MEMS熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、MEMS熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器因具有傳統(tǒng)風(fēng)檢測設(shè)備所不具備的低功耗、小型化、智能化等優(yōu)點，而被眾多研究人員所研究。為了使其能夠更廣泛的應(yīng)用于氣象檢測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活的各個方面，對于傳感器系統(tǒng)優(yōu)化的研究也在不斷的進行中。
　　在本論文中首先分析了實驗室對熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器溫漂現(xiàn)象現(xiàn)有的補償方法及其局限性，接著提出了一種基于軟件恒溫差控制的熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器系統(tǒng)，利用軟件模塊代替原有的惠斯通電橋來獲取溫差信息并利用單片機實現(xiàn)系統(tǒng)的恒

2、溫差控制，目的是消除在使用惠斯通電橋進行溫差信息采樣時，由于測溫元件溫度系數(shù)不同所造成的的溫漂現(xiàn)象，同時實現(xiàn)對加熱功率的準確控制。課題的主要內(nèi)容如下:(1)對恒溫差控制系統(tǒng)進行硬件電路和軟件模塊的設(shè)計，利用反饋控制改變流經(jīng)加熱元件的電流以改變加熱功率，使系統(tǒng)實現(xiàn)恒溫差控制;(2)對軟件算法中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行優(yōu)化設(shè)計與實驗驗證——分別對溫度采樣濾波算法和恒溫差控制核心算法進行了優(yōu)化設(shè)計，確定了定時采樣遞推平均濾波算法和PID恒溫差控制算法為

3、系統(tǒng)軟件算法的最終方案;(3)對優(yōu)化后的傳感器系統(tǒng)進行風(fēng)速風(fēng)向性能測試;(4)對系統(tǒng)的靜態(tài)溫漂特性進行測試并對存在的溫漂現(xiàn)象進行分析與實驗驗證，最終確認該系統(tǒng)溫漂來源較為單一，主要是來自于測溫元件溫度系數(shù)檢測誤差，因而易于進行溫漂補償，并依據(jù)分析結(jié)果對溫漂現(xiàn)象進行了補償。
　　系統(tǒng)測試結(jié)果顯示，基于軟件恒溫差控制的傳感器系統(tǒng)在溫差設(shè)為15℃的情況下，傳感器系統(tǒng)的風(fēng)速測量范圍為0m/s-19m/s，熱損失測量低風(fēng)速段靈敏度為4.5m