适用于SOC式微气压测试仪的基础研究

论文摘要

微气压传感器广泛应用于化工、航天、食品加工、半导体加工、电子封装以及科学研究等领域。随着MEMS（Micro Electro-Mechanical Systems）技术和IC（IntegratedCircuit）技术的飞速发展,把压力传感器及其信号处理电路集成在同一芯片上成为可能,并成为国内外的一个研究热点。 本文对单片集成化的微气压传感器进行了基础研究,用分立的集成芯片组建了一个SOC（System on a Chip）式微气压测试仪。该测试仪主要由微气压传感器、单片机以及显示器组成。本文设计的微气压传感器的制作工艺与集成电路工艺兼容,结构上主要包括加热电阻、敏感元件和测试电阻等三部分。其中,加热电阻采用恒功率的加热模式,敏感元件为基于IC工艺的集成温度传感器AD590。当气压在一定范围内变化时,加热电阻通过气体传递到AD590的热量将发生变化,从而引起敏感元件温度的改变,因而可以通过测量敏感元件的温度来测量气体的压力。考虑到系统的功能要求和低功耗原则,设计了以仪用放大器INA114为核心器件的信号处理电路,并用MSP430F135单片机控制整个测量过程,完成数据的A/D转换、测量结果的显示。为了实现计算机与测试仪的实时通讯,开发了基于LabVIEW语言的串口通信程序,以便更直观、实时地显示和分析测试数据。 本文采用分立集成芯片组建的微气压测试仪,实现了微气压的测试,为最终实现单片集成微气压传感器奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 微气压测试仪概述
• 1.2 SOC技术概述
• 1.3 SOC式微气压测试仪的国内外研究现状
• 1.4 研制SOC式微气压测试仪的现实意义与应用前景
• 1.5 本文开展的主要工作
• 2 SOC式微气压测试仪的系统结构设计
• 2.1 SOC式微气压测试仪的组成
• 2.2 系统研制方案设计
• 2.3 微气压传感器的研制
• 2.3.1 微气压传感器的工作原理
• 2.3.2 微气压传感器的结构设计
• 2.4 恒功率加热电路
• 2.4.1 补偿电阻网络
• 2.4.2 恒功率加热电路的设计
• 3 系统硬件设计
• 3.1 信号处理电路的设计
• 3.1.1 仪用放大器
• 3.1.2 信号处理电路的设计
• 3.2 单片机的选择
• 3.3 单片机硬件电路的设计
• 3.3.1 MSP430单片机的JTAG接口
• 3.3.2 MSP430的模数转换模块ADC12
• 3.3.3 串行通信电路
• 3.3.4 显示电路的设计
• 3.4 电源模块的设计
• 4 系统软件设计
• 4.1 系统初始化子程序
• 4.2 按键中断子程序
• 4.3 A/D转换子程序
• 4.4 显示子程序
• 4.5 串行通信子程序
• 4.5.1 下位机串行通信子程序
• 4.5.2 上位机串行通信子程序
• 5 测试结果与分析
• 5.1 实验装置
• 5.2 测试结果与分析
• 5.2.1 微气压测试仪的特性参数
• 5.2.2 微气压测试仪的影响因素分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 A
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书