MEMS傳感器數(shù)據(jù)采集器研究

精品文檔-下載后可編輯MEMS傳感器數(shù)據(jù)采集器研究在本次研究中，主要通過硬件設(shè)計與軟件設(shè)計對MEMS傳感器進(jìn)行分析。

1硬件設(shè)計

1）硬件電路總體結(jié)構(gòu)。根據(jù)石油勘探的需求，結(jié)合MEMS傳感器工作原理與特點，數(shù)據(jù)采集器主要采用低噪聲運放OPA4228設(shè)計高信噪比的模擬放大電路，并依靠24位高分辨率的A/D芯片接入DSP。在DSP系統(tǒng)中，根據(jù)數(shù)字信號處理方式，以信號頻域、時域特性為基礎(chǔ)，通過提取弱信號來提高信噪比[1]。2）MEMS加速傳感器。本次研究中，MEMS加速傳感器以硅為基礎(chǔ)，屬于差動電容式傳感器。差動式電容的中間電極由加速傳感器質(zhì)量模塊構(gòu)成，電容器中間電極面積就是質(zhì)量模塊面積。兩邊電極與質(zhì)量模塊分別形成2個電容器。在傳感器運行過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在Y方向（不確定的某一方向）出現(xiàn)加速度時，質(zhì)量模塊就會向該方向的反方向偏離，導(dǎo)致電容出現(xiàn)相對變化，電容相對變化的大小，即為加速度的實際值?，F(xiàn)階段，常見的MEMS加速傳感器為三臂梁結(jié)構(gòu)的加速傳感器，該結(jié)構(gòu)的特點是：質(zhì)量模塊不是方形結(jié)構(gòu)，而是一種正六邊形結(jié)構(gòu)，臂梁與硅片主晶之間不全部平行。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)。MEMS加速傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)為靈敏度與固有頻率，其中，靈敏度Y的計算公式。

2軟件設(shè)計

石油勘探MEMS傳感器數(shù)據(jù)采集器的軟件系統(tǒng)，包括DSP程序模塊系統(tǒng)、ARM程序模塊設(shè)計等，本以此為基礎(chǔ)，對石油勘探MEMS傳感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的團(tuán)建系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行分析。1）DSP程序設(shè)計。DSP程序需要完成A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動、數(shù)字濾波與信號識別等多方面內(nèi)容。本文簡單統(tǒng)計常規(guī)條件下DSP程序運行流程圖，具體數(shù)據(jù)見圖1?！秲x表技術(shù)和傳感器》指出[3]，5509是DSP程序中支持eXpress-DSPTM的關(guān)鍵，同時，5509所使用的唯一內(nèi)存映射（代表程序空間與數(shù)據(jù)空間所共處的空間）。同時，在DSP設(shè)計過程中，要保證每個DARAM模塊都能在特定時間內(nèi)完成固定訪問（一般情況下為2次/周）。2）數(shù)據(jù)信號處理程序。為保證石油勘探MEMS傳感器數(shù)據(jù)采集器能有效收集、處理相關(guān)數(shù)據(jù)，必須要對數(shù)字信號處理程序進(jìn)行優(yōu)化。其中，CAN通信模塊是整個數(shù)據(jù)信號處理程序的核心，本文通過CAN通信模塊設(shè)計對數(shù)據(jù)信號處理程序進(jìn)行討論?，F(xiàn)階段，CAN控制器主要存在兩種工作模式，分別為增強(qiáng)模式與基本模式，兩種模式均遵照CAN協(xié)議，進(jìn)行錯誤數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)編碼等工序。CAN基本模式發(fā)送、接收等緩沖器長度為10字符，并且支持一種幀格式，一幀信息通常為2~10字節(jié)，前兩位字符由遠(yuǎn)程請求、描述符等組成。描述符之后就是數(shù)據(jù)場，由1~8字符組成，負(fù)責(zé)分析、記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。CAN增強(qiáng)模式支持?jǐn)U展幀與標(biāo)準(zhǔn)幀，報文標(biāo)示符為29位。通常情況下，CAN控制器為提升錯誤數(shù)據(jù)處理能力，會相應(yīng)的增加部分特殊功能寄存設(shè)備，如出錯碼捕捉寄存器、仲裁捕捉寄存器等。3）APM程序設(shè)計。APM程序設(shè)計的重點PS485通信程序設(shè)計。目前，RS485通信主要為半雙工通信。由于在采樣過程中對信號采集速度提出較高要求，同時，現(xiàn)階段RS485通信串行輸出波特率為115200，經(jīng)過相關(guān)轉(zhuǎn)換器處理后，可直接將數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)軟件，而上位機(jī)軟件，能根據(jù)數(shù)據(jù)具體情況，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、顯示信號波形、儲存數(shù)據(jù)等處理[4]。

3結(jié)束語

石油勘探、生產(chǎn)一直是國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的重點，其勘探、生產(chǎn)能力對社會產(chǎn)生重要影響。同時，MEMS石油勘探技術(shù)具有較高的發(fā)展空間，通過地震波紋，分析、記錄特定區(qū)域內(nèi)的地下狀態(tài)，為石油勘探、開采提供具有參考價值的數(shù)據(jù)。本文簡單分析了石油勘探MEMS傳感器數(shù)據(jù)采集器的研究內(nèi)容，并從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計兩方面討論