压力传感器工作原理.docx

压力传感器工作原理电阻应变式压力传感器工作原理细解2020-10-1415:37元器件交易网字号：中心议题：电阻应变式压力传感器工作原理微压力传感器接口电路设计微压力传感器接口系统的软件设计微压力传感器接口电路测试与结果分析解决方案：电桥放大电路设计AD7715接口电路设计单片机接口电路设计本文采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输出的模拟变量，然后用INA118放大器将此信号放大，用7715A/D进行模数转换，将转换完成的数字量经单片机处理，最后由LCD将其显示，采用LM334做的精细5V恒流源为电桥电路供电，完成了微压力传感器接口电路设计，既能保证检测的实时性，也能提高测量精度。微压力传感器信号是控制器的前端，它在测试或控制系统中处于首位，对微压力传感器获取的信号能否进行准确地提取、处理是衡量一个系统可靠性的关键因素。后续接口电路主要指信号调节和转换电路，即能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。由于用集成电路工艺制造出的压力传感器往往存在：零点输出和零点温漂，灵敏度温漂，输出信号非线性，输出信号幅值低或不标准化等问题。本文的研究工作，主要集中在下面几个方面：(1)介绍微压力传感器接口电路总体方案设计、系统的组成和工作原理。(2)系统的硬件设计，介绍主要硬件的选型及接口电路，包括A/D转换电路、单片机接口电路、1602显示电路。(3)对系统采用的软件设计进行研究，并扼要阐述主要流程图，包括主程序、A/D转换程序、1602显示程序。1电阻应变式压力传感器工作原理电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件遭到压力作用时，将产生应变，粘贴在外表的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4个电阻应变片根据桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就能够通过测量共模电压得到压力值。当有压力时各桥臂的电阻状态都将改变，电桥的电压输出会有变化。式中：Uo为输出电压，Ui为输入电压。当输入电压一定且Ri护，且可通过外置不同大小的电阻实现不同的增益从1到1000，因此应用范围13)很广。图2电桥放大电路通过在脚1和脚8之间外接一电阻Rg来实现不同的增益，该增益可从1到1000不等。电阻Rg为式中G为增益。由于Rg的稳定性和温度漂移对增益有影响，因而，在需要获得高精度增益的应用中对Rg的要求也比拟高，应采用高精度、低噪声的金属膜电阻。此外，高增益的电路设计中的Rg值较小，如G=100时的Rg值为1.02kQ;G=1000时的Rg值为50.5Q。2.2AD7715接口电路为了实现对微压力的实时测量，使用16位的AD7715对输出电压进行采样测量，其中AD780提供2.5V高精度基准电压。P3.1脚提供了AD工作所需的时钟，P1.4和P1.5脚接收和发送通讯数据，P1.6是片选信号，P1.7接DRDY,AT89S52能够通过查询P1.7的状态来判定能否能够读取AD转换结果。A/D接口电路如图3所示。图3A/D转换电路2.3单片机接口电路AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚构造。本设计使用的复位电路是由22卩F的电容，1kQ的电阻及IN4148二极管组成。在知足单片机可靠复位的前提下，该复位电路的优点在于降低复位引脚的对地阻抗，能够显着加强单片机复位电路的抗干扰能力。二极管能够实现快速释放电容电量的功能，知足短时间复位的要求。本设计的单片机连接电路如图4所示，输入信号为经7715A/D转换的模拟电压，单片机进行计算处理后输入到LCD1602液晶显示，显示出相应的压力值。riI；ipFLJPl21C4Z1F13.II.OOOMHZ1Pi641PL35C3&7SCLK5CKDHQXINDVDDMCLKwtDINDCVTRKETE>RDYAVDD1GNDAkHf*)Rtfnt-)Au*)Rtfirt*)V4HOGMD+VmMCTEMPYomTEJMDGMDDVt5L一!isC30.01uF14PL4135T571710IDOL*687图4单片机连接电路3系统的软件设计3.1主程序流程图在系统加电后，主程序首先完成系统初始化，其中包括A/D、串行口、中断等工作状态的设定，给系统变量赋初值，显示上次设定值等。执行相应的功能子程序。当启动键按下后，根据设定值、校正等参数计算对应输出的数字量，如图5所示。CHDXTALlF)TflliPJ“匝FJjiTlPH/TOPJM￥TTpjiirnPi3-MC：円2Fl1/T2TX閃W3KT；1'：TIHTCpfCAIH°T