微电子机械系统（MEMS）技术因其微型化、集成化、批量化的特点备受关注。风速风向信息在农业生产、交通运输、天气预测以及体育赛事中是必不可少的参考信息,对MEMS风速计的研究至关重要。本实验室多年来一直从事MEMS热式风速计的相关研究,已经取得了众多的研究成果和经验。但是,为了满足商用要求,该传感器仍需进一步简化电路以方便多种模式测量、抑制温漂以提高传感器性能。本文用PID算法实现恒温差控制模式,以三种不同结构、封装的传感器芯片为研究对象,以简化硬件电路、抑制传感器温漂为研究目的,以芯片温度传感器分时复用测量环境温度为手段,重点研究新的软件控制方法对传感器性能的影响,主要研究内容如下:（1）在硬件上,一方面,简化控制电路,硬件电路上只保留电源、采样、信号处理、显示及微控制器的部分,不包含反馈控制加热功率的回路,针对具体的传感器结构设计电路,新的电路支持恒温差、恒流、恒压等多种模式下测量,另一方面,去掉环境温度传感器,使用芯片上的测温元件同时测量环境温度和芯片温度,可以有效抑制测温元件温度系数不一致带来的温漂;在软件上,使用微控制器的中断程序及定时程序分时测量环境温度和芯片温度,使用PID算法实现恒温差控制,调节算法参数来缩短传感器的热启动时间和测量周期,并对采样数据进行滤波处理以提高传感器输出的稳定性。（2）从风速计商用化的角度出发,对低离散型、低误差的基于陶瓷基板的传感器芯片进行电路简化,使用传感器芯片上的测温三极管测量环境温度和芯片温度,环境温度输出量稳定,调节PID控制算法的参数后,?=15℃情况下,传感器在软件控制下的热启动时间最短为12.98 s,在无风状态,芯片温度从₍（6）+?恢复到₍（6）的时间为23.1 s,风速为37.1 m/s时,传感器输出未达到饱和,在风速为0³7.1 m/s,风速测量误差小于1 m/s,风向测量误差小于2.2°,相对于环境温度为20℃,零点温漂偏移小于1 m/s。（3）出于低功耗的目的,设计了基于陶瓷薄膜封装的传感器芯片,使用位于芯片中央的加热电阻测量环境温度和芯片温度,?=20℃时,热启动时间小于6 s。利用MOS管作为开关器件调节分压电阻的阻值,调节后,传感器系统功耗为397.26 mW,无风状态下,传感器芯片上加热电阻的功耗为111 mW,对MCU各模块进行降频后,传感器系统总功耗331 mW,风速误差小于2 m/s,风向误差最大为5°,软件控制性能和硬件控制相当。（4）在陶瓷薄膜封装的基础上,为了降低传感器芯片上的功耗,提出了基于玻璃衬底的传感器芯片,加热测温元件的结构和基于陶瓷薄膜的传感器一致,采用同样的电路结构,在?=7℃条件下,风速5 m/s时,传感器上功耗为34 mW。风速测量误差小于1 m/s,风向误差小于2°,风速为20 m/s时,风速输出接近饱和,无风时传感器的热启动时间为7 s。在0⁵5℃情况下,零点输出x方向变化0.026 V、y方向变化0.0078 V,y方向变化可以忽略,和硬件控制相比温漂有所改善。这三种传感器的实验结果表明,新的控制方法可以在保证传感器性能的前提下,具有抑制温漂的性能,有效解决了环境温度测量和恒温差控制应用的双重功能,使整个系统避免了额外封装的温度传感器,大大简化了封装,对软件算法参数的调节缩短了传感器的热启动时间和测量周期。