Zühlke开发基于模型设计的高真空压力传感器
挑战
解决方案
结果
- 在数小时内实现的延迟更改
- 生成高效、准确的代码
- 缩短开发时间，降低项目风险
“使用MathWorks工具进行基于模型的设计，缩小了算法开发和目标硬件实现之间的差距。系统建模和生产实现在一个高度抽象的层次上合并，这使我们能够专注于重要的东西:高效、高质量产品的综合分析和设计。”
Peter Wehrli, Zühlke
用于半导体、数据存储硬件和视频显示器制造的高真空压力传感器需要能够控制真空并在毫秒内检测系统故障的传感器。为了达到这种精度水平，工程师们使用电容膜片压力表压力计，传感器监测压力变化对陶瓷薄膜的影响。这些器件对温度极其敏感，在用于生产之前需要进行复杂而漫长的校准。
Zühlke为INFICON开发了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。使用MathWorks工具和基于模型的设计，Zühlke快速设计并实现了温度补偿、信号线性和信号分辨率的算法。
Zühlke的高级工程师Peter Wehrli说:“通过MathWorks工具，我们交付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，即使项目不涉及复杂的目标硬件或复杂的设计。”
挑战
传感器内部薄膜形状的变化可以通过测量附着在薄膜金属涂层上的两个电极的电容来量化。最灵敏的压力传感器的全量程为100毫托，小于万分之二大气压，分辨率为3微托。
为了实现这一分辨率，传感器固件需要在皮法拉量级上转换输入电容测量值。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。
该固件将在基于8051的模拟设备上实现®单片机。一开始，团队并不确定这款微处理器的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，但Zühlke直到项目进行近三个月后才能够访问传感器硬件。
解决方案
使用MathWorks工具和基于模型的设计，Zühlke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statflow实现校准过程的状态机，该过程通过RS232接口进行控制。使用定点设计器，工程师们模拟并验证了他们的定点算术计算。
在模拟和调试模型之后，团队使用Simulink Coder™和Embedded Coder自动生成8051的定点C代码®．
Zühlke为INFICON工程师提供了系统的第一个版本，他们测试了固件，并提供了实际的测量数据，包括实际的压力读数和传感器输出。Zühlke将这些数据整合到他们的Simulink模型中，并使用它来调整参数和优化传感器的精度。
INFICON将自动生成的代码集成到其电容膜片压力表压力计中，并将该模型用于新的传感器系列和替代微处理器。
结果
在数小时内实现的延迟更改．Wehrli说:“当我们几乎完成项目时，我们的客户用一个具有全新界面的现成组件替换了一个定制的测量设备。”“使用MathWorks工具和基于模型的设计，我们在半天内就实现了信号处理的变化，否则我们需要两周的时间。”
生成高效、准确的代码．“自动生成的代码是高效的，使我们能够满足规范的响应时间要求，”Wehrli说。“此外，我们发现的错误是在模型中，而不是在生成的代码中，所以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．Wehrli说:“MathWorks工具和基于模型的设计使我们能够在模拟过程中而不是在生产过程中发现错误，从而降低风险。”“我们大大缩短了开发时间，对系统有了更好的理解，并有了直观的、独立于用户的软件图形文档。”
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