一种新型SOC单片机在水平仪温度补偿的应用

1、收稿日期:2005203210作者简介:芶志平(19762,男,四川省蓬安县人,工程师,主要从事惯性器件与系统的研究。文章编号:100422474(20060120159202一种新型SOC 单片机在水平仪温度补偿的应用芶志平,刘勇,刘华,田先宝(四川压电与声光技术研究所,重庆400060摘要:在CW 系列型水平仪的研制中,采用SOC 单片机C8051F023为水平仪作温度曲线补偿。SOC 单片机C8051F023具有与MCS 251内核及指令集完全兼容的微控制器,片内还集成了12位高速A/D 转换器、12位D/A 转换器和温度传感器等模拟部件。利用C8051F023片内集成的A/D 转换器采

2、集水平仪的输出信号,通过FIR 数字滤波器滤出噪音和干扰信号,再根据温度传感器数据与标定的水平仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿,从而消除水平仪温度逐次漂移误差。SOC 单片机进行温度曲线补偿的方法,在硬件成本增加很少的情况下,提高了水平仪的精度及可靠性,减少了实验成本、实验周期,有较好的社会效益和经济效益。关键词:水平仪;SOC 单片机;温度补偿中图分类号:V241文献标识码:AThe Application of a N e w SOC MCU in T emperatureCompensation of a LevellerG OU Zhi 2ping ,L IU Yong ,L IU

3、H ua ,TIAN Xian 2bao(Sichuan Institute of Piezoelectric and Acoustooptics Technology ,Chongqing 400060,China Abstract :In research and manufacture of leveller of CW series ,C8051F023type SOC MCU is adopted for com 2pensating of temperature curve of leveller.The micro control union of SOC MCU on whic

4、h simulation units like 12bit high 2speed A/D converter ,12bit D/A converter and temperature sensors are integrated ,is totally compatible to the core and commands of MCS 251.The signal of level meter is picked out f rom A/D converter inC8051F023be 2fore the noise and the interfering signal is filte

5、red in FIR digital filter ,thus the temperature sequential drift error is removed through linear compensation in response to the data of temperature converter and calibration temperature of the leveller.The method of temperature compensation using SOC MCU raised the precision and stabilization of th

6、e leveller without too many raise of hardware costs.It also reduced the costs and the period of the test.K ey w ords :leveller ;SOC MCU ;temperature compensation 在CW 系列型水平仪的研制中,采用了Cygnal 公司的新型SOC 单片机C8051F023,利用SOC 单片机片上的温度传感器感应温度、片上D/A 输出偏移电压补偿水平仪零位,以较低的成本完全取代了水平仪上传统的热敏电阻补偿方法。因单片机的可编程性,当水平仪的加速度计状态发

7、生改变时,只需调整软件参数而无须硬件改动,相对于传统的热敏电阻补偿法,它更具有可控性与可靠性。1C8051F 系列单片机简介C8051F 系列单片机是美国Cygnal 公司开发的集成混合信号片上系统SOC ,具有与MCS 251内核及指令集完全兼容的微控制器,除了具有标准8051的数字外设部件之外,片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件(见图1。C8051F 系列单片机CIP 251内核,与标准的8051指令完全兼容。与标准的8051相比,C8051F 系列指令处理用流水线结构,70%的指令执行是在一个或两个系统时钟周期内完成,因此速度比标准的8051有了大幅提

8、高,在同样的系统时钟频率下,C8051F 系列处理速度是标准的8051的510倍 。图1C8051F 系列单片机原理图2系统设计2.1硬件设计单片微机系统硬件主要由C8051F023单片机第28卷第2期压电与声光PIEZO EL ECTECTRICS &ACOUSTOOPTICSApr.2006和求和电路组成(见图2 。图2硬件框图2.2软件设计本系统的软件主要由主程序、定时子程序、多路数据采集子程序、多路数据输出子程序及数据解算子程序5部分组成。图3为主程序运行流程图。在数据解算子程序中,多路数据采集子程序采集通过FIR 数字滤波器滤出噪音和干扰信号,再根据温度传感器数据与标定的水平

9、仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿, 从而消除水平仪温度逐次漂移误差。图3软件流程图3先进性在传统的热敏电阻补偿法中,因热敏电阻自身存在离散性,在全温度范围补偿效果难如人意;采用SOC 单片机进行温度补偿可根据温度传感器数据与标定的水平仪温度逐次漂移进行多点分段线性补偿,完全没有离散性。水平仪温度逐次漂移误差随时间与实验前后而发生改变,并不是一个完全固定的值,采用热敏电阻补偿在每一次改变都要调试硬件电路,消耗大量的人力物力。在研制的生产中,这个问题不太突出;在批量生产中,每一套产品调试都需改变硬件参数,大量的人力资源消耗在硬件调试上,在短时间内不可能完成批量产品。而采用SOC 单片机进行温度补

10、偿,在水平仪温度逐次漂移误差改变时,只需修改软件参数,不做任何硬件调试,节省了人力和时间,缩短了生产周期,提高了产品的精度和可靠性。4与传统补偿方法的比较在传统的热敏电阻补偿网络补偿法中,因热敏电阻自身存在的离散性及非线形,制约了水平仪在全温度范围内的精度,对精度要求特别高的水平仪有很大的制约。采用SOC 单片机进行温度曲线补偿,根据温度传感器数据与水平仪随温度变化的输出数据进行逐次漂移多点线性补偿,大大降低了补偿带来的离散性及非线形。由于水平仪输出随温度、时间及实验前后在一定时间内出现不重复性的特征,因此,在用热敏电阻补偿网络进行补偿时,需要对补偿网络元件进行更换,需花费很多的时间和精力,同

11、时再次焊接容易出现虚焊和短路现象,大大降低了产品的可靠性。并且由于热敏电阻的不一致性,使理论补偿量与实际补偿量存在很大误差,因而调整次数增加,实验次数也相应增加,实验成本也会大幅增加。又因为水平仪在进行高低温实验后,需要较长时间的恢复才能稳定,在增加实验次数的同时,实验周期将成倍增加。而采用SOC 单片机进行温度曲线补偿,只需要改变软件补偿参数,进行在线输入,不需要改变硬件,并且理论补偿量与实际补偿量会非常一致,从而提高了产品的精度。所以,SOC 单片机进行温度曲线补偿方法,在元器件成本增加很少的情况下,提高了产品的精度及可靠性,减少了实验成本、实验周期,有较好的社会效益和经济效益。表1为新型SOC 单片机温度曲线补偿与传统热敏电阻补偿网络的对比。表1新型SOC 单片机温度曲线补偿与传统热敏电阻补偿网络的对比补偿方法精度可靠性实验成本实验周期元器件成本硬件调整热敏电阻补偿法大于15天需要调整补偿网络SOC 温度曲线补偿法提高40%以