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(多图) MPXM2010的压力测控系统及其精度改进发方法

21ic?? 2010年12月30日 ?? 收藏0

  引? 言

  Freescale公司生产的MPXM2010器件是一种硅压阻式压力传感器。MPXM20lO精度很高,输出电压与输人的压力具有良好的线性关系。这种传感器是一块单片集成电路,集成有压力应变仪及膜阻网络,并带有激光式微调模块进行温度补偿和偏移佼正微控制器68HC908QT4则是一款低端的8位微控制器,有4路8位的A/D转换通道和16位的PWM模块,可以用于A/D和D/A转换。

  将两种芯片结合到一起可组成一套实用的低成本压力测控系统。美中不足的是它的精度低了一些,如果将A/D位数提高则会使成本大大增加。通过硬件搭配和软件上的编程可以弥补这一缺点,即不增加硬件开销而且可以提高产品性能。 

  1? 压力传感器模块设计

  Freescale公司生产的MPXM2010器件是一种硅压阻式压力传感器,其内部原理如图l所示。MPXM2010精度很高,输出电压与输入的压力具有良好的线性关系。这种传感器是一块单片集成电路,集成有压力应变仪及膜阻网络,并带有激光式微调模块进行温度补偿和偏移校正。 

内部原理

  MPXM2010特点如下:

  •   压力测量范围为O~10 kPa,精度可达士O.01 kPa;
  •   在O~85℃之间具有温度补偿功能;
  •   输出信号与压力的线性关系良好;
  •   传感器接触面可选择是否带引出管口;

  有Tape&Reel的易用封装形式,具体样图如图2所示。

具体样图

  MPXM2010的输出信号比较弱,需要另加1片MOC2A60,将小信号放大,直流变为交流。这样就可以直接控制电机切断或是接通电源。在调试模块时,将各部分分离开来便于调试。运放采用MC33179,再配接一些电阻,就可以把压力传感器的信号输出,并且可以通过调节阻值来调节输出信号的大小。图3和图4是压力传感器模块设计的原理图和PCB板图。

压力传感器模块设计的原理图

压力传感器模块设计的PCB板图

  2? 压力测控系统设计及其精度改进

  2.1? 直联式压力测控系统

  通常情况下,使用68HC908QT4的A/D模块即可完成设计,只要把压力传感器模块的输出端接至68HC908QT4的A/D模块输入端即可。图5给出了压力测控系统的框图。

压力测控系统的框图

  ?微控制器68HC908QT4特点如下:

  ?◇4 KB Flash存储器、128 B的RAM存储器;

  ◇4路8位A/D转换器、16位PWM模块;

  ◇价格便宜,批量1000片以上每片的价格可降至1美元以下。

  MPXM2010测量范围为0~10 kPa,将其输出电压信号限制在0~5 V,则其精度为:

S=5 V/10 kPa="500" mV/kPa

  68HC908QT4的A/D为8位,电压限制5 V,则其精度为:

R=5 V/(20—1)bit≈19.61 mV/bit

  整个系统的压力精度为:

R/S=19.61/500 kPa/bit=0.039 22 kPa/bit

  如果要提高精度,将A/D升为10位,则精度为:

R/S=O.03 922X(28—1)/(210—1)kPa/bit=0.009 776 kPa/bit

  A/D升为12位后,精度为:

R/S=0.039 22×(28—1)/(212—1)kPa/bit=0.002 442 kPa/bit

  这样做确实可以提升精度,但要增加硬件的开销。利用68HC908QT4的PWM模块作为D/A转换器,可以巧妙地提高A/D变换的精度。


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