拓創(chuàng )新才能走的更持久。
【版權聲明】除非特別注明，否則淮安三暢儀表文章均為原創(chuàng )，未經(jīng)允許不得轉載!
關(guān)注我們 實(shí)現共贏(yíng)