用户故事

Zühlke采用基于模型的设计开发了高真空压力传感器

挑战

研制高精度测量高真空压力的数字传感器

解决方案

使用MathWorks工具和基于模型的设计为传感器建模、仿真和生成代码

结果

  • 延迟更改在数小时内实施
  • 高效、准确的代码生成
  • 缩短开发时间,降低项目风险

“使用MathWorks工具的基于模型的设计缩小了算法开发与目标硬件实现之间的差距。系统建模和生产实现在高抽象级别上融合,这使我们能够专注于重要的方面:高效、高质量产品的综合分析和设计。”

彼得•Wehrli Zuhlke
INFICON真空传感器。

用于半导体、数据存储硬件和视频显示器的高真空压力传感器要求传感器能够控制真空并在毫秒内检测系统故障。为了达到这一精度水平,工程师使用电容膜片压力计,这种传感器监测压力变化对薄陶瓷膜的影响。这些设备对温度极其敏感,在投入生产前需要进行复杂而漫长的校准。

Zühlke为INFICON开发电容膜片压力表压力计固件,INFICON是真空压力表的领先供应商。利用MathWorks工具和基于模型的设计,Zühlke快速设计和实现了温度补偿、信号线性度和信号分辨率的算法。

Zühlke的高级工程师Peter Wehrli说:“借助MathWorks工具,我们提供的系统完全满足了客户的需求和压力传感器的高质量要求。”。“这一结果强调了我们利用基于模型的设计的能力,即使对于不涉及复杂目标硬件或复杂设计的项目也是如此。”

挑战

通过测量附在膜金属涂层上的两个电极上的电容来量化传感器内膜形状的变化。最灵敏的压力传感器的全量程为100毫托,小于大气的万分之二,分辨率为3微托。

为了达到此分辨率,传感器固件需要将输入电容测量值转换为皮法拉量级。它还需要计算压力,同时补偿温度、环境压力和重力对膜的影响。

固件将在基于8051的模拟设备上实现®单片机。起初,该团队并不确定该微处理器的8位运算能力和时钟速度能否满足传感器的精度和响应时间要求。此外,虽然固件最终将使技术人员能够通过在软件中设置参数来校准传感器,Zühlke直到项目进入近三个月后才能够访问传感器硬件。

解决方案

利用MathWorks工具和基于模型的设计,Zühlke的工程师设计、优化和模拟了压力传感器的模型,然后生成了传感器固件的生产代码。

该团队在Simulink中设计并建模传感器系统,使用Stateflow实现校准过程的状态机,该过程通过万博1manbetxRS232接口控制™, 工程师们模拟并验证了他们的定点运算。

在模拟和调试模型后,团队使用Simulink Coder™和Embedded Coder自动生成了8051的定点C代码万博1manbetx®

Zuhlke向INFICON工程师交付了该系统的第一个版本,他们测试了固件并提供了真实世界的测量结果,包括实际压力读数和传感器输出。Zuhlke将这些数据整合到他们的Simulink模型中,并使用这些数据来调整参数和优化传感器的精度。万博1manbetx

INFICON将自动生成的代码整合到其电容式膜片压力计中,并在新的传感器生产线和备用微处理器中采用和重新使用了该模型。

结果

  • 延迟更改在数小时内实施.Wehrli说:“当我们快要完成这个项目时,我们的客户用一个具有全新接口的现成组件替换了一个定制的测量设备。”“通过使用MathWorks工具和基于模型的设计,我们只用了半天时间就实现了信号处理的变化,否则我们需要两周时间。”

  • 高效、准确的代码生成. “自动生成的代码效率很高,使我们能够满足规范的响应时间要求,”Wehrli说。“此外,我们发现的错误在模型中,而不是在生成的代码中,因此最终我们的客户看到的实现错误更少。”

  • 缩短开发时间,降低项目风险. “MathWorks工具和基于模型的设计使我们能够通过在模拟过程中而不是在生产过程中发现错误来降低风险,”Wehrli说。“我们大大缩短了开发时间,对系统有了更好的了解,并拥有直观且独立于用户的软件图形文档。”