采用数字气压传感器实现气压测量系统的设计和应用分析

【Word版本下载可任意编辑】采用数字气压传感器实现气压测量系统的设计和应用分析1、引言

气压测量在仪器仪表、医疗卫生、气压计、高度计等工业设备中有着广泛的应用。而选择速率快、高的传感器是实际工程应用的关键。结合课题组的研究任务，文中主要介绍一款高、高分辨率和低功耗的数字气压传感器SCP1000-D01。该器件可用于微型或者小型无人机制造气压计，易于操作，便于携带。

2、性能特点和引脚功能

SCP1000-D01是芬兰VTI公司的革命性产品。这款基于D-MEMS技术的压力传感器能在正常条件下到达亚米级别的分辨率和1m的，适合许多商用场合。

SCP1000-D01提供了高、高速、低功耗和超低功耗四种测量模式。用户可以根据需要自行选择测量方式。本系统设计应用于无人机上，对速度有相当高的要求，所以综合考虑选择了高速模式。通讯接口采用SPI接口。

对于气压传感器应用，重要的是高，这样才能够满足实际需求。SCP1000-D01的压力在-100Pa～+100Pa，约-8.5m～+8.5m，其温度为1℃～2℃。目前为止，这一在微型气压传感器中是的。

SCP1000-D01内置A/D转换电路，既便于用户开发设计，又减轻了设计系统的重量和电路的繁琐，符合当前传感器的使用要求。

高模式下测量时。分辨率为1.5Pa～6Pa，约0.1m～0.4m；在超低功耗模式下分辨率为2Pa～15Pa，约0.2m～1.3m。而其温度的分辨率为0.2℃～0.5℃。

SCP1000-D01采用了贴片式设计和ASIC封装，功耗相当小，其工作电压为2.4V～3.3V。电流仅为50μA，近乎于可以忽略不计。

SCP1000-D01为圆形构造，直径仅为6mm。高度仅为1.7mm。

SCP1000-D01共有16个引脚.其中I/O型引脚

7个，电源型引脚9个。其引脚构造和形状如图1所示，中间顶端的是传感器芯片头。I/O型（SPI接口）引脚功能如下表1所示。TRIG外部触发低功耗模式，具体操作是给该引脚一个下降沿信号，若不用，该引脚则接至DVSS。DRDY为输出中断信号，用以提示用户温度和压力值已经测量，可以读取。PD引脚为高电平可以使SCP1000-D01长时间保持低功耗模式。SCK、MOSI、MISO和CSB引脚组成了数据通讯线。

采用数字气压传感器实现气压测量系统的设计和应用研究

3、内部构造和工作原理

SCP1000-D01压力传感器包括一个压力传感头和特定用途集成电路。SCP1000-D01压力传感器内部包含A/D转换器以及存储气压和温度值的存放器，其内部构造如图2所示。

启动SCP1000-DO1之后首先要开展线性化和状态检测，然后选择测量模式。

3.1模式选择

如上所述，SCP1000-D01有四种测量模式，其中高、高速、超低功耗模式是以连续方式开展测量工作，而低功耗模式则是以触发方式工作的。也就是说启动低功耗模式测量时需要给TRIG一个上升沿信号或向存放器OPERATION写入0X0C：而高、高速、超低功耗模式的启动则是向OPER-ATION存放器分别写入0X0A、0X09、0X0B实现的。连续测量模式的时序如图3所示，触发测量模式下的时序如图4所示。

启动SCP1000-DO1之后首先要开展线性化和状态检测，然后选择测量模式。

3.1模式选择

如上所述，SCP1000-D01有四种测量模式，其中高、高速、超低功耗模式是以连续方式开展测量工作，而低功耗模式则是以触发方式工作的。也就是说启动低功耗模式测量时需要给TRIG一个上升沿信号或向存放器OPERATION写入0X0C：而高、高速、超低功耗模式的启动则是向OPER-ATION存放器分别写入0X0A、0X09、0X0B实现的。连续测量模式的时序如图3所示，触发测量模式下的时序如图4所示。

3.2数据读取

选择好测量模式后需将测量得到的数据读出来，以供使用。引脚DRDY有信号表示可以读取测量数据。

温度数据存储在TEMPOUT存放器中的［13：0］，其中第13位是符号位。将其二进制转换成相应的十进制，可利用以下公式得到温度值：

压力数据存储在DATARD8存放器的［2：0］和DATARD16存放器的［15：0］中。两个数据前后连接组成19位二进制数值。将其转换为十进制数，利用以下公式即可得到压力值。

3.3存放器地址描述

SCP1000-D01内部集成了多个存放器，可以存储相应的测量数据，比较重要存放器的地址如下表2所列。

4、典型应用

基于SCP1000-D01和AT89S51单片机设计的气压计系统电路原理图如图5所示。

在工程应用中，通过MAX232E实现单片机TTL电平与上位机RS232电平之间的转换，把气压信息传给上位机，具体电路如图6