基于單片機的高精度壓力數據采集系統的設計

2 非線(xiàn)性誤差的補償
軟件補償是將微處理器與壓力傳感器結合起來(lái)，充分利用單片機豐富的軟件功能、結合一定的補償算法對傳感器的附加誤差進(jìn)行修正。常用的軟件補償算法有曲線(xiàn)擬合法和表格法。對于曲線(xiàn)擬合方法，常用的有最小二乘法和切比雪夫法。最小二乘擬合法又可分為最佳擬合直線(xiàn)法和多項式擬合曲線(xiàn)法。擬合的方法不同，擬合誤差就不同。一般來(lái)說(shuō)，對于理論上輸入輸出為線(xiàn)性關(guān)系的傳感器，當擬合的次數較低時(shí)， 采用最小二乘法的精度較高?？紤]到一般測試儀器的實(shí)際測試精度要求以及計算機的數據運算能力、存儲能力，我們采用低階的最小二乘法曲線(xiàn)擬合，對誤差加以修正。2．1最佳擬合直線(xiàn)補償原理x1 假設擬合直線(xiàn)的方程為y=kx+b，設被測物理量為，x2，…xn，相應的測量結果為y1，y2，…，yn，則第i個(gè)測量數據與擬合直線(xiàn)上相應值之間的殘差為：△i=yi-(kxi+b)，最小二乘法擬合的原則是使為最小，即使從而求得：

根據校準曲線(xiàn)上n個(gè)測量值，將式(1)和(2)編制計算程序，很快可得最小二乘方擬合直線(xiàn)的截距和斜率。
2．2 軟件實(shí)現
在軟件實(shí)現過(guò)程中，為更好的補償系統非線(xiàn)性誤差，我們在滿(mǎn)量程的壓力測量范圍內等分若干工作區段，每段曲線(xiàn)用一段對應的折線(xiàn)來(lái)代替，對每段折線(xiàn)可求出斜率k和截距b，得到線(xiàn)段的回歸方程：y=kix+bi式中，i為某段折線(xiàn)的序號，x為壓力傳感器采集的數據經(jīng)A／D轉換后的結果，y為修正輸出數值。
通過(guò)測量調試，得到系統測量參數，預先將每段的特性數值存儲于單片機的程序存儲器中，在不同的工作區段，單片機自動(dòng)地將對應的每段的參數值調出進(jìn)行運算修正處理。
修正計算子程序流程圖如下：

3 結果仿真
本文用Matlab對實(shí)驗室的擴散型壓力傳感器的測量數據做了仿真，如圖4所示。實(shí)驗數據見(jiàn)下表。為了提高補償精度，最小二乘法擬合時(shí)將壓力數據范圍0～0.06Mpa平均分為3段，分段用最小二乘法的最佳擬合直線(xiàn)擬合。仿真結果說(shuō)明這種補償方法可以更好的修正采集系統的誤差，有利與提高整個(gè)系統的精度。