MEMS传感器数据采集器研究范文

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在本次研究中，主要通过硬件设计与软件设计对mems传感器进行分析。

1硬件设计

1）硬件电路总体结构。根据石油勘探的需求，结合MEMS传感器工作原理与特点，数据采集器主要采用低噪声运放OPA4228设计高信噪比的模拟放大电路，并依靠24位高分辨率的A/D芯片接入DSP。在DSP系统中，根据数字信号处理方式，以信号频域、时域特性为基础，通过提取弱信号来提高信噪比[1]。2）MEMS加速传感器。本次研究中，MEMS加速传感器以硅为基础，属于差动电容式传感器。差动式电容的中间电极由加速传感器质量模块构成，电容器中间电极面积就是质量模块面积。两边电极与质量模块分别形成2个电容器。在传感器运行过程中，当发现在Y方向（不确定的某一方向）出现加速度时，质量模块就会向该方向的反方向偏离，导致电容出现相对变化，电容相对变化的大小，即为加速度的实际值。现阶段，常见的MEMS加速传感器为三臂梁结构的加速传感器，该结构的特点是：质量模块不是方形结构，而是一种正六边形结构，臂梁与硅片主晶之间不全部平行。该结构的优点是灵敏度高、抗干扰能力强。MEMS加速传感器的主要技术指标为灵敏度与固有频率，其中，灵敏度Y的计算公式。

2软件设计

石油勘探MEMS传感器数据采集器的软件系统，包括DSP程序模块系统、ARM程序模块设计等，本以此为基础，对石油勘探MEMS传感数据采集系统的团建系统设计内容进行分析。1）DSP程序设计。DSP程序需要完成A/D转换驱动、数字滤波与信号识别等多方面内容。本文简单统计常规条件下DSP程序运行流程图，具体数据见图1。《仪表技术和传感器》指出[3]，5509是DSP程序中支持eXpress-DSPTM的关键，同时，5509所使用的唯一内存映射（代表程序空间与数据空间所共处的空间）。同时，在DSP设计过程中，要保证每个DARAM模块都能在特定时间内完成固定访问（一般情况下为2次/周）。2）数据信号处理程序。为保证石油勘探MEMS传感器数据采集器能有效收集、处理相关数据，必须要对数字信号处理程序进行优化。其中，CAN通信模块是整个数据信号处理程序的核心，本文通过CAN通信模块设计对数据信号处理程序进行讨论。现阶段，CAN控制器主要存在两种工作模式，分别为增强模式与基本模式，两种模式均遵照CAN协议，进行错误数据处理、数据编码等工序。CAN基本模式发送、接收等缓冲器长度为10字符，并且支持一种帧格式，一帧信息通常为2~10字节，前两位字符由远程请求、描述符等组成。描述符之后就是数据场，由1~8字符组成，负责分析、记录相关数据。CAN增强模式支持扩展帧与标准帧，报文标示符为29位。通常情况下，CAN控制器为提升错误数据处理能力，会相应的增加部分特殊功能寄存设备，如出错码捕捉寄存器、仲裁捕捉寄存器等。3）APM程序设计。APM程序设计的重点PS485通信程序设计。目前，RS485通信主要为半双工通信。由于在采样过程中对信号采集速度提出较高要求，同时，现阶段RS485通信串行输出波特率为115200，经过相关转换器处理后，可直接将数据传递给上位机软件，而上位机软件，能根据数据具体情况，进行参数设置、显示信号波形、储存数据等处理[4]。

3结束语

石油勘探、生产一直是国民经济生产中的重点，其勘探、生产能力对社会产生重要影响。同时，MEMS石油勘探技术具有较高的发展空间，通过地震波纹，分析、记录特定区域内的地下状态，为石油勘探、开采提供具有参考价值的数据。本文简单分析了石油勘探MEMS传感器数据采集器的研究内容，并从硬件设计、软件设计两方面讨论数据采集器的设计流程，从相关资料的应用效果来看，本文设计具有合理性，可以在实际勘探中做进一步推广。

作者：柴小飞 蓝永宗 单位：杭州丰禾石油科技有限公司