一种智能静电驱动电容压力传感器的设计与研究

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本论文主要对压力传感器的测量结构和软、硬件设计展开研究,在参考前人的经典设计和理论的基础上,参考多种力测量方式,制定了电容测量方案,设计了一种基于MEMS技术的差分式结构的电容压力传感器,对传感器测量结构进行了建模,研究了吸合电压算法和数据拟合算法,并根据系统需求设计了外围硬件电路和软件系统。智能静电驱动电容压力传感器由硬件电路模块和软件系统构成。硬件电路模块由电源模块、电容压力测量结构、电容测量模块、主控制器模块、数据传输模块、数模转换模块、程序下载模块、串口调试模组成。软件系统由嵌入式程序和上位机软件构成,其中嵌入式程序在MDK5和keil uVision4编程环境中编写,在STM32主控制器中写入电容压力转换算法和DAC转换算法,将PS021电容测量芯片测得的电容数据处理且输出静电驱动电压信号,在USB芯片中写入数据传输程序,输出测量数据;上位机软件使用C++编写的USB驱动供Lab VIEW调用,由Lab VIEW编写应用界面,实现数据显示及存储功能。在设计完成后,使用智能高精度天秤对智能静电驱动电容压力传感器做标定试验,分析传感器的输入-输出特性曲线。根据最小二乘法原理,使用MATLAB编写拟合算法,计算出拟合多项式,并绘制出拟合误差曲线。将拟合参数输入到STM32主控制器中,重新测得输出数据,通过准确度实验分析了传感器的各项性能指标,确定了性能指标达到设计要求。同时,本文也分析了造成系统误差的原因,并提出解决方案,并根据传感器的实际应用及测试情况,明确了下一步工作的方向。
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