MPXM2010的压力测控系统及其精度改进发方法
摘 要：压力测控系统是嵌入式应用中常见的应用模块之一,被广泛地应用于现代工业的各种测控系统中。本文介绍基于Freescale公司生产的压力传感器MPxM2010、微控制器68HC908QT4等低成本器件设计的压力测控系统,并在硬件成本几乎不增加的情况下,通过搭配简单的模拟电路和软件上的编程,增加系统测量精度。文中对精度改进前后的系统做了数值计算上的比较,从具体数值上说明系统精度有明显的提高。文中介绍的方法还可应用于A／D转换的其他应用环境,对降低系统成本大有裨益。
关键词：68HC908QT4 MPxM2010硅压阻传感器 A／D转换精度提高
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。
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。
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。
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。
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：
