MPX系列硅压力传感器讲座_二_MPX2000系列压力传感器与.pdf

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1、第2期仪表技术与传感器架玲玲玲玲玲玲玲玲玲玲玲玲玲拼奋全 奋介*全奋奋全奋奋奋介介密渔全奋奋奋全奋全奋全奋全全介全MPX系歹I J硅压力传感器讲座(二)MPX2000系列压办传咸象与单片机的接口应用祝勉浙江电子技 术开发公 司杭州3 10 01 2介带 举举带带举举布举带举带布带带带今举带书布带举攀举带带举举布带者【摘要】本文介绍 了美国摩托罗拉 公司MPX20 o o来列压 力传感器与单片机 接口系统的基本线路、工作原理及软件。叙词:压 力传感器、单片机接口一、引言随着测量、控制和自动化技术的发展,传感技术日益受到 人们的重视,压力传感器这种将非电参量压力 转换 为电参量 电压的 器件亦得到

2、了广泛的 应用。许多 应用领域 不仅要求 传感器灵敏度高,工作稳定可靠,还希望传感器具有信号检测和信号处理等功能。在 当今单片机不断得到发展 和推声一应用的时代,解决压力传感器与单片机接口应用问题,是使传感器实现多功能化、摺能化的 有效途径。MPX Z。o系列压力传感器是美国摩 托罗拉公司l三产的半导体硅 压力传感器。其芯片将X型横 向压1;11式应变计与温度补偿和 校准电阻网络集成于一体,输 出 电压与 传感器所 受压力成正比。MC 68HC7 05B5是摩托罗拉 公司 生产的 单少机,又称微计算机、微控制器或 微处理器。它采用高密度eM0s(HeM()穷)技术 制造,具有功耗 低、执行速

3、度快等特 点。该芯片集成 了EPR OM、RAM、I/OI J、定时器、A/D转换器、S C I、LC D驱动器等多种部件。由于MPXZOO。系列压力 传 感器和MC6 8HC7 05 B5都具 有 集成度较 高的特点,因而 只需要较少的硬件即可完 成二者的接:l应用,成本较低.使用方便。(U4)分别提 供SV和SV基准电压。SV用于给单片-机(U。)和液 晶显 示 器(L C DI)供电,SV用 于给压力传感器(X IX二 R,)供电。二极管IN4002(D;)用于在输入电源电压极性万一翻转 时起保护作用。图l a的左上部分为本系统的模拟放大部分,主要由MPXZo0 0系列压力传感器(X D

4、C R:)和四运算放大器MC33274(U,、U,。、UI、一、U;,)、电阻RI一RI。及二 极管IN9 14(D,)构成。本部分的主 要作用是将传感器的mV级输出电压放大至4V左右输入至单片机的A/I)转换 器,完成传感器与单片机的接口功能。二极管(I):)用于在U!(的输出,如果超过5.6V时,对单 片机的A/D输人端起保护作用。图中T P,是测试点。图l a的 右上部分是欠压检测器MC34 o64F一5(UZ).用作单片机的复位控制器。在系统加电时,它使单片机复位。图la右一l.-部分是 引线跨接器JI一J7与单 片机的连接线路 图。本系统适用于MPx200。系列中不同压 力量程的器件

5、。在 系统组装时,应根据所选 用的压 力传感器 进行跨接器JI、J:、J.和J、(见图la上左)的j生接,详见表1。按表1所示方法连接后,在系统_E作时,软件即能使LC I)。显示不同量程的压力。表x引线跨 接器J.、.12、J3、.1。的接法二、系统简介图l a和图lb为系统线路图。图l a的左下部分是本系统的 电源部分。图中P、为十1 2V稳压电源输入端,其最 大值可为1 6V,最小值为10.7 5v,工作电流If为75m A。集成稳压器78Lo5(U:)和78 Lo8传传感器熨号号输入压 力力引线跨接器器k k k k kP岁夕夕p抓,J,J3 3 3J:J1 1 1MMM!XZOI()

6、O10 0 0,()1.5 5 5-乃,MMMI,X205O O OO50 0 0)一7.5 5 5K;只只MMMPX210()O10 0 0 0O15 5 5火火火K K K K KMMMPX2 2O()()200 0 0030 0 0K K K K KK K KK K KMMMPX2 70 0 0 0070 0 0 0010 0 0 0火火K K K K K K K注:l夕3.压力单位.压力单位千帕磅/英寸“引线跨接器插入IP,i”6.894 7 3kPa引线跨接器拔出。4 2仪表技术与传感器1994年+12V十12INP1GND+I N N NO O O U丁丁MMMC340 64P一5

7、 5 57 7 7 8L0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5】NOUT T T T T T T T T T T T T.7 7 78LO名名名名名名名名名名名名名名名.】NOU T T T T T T T口口口图l。J;J,是在 利用软件对系统的测量精度进行校准时使用的。改变J;一J,的接法,可使系统精度调到最佳效果。图lb是单片机MC68H C705B5(U;)和液品显示 器(LCD;)的连接图。LC D、由U。的A、B、CJ驱动,系统 软件提供驭动LCD.所需的交流波形。图中4.0 0MH:品体振 荡器(Y,

8、)用于对单片机提供时钟及稳定的计时功能。三、工作原理本系统 利用运算放大器将压力 传感器输出的微小电压信号放大至与单片机内部的A/D转换器相容的电平,使传感器与单 片机接口匹配。系统软件对传感器的零位输出和压力量程进行计 算和校准,并系统线路图将f专感器的输入压 力显示在液品显示器上。由图la左上部分的放大器线路可知,当传感器受到的压力为零时,其2、4初之问的输出电压近似于。v。此时,2脚和4脚的对地 电压 约为传感器工作电j于受的l/2.即4V,U!、的7脚和UI B的l脚电压亦为4vU、和U;)将电平转 移为要求的零位输出电压,约为。.7v,输出至单 片机的P以)端。在传感器受 到满吸程压

9、力 时,放大器末级输出电压约 为4.7v。按照图飞。所示的元 件值,放大器输出电压的摆幅 为4V,满足 了单片机的A/D转换器对输入信号的要求。MPXZo o。系列 压力传感器的灵敏度高,特性的一致性好。但山于放大器中电阻的误差,会使放大器输出电压 的摆幅存在 一定的误 差。调整引线跨接器第2期仪表技术与传感器4 3闷一内芝回辞码豁写ql回q U U U U U一一一仁二 一-雄雄:台台台台台台月月月月月月一00汽卜卜以以以以以以一l l l盯盯盯盯二。l l l l l l l l l l l国釜.盯盯盯盯l口.六乙l l l!国。至灭I I I。l l l阁阁!一誉酬酬”IN口 。易易1

10、1 1 1 1”!月月”;1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1二几几l l l l l习习叫叫一山山J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J.习习习.制制!口认认 卜。戮戮刃刃刃露露(二二二 。茁“翅至立犷犷阂阂阂阂阂翻翻翻翻翻困困困困困冷冷冷冷冷日日日忿忿忿忿四四四四四四圈圈圈圈圈阁阁阁阁阁回回回回回厦厦厦厦厦面面面面面二二二二二二二二二二二二二 三三三三三三三三三三三三三何何何何何万万万万万万万万万万“E E E E E E

11、 E E E E E盔盔盔盔盔盔盔盔 “猛猛猛猛猛猛!卜卜卜卜卜 巴巴万万万万万万万l l l l l l l l l l l l l l lr r r万万万万洁洁:洁。洁”,口O 曰J;一J7的接法,可对此进 行补偿,具体接法详见表2。改变接法,使程序中用于测定传感器和 放大 器输 出幅度的常数发生改变,由此可改善系统的精度。为对系统进行验证,可用一精确的压力计,对显 示器的读数进行比较。此时J一J7应 处于常规常数接法,即全部插入或全部拔出。每当 系统接通电源时,液 晶显示器持 续显示CAL约5、。此时,传感器的压力接日和真空接l:I均通向大气。单片机对传感器的零位输出进行计算,并存储在R

12、AM中。如果系统加电时,引线跨接器J.、4 4仪表技术与传感器1994年J、上末按表1的要求连续,显示器则显小S E。各跨接器的连接状态均 山软件读出,测 定系统安装的传感器的 歇程,并对 测 量单位进行计算。表2引线跨接器J:一J。的接法竺土生_兰_卜(:!)-吵韶二IR一 11贬二夕U口,了,k P l门日曰曰曰日。洲口门口乃日。朋甲门曰目司目曰曰决一门洲曰ul贬夕只价n曰曰U晶乙口日日p门U臀硼X 风 二R.常数增 大约5努一常数叭约6%一万一万一丁.,11;.1.!卜卜厂|l!|!1!;l卜一一一一一味,一-一一一州常数增大约7%常规常数图2印利 线路板 元件布局 图:引线跨接器插入火:引线跨接器拔出四、软件本系统软 件采川C语言编辑,山)L个模块构f j ki亥软件的功 能是使 系统能进行校准,并使显小器,连,J;输入传感器的JjJ,单位为磅/诞、公(l,s;)。!划3为卞系统软f牛 的流 程 卜。开始定时器中断访间定时器寄存器为下一次中断设定计 数器访问液晶显 示器初始化显示器1/()口初始 化定时器寄存器测定 传感器型号允许中断二二二二 二工一一一计算 常数返回100次八/D转 换输人压 力为十进制/段救据送到结 果箱出级 冲器图3软件流程 图(收稿日期:19 9 3年LI月抢日)(编辑:刘凯)