基于单片机的智能微型五维力/力矩传感器的研究

2006-05-07 15:49:31来源: 电子技术应用

    为了保证微处理器AT89C52的正常工作,我们使用了MAXIM公司生产的MAX708来实现整个系统的硬件监控。MAX708有以下几个主要功能:实现AT89C52的上电自动复位和手动复位;芯片内部集成有独立的“看门狗”电路,这可以保证系统的可靠运行;内部有电源电压监视电路,可以用来实现系统的掉电保护。

    数据采集系统和RS422串行通讯系统的电路原理框图如图1所示。

    为了提高数据采集系统的精度,在电路板的设计中,将模拟地与数字地分开,在主要芯片的电源端就近地放置滤波电容,这些措施取得了很好的效果。

3 基于单片机AT89C52的微型五维力/力矩传感器的软件设计

    系统软件采用模块化的设计方法,共分为四个模块:系统初始化模块、数据采集模块、数据处理模块和串行通讯模块。主程序流程图如图2所示。

3.1 系统初始化模块

    系统初始化模块包括串行通讯接口波特率、奇偶校验、数据位个数等的初始化,A/D转换器MAX197的初始化,MAX491接收、发送使能的初始化。

3.2 数据采集模块

    在系统初始化完成以后,等待上位机的开始工作命令,接收到开始命令以后,单片机系统开始数据采集,采集到的结果放入AT89C52的内部RAM中,系统进入数据处理模块。需要说明的是,对A/D转换结果的读取是通过中断方式来进行的,提高了系统的响应速度和微处理器的利用效率。

3.3 数据处理模块

    数据处理模块的组成框图如图3所示。

    我们用采集到的五路力传感器输出电压减去同时采集到的2.5V参考电压,实现了对参考电压的实时补偿,然后通过低通数字滤波进一步提高对噪声的抑制能力,得到的数据根据当时的温度情况进行补偿。传感器的温度特性表离线测量后存储在AT89C52的Flash存储器中,查表后经过线性插值得到温度修正值,经过修正以后的测量值乘以标定矩阵得到五维力和力矩。标定矩阵是由离线的静态标定所得到的,也保存在AT89C52的Flash存储器中。

3.4 串行通讯模块

    由数据处理模块得到的五维力数据通过串行通讯传输给上位机。为了实现数据可靠准确的传输,我们采取了以下措施:对每个数据进行奇偶校验;对每组数据进行累加和校验。实验表明,这些协议的采用取得了很好的效果。

    为了进行整个系统的实验,我们在PC机上利用可视化编程语言VC++的串行通讯控件编制了数据采集和串行通讯软件。

    实验表明,该系统具有较好的精度和很强的可靠性,实现了设计要求。今后,在改进多指手指尖力传感器弹性体结构的基础上,我们将从硬件和软件两个方面进一步提高测量系统的动态响应,使之更好地满足实际使用要求。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200605/1327.html
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