高精度微小型数字压力传感器及采编系统设计

摘要

随着航天技术的迅速发展，飞行器对测量系统的要求越来越高。压力数据的测量作为测量系统中的重要组成部分，不仅仅限定在某些关键点的测量，更希望通过增加压力测点挖掘更多有用信息，使得传感器的应用数量大幅增加，传统的压力传感器及采编系统已经不能适应新的需求。 本文设计的高精度微小型数字压力传感器及采编系统，包括若干传感器和传感器变换器，每个传感器变换器最多可同时负载44路传感器，控制它们同时采集压力数据，并将数据汇总后通过RS-422总线发送给控制系统。 本系统的压力敏感元件选择24位隔离膜式数字压力敏感头89BSD，通过I2C总线扩展芯片P82B715构成通信驱动电路，与传感器变换器在5米距离下通信，变换器的RS-422接口芯片采用单路收发功能的MAX3490。同时设计了本系统配套的地面测试台，结合上位机软件进行数据处理和显示。本文首先根据任务指标进行功能分析，制定了总体设计方案，随后详细阐述了系统关键技术研究，解决了传感器小型化、长距离通信的问题，然后介绍了系统各模块的硬件电路设计，说明了数字压力传感器的控制流程和多路传感器并行采编逻辑，制定系统通信协议，并设计了地面测试台的上位机软件。最后对主要的硬件电路和整体系统进行测试，解决了调试过程中出现的问题，通过标定进一步提高了系统的测量精度。 测试结果表明，本文设计的数字压力传感器及采编系统较好地完成了设计任务，性能良好，有很高的实用价值。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究的主要内容

2数字压力传感器及采编系统总体设计

2.1设计任务及指标

2.1.1设计任务

2.1.2技术指标

2.1.3传感器及其采编系统设计思想及原则

2.2功能分析

2.3本章小结

3关键技术研究

3.1压力传感器结构

3.1.1压力敏感头选型

3.1.2结构设计

3.2通信驱动电路

3.2.1 I2C总线扩展器P82B715

3.2.2上拉电阻选择

3.2.3可靠性设计

3.2.4通信驱动电路硬件实现

3.3微小型数字压力传感器

3.4本章小结

4传感器及采编系统硬件电路设计

4.1硬件电路总体设计方案

4.2数字压力传感器硬件设计

4.2.1压力敏感头89BSD

4.2.2数字压力传感器硬件实现

4.3 FPGA电路设计

4.4 RS-422通信接口电路设计

4.5以太网接口电路设计

4.6电源模块设计

4.6.1传感器及变换器电源模块

4.6.2地面测试台电源模块

4.7本章小结

5系统软件设计

5.1系统软件设计概述

5.2数字压力传敏感头软件设计

5.2.1 I2C总线协议

5.2.2 89BSD控制逻辑

5.2.3多路传感器采集软件设计

5.3通信协议设计

5.3.1基本数据包结构的制定

5.3.2传感器变换器寄存器设置协议

5.4地面测试台软件设计

5.5上位机软件设计

5.6本章小结

6系统测试与分析

6.1主要通信电路测试

6.1.1 I2C总线电路测试

6.1.2 RS-422总线电路测试

6.2系统整体测试与结果分析

6.3本章小结

7总结和展望

7.1所做工作的总结

7.2下一步工作建议与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文以及所取得的研究成果

致谢