基于MC9S08的高精度进气压力测量系统的实现-论文.pdf

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1、公路与汽运16Highways&AutomotiveApplications总第162期基于MC9S08的高精度进气压力测量系统的实现夏媛，魏民祥(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016)摘要：在发动机控制实验中，进气压力的测量必不可少。信号调理部分的精度和稳定性是压力测量系统研究的重点。文中基于MC9S08系列单片机，设计一种高精度压力测量系统，电路以高精度仪表放大器AD620作为核心器件，通过软硬件结合的方法实现AD620输出信号的校准，通过上位机显示界面实时显示系统测得的压力。关键词：汽车；进气压力测量系统；MC

2、9S08；AD620；信号调理中图分类号：U464．134文献标志码：A文章编号：1671—2668(2014l03—0016—03发动机控制实验中需要测量进气压力进而计算进气空气流量以完成整个控制策略的实现，随着对通信压力测量精度要求的提高，硅压阻式传感器得到广泛使用。此外，为了保证发动机各缸进气歧管压力测量的同步和精确性，需要对压力传感器所测压力图1进气压力测量系统原理进行分析并进行传感器输出特性标定。2．1．1传感器输出电压放大电路Freescale公司生产的MPX2053压力传感器是压力传感器的输出信号是毫伏级别的差分电常用

3、的硅压阻式压力传感器之一，它可以把压力转压，必须对其进行放大和滤波处理以便与单片机换成毫伏级的差模电压，具有良好的线性度，其输出AD转换模块的输入范围相匹配。差分信号的放大电压与外加的压力成精确的正比例关系。但压力传要求高、难度大，对信号放大的稳定性及精密度都有感器输出的毫伏级差分信号必须经过放大才能被控很高的要求。差动放大技术由于具有抑制共模信号制元件接收，因而信号调理电路成为压力测量系统而仅放大差模信号、增益高的特点，被应用于小信号中不可缺少的一部分。该文以MPX2053压力传感放大技术中。该系统选用AD620芯片为核心原件，器

4、为例，基于MC9S08系列单片机，采用具有差分进行传感器信号调理电路的设计(如图2所示)。放大功能的AD620芯片作为信号调理电路的核心搭建压力测量系统。1进气压力测量系统的工作原理如图1所示，完整的进气压力测量系统主要包括压力传感器、信号调理模块、单片机数据采集处理模块和上位机。压力传感器输出的电压信号经信号调理模块放大调理后送人单片机进行AD转换及相关数据处理，最后通过串口发送到上位机并显示到+9上位机界面。图2传感器输出电压放大电路2进气压力测量系统硬件电路设计AD620是一款低成本、高精度的仪表放大器，2．1传感器信号调理电

5、路的设计与实现仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1传感器信号调理电路的精度和稳定性直接决定～lOooodB。增益公式为：进气压力测量系统的精度和稳定性，因而该电路的R一49．4／(G一1)(1)设计是系统设计的关键。式中：R。为1、8脚之间接的调整放大倍数的电阻；18公路与汽运2014年5月用，节省系统的存储容量。系统下位机软件包括表1进气压力测量系统测得的数据AD采集模块、定时器计时和中断、数据滤波处理、传感器输传感器压力表传感器输传感器压力表串行通信模块。系统完成初始化设置后进入定时器出端口电测得电显示压出端口电测得电显示

6、压计时中断模块，采集5次AD数据后进行数据处理，压／mV压／mV力／kPa压／mV压／mV力／kPa同时根据上位机发送的信息，将数据通过串口发送0．00046．04645至上位机。下位机的软件设计流程如图5所示。8．69541．8424012．6131036．0363517．O171531．1313O21．6222O27．O272527．1272521．O212O31．4313O16．4161536．9373512．O121O42．142407．37547．O47450．00052．5535O有较好的测量稳定性。对测得的数据采用最d

7、xZ-乘法进行压力传感器圈5下位机软件设计流程特性曲线拟合。采用最dxZ．乘法求标定系数的拟合为了校准AD620实际放大之后的输出电压，避性方程的原理是使曲线上的所有点与该拟合直线的免参考端电压不稳定带来的系统不精确，下位机的残差之和最小，假设特性曲线方程为：AD采集模块分别采集AD620引脚6和参考端的Y=B——KX电压，按式(2)进行数据处理，并在实验中标定压力式中：y为传感器输出电压；B为线性方程截距；K传感器的灵敏度，实现对传感器输出压力的补偿。为线性方程斜率；X为压力表显示的压力。由最小二乘法得K、B的计算式分别为：4实验

8、结果及分析一N∑xy一∑x∑y搭建进气压力测量系统，气源来自12V直流气一N∑x一(Ex)泵，压力表与压力传感器同时测量通过调压阀调节后的气泵输出的压力。为了验证压力测量系统的测EY,Ex~-Ex,Ex,YB：—量精度，用万用表测量传