一种传感器动态非线性实时校正系统由多个采样／保持器（Ｓ／Ｈ）、１个模拟多路开关（ＭＵＸ）、１个放大器（ＡＭＰ）和模／数转换器（Ａ／Ｄ）、１个数字信号处理器（ＤＳＰ）、１个逻辑控制电路、多个数／模转换器（Ｄ／Ａ）和滤波器、１片闪速存储器（ＦＬＡＳＨ）、串行接口电路以及相应的软件组成；所说的传感器的多个输出信号与多个Ｓ／Ｈ的输入端相连；所说的ＤＳＰ根据采样频率控制Ｓ／Ｈ进行采样或保持；所说的ＭＵＸ对多路信号轮流切换，经ＡＭＰ放大后，送Ａ／Ｄ处理；所说的ＡＭＰ为Ａ／Ｄ提供最佳的输入量程；所说的Ａ／Ｄ的状态线ＢＵＳＹ脚与ＤＳＰ的可编程输入、输出口相连，ＤＳＰ通过查询ＢＵＳＹ脚的状态来决定读数的时间；当ＤＳＰ采进同一时刻的多路信号后，进行动态非线性校正，既消除传感器的非线性，又提高传感器动态响应的快速性；其结果由多个Ｄ／Ａ同时输出，滤波电路用来去除Ｄ／Ａ转换后的毛刺；逻辑控制电路在ＤＳＰ的程序控制下，决定Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ的片选状态；其特征在于ＤＳＰ芯片及逻辑控制电路部分和系统中的其它部分相连，构成对传感器多路动态非线性响应信号进行实时校正的系统。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，特别是一种以数字信号处理器(DSP)为核心的传感器动态非线性实时校正系统。
技术介绍
随着生产和科技的发展，人们愈来愈多地要求测量动态非电量。因此，传感器动态特性的研究引起了人们的重视，并在传感器动态校正(补偿)方面取得了较大的进展。其中，合肥工业大学徐科军等研制了一种以数字信号处理器(DSP)为核心，具有动态解耦-补偿功能的多维力传感器的实时动态校正系统(申报中国专利技术专利，申请日1999.6.4，申请号99108264.8，2003.3.14.发出授权通知书，“多维力传感器的实时动态校正系统”)。但是，人们基本上是把传感器作为线性系统，采用线性方法对其进行动态校正。当传感器动态特性中存在非线性时，线性的校正方法就不起作用，或效果较差。为此，人们研究动态非线性校正方法。国外学者Antonio Pardo等提出基于神经元网络的非线性逆动态系统，去解决气敏传感器系统的动态非线性问题(IEEE Trans.on IM，1998，Vol.47，No.3，pp.644-651，“Nonlinear inverse dynamic models of gas sensing system basedon chemical sensor arrays for quantitative measurements”)。国内合肥工业大学徐科军等人提出用神经元网络方法校正传感器的动态非线性特性(第三届全球华人智能控制智能自动化大会论文集，2000，pp.1501-1504，合肥中国科学技术大学出版社，“传感器动态非线性补偿的研究”)。国内外在传感器动态非线性特性校正方面存在以下问题(1)国外学者提出的基于神经元网络的动态非线性校正方法，实时性很差。因为采用的是BP神经元网络，计算量大，只能适用于响应速度很慢的传感器，而且对传感器的输入信号有要求，从而使这种方法应用范围很局限。(2)国内提出的基于函数连接型神经元网络的动态非线性校正方法，只能应用于特定形式或特定幅值的输入信号。由于非线性系统不满足齐次性和叠加性，这种方法不适用于不同幅值和不同形式的动态响应，应用范围也很局限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供以DSP为核心、具有实时动态非线性校正功能的传感器信号处理系统。本专利技术可以对传感器的1路或多路输出信号进行采样，再进行动态非线性校正，同时解决传感器中存在的动态响应速度慢和非线性的问题。本专利技术为了实现专利技术目的，采用了如下的技术方案。该系统由模拟输入通道、DSP(例如，AD公司的DSP芯片ADSP2189M)、模拟输出通道、逻辑控制电路、闪速存储器(FLASH)、串行接口电路以及相应的软件组成。模拟输入通道由1个或多个(例如，2个)采样/保持器(S/H)、1个模拟多路开关(MUX)、1个放大器(AMP)和模/数转换器(A/D)组成。输出通道由多个数/模转换器(D/A)和多个滤波器组成。逻辑控制电路主要由译码器组成。本专利技术以ADSP2189M EZ-KIT LITE(AD公司为ADSP2189M设计的最小系统，其中包括ADSP2189M芯片、FLASH、串行接口电路等)为核心，采用动态非线性校正算法，实时处理传感器的动态响应信号，既消除传感器的非线性，又提高传感器动态响应的快速性。传感器的2路输出信号与本专利技术系统的2个采样/保持(S/H)的输入端相连。ADSP2189M根据采样频率控制S/H进行采样或保持。多路开关(MUX)对2路信号轮流切换，经放大电路(AMP)放大后，送模拟/数字转换器(A/D)处理。AMP为A/D提供最佳的输入量程。A/D的状态线BUSY脚与ADSP2189M的可编程输入、输出口(PF口)相连，ADSP2189M通过查询BUSY脚的状态来决定读数的时间。当ADSP2189M采进同一时刻的2路信号后，进行动态非线性校正，其结果由2个数字/模拟转换器(D/A)同时输出，滤波电路用来去除D/A转换后的毛刺。逻辑控制电路在ADSP2189M的程序控制下，决定A/D和D/A的片选状态。本专利技术是以校正传感器2路动态非线性响应为例，其方法和方案对校正传感器1路和3路或3路以上的动态非线性响应同样适用。本专利技术的优点在于对一些具有动态非线性特性的传感器可以分解为一个动态线性环节和静态非线性环节。基于这种分解，传感器的动态非线性模型可以由一个静态非线性环节串接一个动态线性环节来表示，称其为Hammerstein模型；或者由一个动态线性环节串接一个静态非线性环节来表示，称其为Wiener模型。即传感器的动态非线性可以由Hammerstein模型或者Wiener模型来描述。当传感器的动态非线性特性用Hammersein模型描述时，动态非线性校正的顺序是先进行动态线性补偿，再进行静态非线性校正。当传感器的动态非线性特性用Wiener模型描述时，动态非线性校正的顺序是先进行静态非线性校正，再进行动态线性补偿。这样可以克服以往动态非线性校正方法的局限，可以对不同形式和不同幅度的动态非线性响应进行校正，并保证其处理的实时性。附图说明图1是本专利技术系统的硬件框图，系统由ADSP2189M EZ-KIT LITE(或ADSP2189M、FLASH、串行接口电路等)、模拟输入通道、模拟输出通道和逻辑控制电路组成。图2是本专利技术系统的采样/保持器的电路图。图3是本专利技术的模拟多路开关的电路图。图4是本专利技术的放大器的电路图。图5是本专利技术的模/数转换器的电路图。图6是本专利技术的电平转换器件的电路图。图7是本专利技术的译码器的电路图。图8是本专利技术的数/模转换器的电路图。图9是本专利技术的滤波器的电路图。图10是本专利技术的系统软件总体流程图。图11是本专利技术的数据采集流程图。图12是本专利技术的动态线性补偿流程图。图13是本专利技术的静态非线性校正流程图。图14是通道1的动态非线性响应。图15是通道2的动态非线性响应。图16是通道1的校正结果，其中，曲线1为通道1动态非线性响应，曲线2为通道1的校正结果。图17是通道2的校正结果，其中，曲线1为通道2动态非线性响应，曲线2为通道2的校正结果。具体实施例方式下面结合附图和实例对本专利技术做详细说明。传感器的2路输出信号连到本专利技术系统的2个S/H的输入端，如图2所示。LF398N的第2脚上接24k电阻和1k电位器组成直流调零电路。第6脚与第7脚之间接1个1000pF的保持电容。第8脚为采样/保持控制信号端，应该直接与ADSP2189M的可编程输入、输出口PF0相连。但是，由于ADSP2189M的IO口高电平为3.3V，而LF398N的采样高电平为5V。为了使采样/保持器能够稳定正常工作，PF0要经过74FCT164245电平转换，将高电平由3.3V提升到5V，变成cPF0。由ADSP2189M控制采样/保持状态，高电平采样，低电平保持。2路S/H的输出端与MUX的输入端相连，如图3所示。CD4051BE是应用广泛的八选一多路选通芯片，在VDD、VSS和VEE分别接+5V、地和-5V时，允许输入信号的范围为-5V-+5V；多路信号的选通由A、B、C确定。本专利技术系统只用到2路，故只需要由A连接作为控制信号，B和C接地。A由PF2控制。由于CD4051逻辑高电平不低于3.5V，而ADSP2189M外接控制端口的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐科军，贾林，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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