带恒温控制功能的气压传感器设计与研究

带恒温控制功能的气压传感器设计与研究(论文18000字)
摘要：随着MEMS技术的提高，市场对传感器提出了越来越高的要求。而温度对传感器精度影响严重，为了能够消除温度在传感器应用中的影响，本文设计了一种带恒温控制功能的气压传感器。首先确定压阻式压力传感器的尺寸和材料特性参数完成传感器设计，然后按工艺流程对传感器进行加工和封装，最后对传感器基本参数信息进行测量分析。本设计以STM32为控制核心，采用AD7794对信号进行采集，加入温度检测模块对温度实时监测，利用PID算法达到温度控制并通过加热片来使整个系统处于恒温状态，最终将所得结果显示在TFT-LCD显示屏上。实验表明：在系统达到50℃恒定温度时，环境温度对传感器的灵敏度基本没有影响，输出电压与气压成线性关系，表现出了良好的性能。
关键词：MEMS压阻式压力传感器；芯片制作；STM32单片机；PID算法；恒温控制

Pressure sensor with thermostatic control function based on PID algorithm
Abstract：With the improvement of MEMS technology, the market demands more and more sensors. Because the temperature has a serious impact on the accuracy of the sensor, a kind of piezoresistive pressure sensor with constant temperature control function is designed in order to eliminate the influence of temperature on the sensor application. Firstly, the size of the piezoresistive pressure sensor and the material characteristic parameters are determined, and then the sensor chip is manufactured and packaged according to the process flow. Finally, the basic parameter information of the sensor is measured and analyzed. This design takes STM32 as the control core, uses the AD7794 to collect the signal, joins the temperature detection module to monitor the temperature in real time, uses the PID algorithm to control the temperature and makes the whole system in the constant temperature state through the heating piece, and finally shows the results on the TFT-LCD display screen. The experimental results show that the sensitivity of the sensor is basically unchanged when the system reaches a constant temperature of 50°C, and the output voltage is linearly related to the air pressure, showing a good performance.
Key words：Piezoresistive pressure sensor；chip manufacturing；STM32 micro controler ；PID algorithm; constant temperature control
 

目 录
1 绪论    1
1.1传感器与MEMS技术    1
1.2国内外发展状况    3
1.2.1压力传感器发展历史    3
1.2.2 MEMS压力传感器发展现状    3
1.3本课题的设计任务及内容安排    4
2 恒温控制气压传感器总体设计    5
2.1压阻式压力传感器设计与制作    5
2.1.1压阻式传感器工作原理和性能指标    5
2.1.2压阻式压力传感器的结构设计    7
2.1.3压阻式压力传感器芯片制作    8
2.2恒温控制装置设计    10
2.2.1压阻式压力传感器的温度特性    10
2.2.2 PID恒温控制    11
2.3本章小结    13
3 恒温控制气压传感器硬件设计    13
3.1硬件系统总体设计    13
3.2电源管理模块设计    13
3.3压力传感器驱动电路设计    14
3.4模数转换电路设计    15
3.5 STM32F407最小系统与下载模式设计    15
3.5.1 STM32F407最小系统设计    15
3.5.2 STM32F407下载模式设计    16
3.6测温模块设计    17
3.7显示电路设计    17
3.8 PCB布局设计    18
3.9本章小结    19
4 恒温控制气压传感器软件设计    19
4.1单片机整体流程设计    19
4.2 STM32开发环境介绍    20
4.3 STM32内部模块软件设计    20
4.3.1 A/D数据采集子程序    20
4.3.2 PID调节子程序    23
4.3.3显示子程序    24
4.4本章小结    25
5 实验测试结果及数据分析    25
5.1恒温系统测试    26
5.2压力传感器数据标定    27
5.3本章小结    30
6 总结与展望    30
6.1总结    30
6.2展望    30
参考文献    31
致 谢    33