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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

在工业生产和日常生活中，我们应用MEMS传感器可以测量温度、湿度、气压、加速度、角速率等与物理生物相关的参数。在众多MEMS传感器中，MEMS压力传感器是应用最成熟的一类。由于不同的压力传感器工作原理不同，我们将其分为压阻式、电容式、谐振式、机械膜片、霍尔效应和压电压力传感器等。其中MEMS压阻式压力传感器最常用的工作原理之一是压阻效应，压阻式压力传器与其他传感器相比具有结构简单、功耗小、响应快、可靠性高等优点，所以压阻式压力传感器在商业市场上有着巨大的发展空间。但是温度对MEMS压阻式压力传感器的影响很大，温度的变化会对传感器的灵敏度和线性度产生影响，所以要通过温度补偿的方式对MEMS压阻式压力传感器进行优化，消除温度对压阻式压力传感器的影响。目前市面上大多都是利用神经网络对温度进行补偿，但是神经网络对样本的要求极高，当传感器特性发生变化后，此时基于原有样本的预测公式的误差就会非常大，所以本文提出了一种硬件补偿方式，即设计一恒温控制装置，通过控制温度恒定来消除温度对传感器的影响，而且当温度恒定时，传感器的特性变化也不会特别强烈，传感器的老化也会减慢。

国内外研究现状

MEMS 传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首个硅隔膜压力传感器和应变计为开端。硅压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器，其工艺成熟，尺寸较小，且性能优异，性价比较高。2010年12月，意法半导体公司采用创新的MEMS 制造技术开发出压阻式MEMS压力传感器LPS001WP。LPS001WP通过覆盖在气腔上的柔性硅薄膜检测压力变化。2009年3月举行的慕尼黑上海电子展上，爱普科斯公司推出了业界封装较小的用于测量大气压力的压阻式 MEMS传感器 T5000/ ABS1200 E，尺寸仅为117mm117mm0.9mm ,可用于便携式电子产品测量气压和海拔高度。美国 Kulite 传感器公司采用6H-SiC材料制作了压阻式压力传感器，可工作于600 ℃的高温，输入电压为5V。

一个理想的压阻式压力传感器除了考虑精度和稳定性，还需要考虑温度的影响，并对温漂、零点、迟滞性等误差进行补偿。针对IC制造工艺和器件的温度特性，压力传感器零点误差和灵敏度误差，我国厦门大学设计了一套实验室用的对压阻式压力传感器进行校准及DSP增益补偿系统。该系统DSP补偿部分主要利用MLX90308芯片对传感器的输出信号进行零点漂移、温度及灵敏度补偿，并利用LabVIEW软件对传感器采集到的信号进行数据演示和处理[8]。我国西北工业大学完成了基于MAX1457实现的一种多路硅压阻式压力传感器补偿系统。该芯片集成化的程度很高，可以用来补偿硅压阻式压力传感器的温度误差和非线性误差。调理后的综合误差低于0.1％。2002年国内天津大学曲宏伟等人通过在压力传感器芯片上集成低阻值的多晶硅电阻网络与温度传感器，较好地补偿传感器的零点温漂，然后借助传感器信号处理单元对灵敏度温度系数漂移实现补偿。齐齐哈尔大学针对硅压阻式压力传感器出现的温度漂移问题，提出了基于粒子群优化算法PSO的BP神经网络的温度补偿模型。通过对BP网络的权值和阈值寻优,克服了BP网络收敛速度慢，易陷入局部极值的缺陷,而且温度补偿的精度较高。东华大学信息科学与技术学院也同样提出了利用BP神经网络对压力传感器进行温度补偿，将压力传感器和温度传感器采集到的电压信号进行数据融合来达到削弱温度对传感器的干扰。

2. 研究的基本内容

由于温度对压阻式压力传感器的性能有影响，本文主要通过硬件设计来对传感器进行温度补偿。本文通过设计一个带恒温控制的气压传感器来实现传感器的硬件温度补偿。首先设计mems压力传感器的结构和尺寸，从而提高压力传感器的灵敏度；其次，确定mems传感器的制造工艺，对传感器进行工艺流程设计；确定完传感器结构、尺寸和工艺后找加工厂进行流片及封装得出实物；然后，设计恒温控制装置的硬件电路部分，通过外部加热片加热使传感器装置达到恒温的效果，同时设计恒温控制装置的软件部分，以stm32单片机为控制核心，利用ad7794进行模数转换，利用pid算法输出pwm波进行脉宽调制，将测得的温度转换成加热片的占空比来控制加热片的加热功率。通过pid算法对温度实现控制。最后进行数据测量与分析，实验平台主要包括恒温箱与福禄克标准压力仪器，通过串口将测量的数据传输到电脑保存，最后分析数据，得出传感器的测量性能。

系统原理图如图1所示：

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：

（1） 查阅参考文献，调研国内外相关的设计。

（2） 查阅书籍、文献学习单片机stm32。

4. 参考文献

[1]李科杰.新编传感器技术手册[m].北京:国防工业出版社,2002.

[2]童志义, 赵晓东. 国内外 mems 器件现状及发展趋势[j]. 电子工业专用设备, 2002,31(4):200-206.

[3]黄晓东, 王斌, 秦明, 等. 一种单片集成电容式压力传感器的设计、制造和测试[j]. 传感技术学报, 2008, 21(4):578-580.