智能式传感器02资料.ppt

第12章 智能式传感器 * * 第12章 智能式传感器 2．数据处理算法 在智能式传感器中，软件的最主要功能是完成数据处理任务。数据的涵义是十分广泛的，智能式传感器的数据主要是指输人非电量。输出电量、误差量、特征表格等。数据处理的功能主要包括以下几个部分：①算术和逻辑运算调检索与分类；③非线性特性的校正修误差的自动校准及自诊断；⑤数字滤波等。其中算术与逻辑运算是微处理器最基本的功能，在微处理器手册中都有详细介绍，因此，本书只对后4种功能进行介绍。 * 第12章 智能式传感器 （1）检索与分类 在智能式传感器设计中，为了提高传感器的精度，常常需要将传感器在部分或全部量程范围内的输人、输出数据以表格的形式储存在ROM或EPROM中，这时就需要查表算法。检索与分类就是实现查表的算法。 所谓检索就是查明某一给定数据（常称为关键字）是否存在于表格之中，若存在，则进一步查明其具体位置。线性检索是一种最基本、最简单的检索方法，它是从表格的第一个单元开始，逐个取出表格存储单元的内容与关键字相比较，直到找到两者相同为止；或者当表格中不存在该关键字时，则一直查找到表格的末端才结束。 * 第12章 智能式传感器 线性检索的程序流程图如图12－4所示。该程序以BC寄存器记录表格单元的总数，以HL寄存器作表格地址指针。若检索成功屈u将找到元素的表地址送人HL，并将该元素的序号送人累加器A。若未找到与关键字内容相同的单元，则将标志FFH送人累加器。线性检索法的优点是程序简单并且对有序表和无序表均适用。缺点是检索比较次数太多，检索时间长。因此，线性检索一般适用于表格元素较少的情况。 * 第12章 智能式传感器 * 第12章 智能式传感器 （2）非线性特性的校正 许多传感器的输出信号与被测参数间存在明显的非线性，为提高智能式传感器的测量精度，必须对非线性特性进行校正，使之线性化。线性化的关键是找出校正函数，但有时校正函数很难求得，这时可用多项式函数进行拟合或分段线性化处理。 ①校正函数 假设传感器的输出为y，输入为x，y＝f（x）存在非线性，现计算下列函数 (12－1) * 第12章 智能式传感器 使R与x之间保持线性关系，函数g（y）便是校正函数。 例如，半导体二极管检波器的输出电压uo与被测输人电压ui成指数关系 （12－2） 式中a为常数。为了得到线性结果，微处理器必须对数字化后的输出电压进行一次对数运算：R＝lnuo∝ui，使R与ui间存在线性关系。 ②曲线拟合法校正 曲线拟合的理论表明：某些自变量x与因变量y之间的单值非线性关系，可以用自变量x的高次多项式来逼近，即 * 第12章 智能式传感器 （12－3） 其中a0，a1，a2，…，an是待求的拟合系数。通常用最小二乘法来求以上系数，也就是使残差平方和 为最小值，其中Δi为第i个实际数据与拟合曲线上相应值之间的残差，由此可得出曲线拟合的经验公式： * 第12章 智能式传感器 式中： 只要求解出上述由n＋1个方程构成的方程组，就可得到拟合多项式的系数a0，a1，a2，…，an。 （12－4） * 第12章 智能式传感器 ③分段线性化与线性插值 对于一个已知函数y＝f（x）的曲线，可按一定的要求将它分成若干小段，每个分段曲线用其端点连成的直线段来代替，这样就可在分段范围内用直线方程来代替曲线，从而简化计算。对每一个分段，如（xi，xi＋1），直线与实际曲线上的点只是在两个端点上是重合的；对于xi＋1＞x＞xi的一切点，它们的值都不是曲线上的真实值，而是根据下面的直线方程计算得到的，所以称这种方法为线性插值。 （12－5） 或简化为 （12－6） 其中ki＝（yi＋1－yi）/（xi＋1－xi）为第i段直线的斜率；（x0，y0），（x1，y1），…，（xn，yn）为曲线上各分段点的自变量和函数值。 * 第12章 智能式传感器 由式（12－6）可知，ki，xi，yi都是按函数特性预先确定的值，可作为已知常数存于微处理器的指定存储区。若要计算与某一输人X相对应的y值，须首先按工值检索其所属的区段，从常数表查得该区段的三个常数ki，xi，yi，从而可计算得式（12－6）所对应的输出y。 该方法是查表与计算的有效结合。这里，分段点的选取是