TE/MEAS【精量】超聲波流量燃氣表16位數(shù)字輸出1-110kpa絕壓傳感器MS5540CM MS5540CM壓力傳感器說明： 美國TE/Measurement MS5540C壓力傳感器是貼片混合裝置，包括壓阻式壓力傳感器和一個ADC接口IC。這是一個微型版本的MS5534C晴雨表/測高儀模塊，提供從 壓力和溫度的16位數(shù)據(jù)字。 MS5540C壓力傳感器是一種低功耗，低電壓自動斷電裝置向下開關。一個3線接口用于與微控制器的所有通信。相比MS5534A的壓力范圍（測量到 10mBAR）已有所改善。MS5540C完全兼容MS5534C和MS5540以前的軟件版本。此外，MS5540C是從它的兼容壓力傳感器 MS54XX系列外形尺寸。相較于以前的版本，所有引腳的電子化的敏感程度已改善至4kV。該傳感器的膠防護在沒有任何額外的保障為100米防水手表水的 足夠保護。 MS5540CM特點： 1. 集成壓力傳感器 2. 小尺寸6.2 × 6.4毫米 3. 壓力范圍10-1100mbar（1Kpa-110kpa) 4. 分辨率0.1mar 5. 16位ADC 6. 6系數(shù)為存儲在軟件補償芯片 7. 3線串行接口 8. 1個系統(tǒng)時鐘線（32.768千赫） 9. 溫度范圍:-40～85℃ 10. 低電壓（2.2至3.6V） 11. 低功耗（待機電流：0.1uA） 12. 無鉛和RoHS兼容 13. 無需外部元件 14.類型：絕壓 輸出：16位數(shù)字輸出 量程：10-1100mbar（1Kpa-110kpa) MS5540CM特點： 低功耗 經(jīng)溫度補償和數(shù)字校正 無需外部元件 防水膠保護 壓力和溫度測量 電氣連接：表面貼裝 典型應用： 移動式高度計 氣壓計 氣象監(jiān)測系統(tǒng) 多功能運動表 潛水設備， 潛水手表， 移動式水深探測 --------------------------------------------------------------------------- 型號 輸出 量程 MS5637-30BA壓力傳感器 I2C 0～30 bar MS5837-30BA壓力傳感器 I2C 0～30 bar，-20℃～85℃ MS8607-02BA01溫度濕度壓力傳感器 I2C輸出 10-2000mBar；0-100％相對濕度 MS5535-30C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 0-30bar MS5525DSO數(shù)字壓力傳感器 24位數(shù)字輸出 1,2,5,15,30psi MS5803-30BA微型壓力傳感器 24位數(shù)字輸出 30bar MS5803-14BA微型壓力傳感器 24位數(shù)字輸出 0～14bar MS5803-05BA微型氣壓傳感器 24位數(shù)字輸出 0～5bar MS5806-02BA微型氣壓傳感器 24位數(shù)字輸出 10～2000mbar MS5637-02BA03氣壓傳感器 24位數(shù)字輸出 300～1200mbar MS5805-02BA01氣壓傳感器 24位數(shù)字輸出 300～1200mbar MS5803-02BA氣壓傳感器 24位數(shù)字輸出 10～1100mbar MS5611-01BA03氣壓傳感器 24位數(shù)字輸出 10～1200mbar MS5611-01BA01氣壓傳感器 24位數(shù)字輸出 10～1200mbar MS5607-02BA03壓力傳感器 24位數(shù)字輸出 10～1200mbar MS5605-02BA微型氣壓傳感器 24bit數(shù)字輸出 300～1100mbar MS4515DO壓力傳感器 14位數(shù)字SPI或I2C 協(xié)議 0-2, 4, 5, 10, 20, 30"H2O MS4525DO壓力傳感器 14位數(shù)字SPI或I2C 協(xié)議 0-1，5，15，30，50，150 psi MS5541C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 0-14 bar MS5607-B壓力傳感器 24位數(shù)字輸出 10～1200mbar MS5561C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 0.1 mbar分辨率 MS5536-60C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 0～60 mba MS5803-01BA壓力傳感器 24位數(shù)字輸出 10 ～ 1300mbar MS5541-30C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 0～30 bar MS5540C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 10 - 1100 mbar MS5536C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 -400 ~ 1000 mbar （MS5536CPJU) ；-1000 ~ 400 mbar (MS5536CNJU) MS5535C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 0～14bar MS5534C壓力傳感器 16位數(shù)字輸出 10～1100 mbar MS5701數(shù)字壓力傳感器 數(shù)字信號 MS5801數(shù)字壓力傳感器 數(shù)字信號 10 to 1300 mbar ------------------------------------------------------ MS5540CM/STM32F415RGT6/大氣壓力傳感器 1 .引言 大 氣壓作為環(huán)境測量中的重要參數(shù),其傳統(tǒng)的測量方法主要有水銀氣壓計、機械振筒式空盒氣壓計[1]。水銀氣壓計雖然測量準確度較高,但其體積龐大,不便于設備 的小型化;機械振筒式空盒氣壓計雖然體積較小,但其結構復雜、測量準確度較低。MS5540C大氣壓力芯片是一款采用MEMS技術將傳感元件和信號處理電路 集成于一體的絕壓傳感器,具有體積小、準確度高、功耗低等優(yōu)點。因此,本文設計了一種以MS5540C為壓力傳感器芯片的大氣壓測量系統(tǒng)。 2 .系統(tǒng)硬件結構設計 系統(tǒng)主要由微控制器（MCU）STM32F415RGT6、數(shù)字氣壓芯片MS5540C、TFT顯示屏、RS485通訊接口等四部分組成,硬件結構如圖1所示。 MS5540C 通過三線接口與外部微處理器相連接,外部微處理器利用串行接口讀得MS5540C的數(shù)據(jù),在微處理器內部通過軟件進行溫度補償后,得到補償后的壓力值通過 液晶屏顯示, 同時通過RS485串行接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的對外傳輸。其中單片機與壓力傳感器之間的通訊采用I/O口模擬SPI的通信方式進行。 2.1 數(shù)字壓力傳感器MS5540C MS5540CM壓是美國TE公司生產(chǎn)的一款包含有精密壓阻式壓力傳感器、電阻式溫度傳感器和ADC接口的絕壓傳感器[2],其供電電壓為 2.2～3.6V,壓力測量范圍為10～1100mbar壓力,分辨率為0.1mbar,是一種低功耗、低供電電壓、高準確度的傳感器。該傳感器不但能夠將壓力傳感器的非補償模擬輸出電壓轉換成16位的數(shù)字壓力值,同時能夠提供16位的數(shù)字溫度值作為對壓力值的補償,并通過三線串行接口實現(xiàn)與微處理器的通訊。 MS5540CM壓力傳感器是貼片混合裝置，包括壓阻式壓力傳感器和一個ADC接口IC。這是一個微型版本的MS5534C晴雨表/測高儀模塊，提供 從壓力和溫度的16位數(shù)據(jù)字。 MS5540C壓力傳感器是一種低功耗，低電壓自動斷電裝置向下開關。一個3線接口用于與微控制器的所有通信。相比MS5534A的壓力范圍（測量到 10mBAR）已有所改善。MS5540C完全兼容MS5534C和MS5540以前的軟件版本。 此外，MS5540C是從它的兼容壓力傳感器MS54XX系列外形尺寸。相較于以前的版本，所有引腳的電子化的敏感程度已改善至4kV。該傳感器的膠防護在沒有任何額外的保障為100米防水手表水的足夠保護。其實物與管腳排列如圖2所示,各引腳的功能如表1所列 由于MS5540C需要32.768KHz的時鐘作為單獨的時鐘輸入,因此在電路中設計了32.768KHz的有源晶振SG3030為其提供輸入源。 2.2 微控制器（MCU）STM32F415RGT6 微控制器（MCU）STM32F415RGT6是一款具有ARM Cortex M4微控制器內核、3.3V供電的低功耗單片機,其內部有5個16位的計數(shù)器/定時器、兩個全雙工UART、256字節(jié)內部RAM和 128字節(jié)特殊功能寄存器地址空間以及多個8位I/O端口[3]。其串行總線、硬件中斷以及微控制器內部的其它數(shù)字信號可以通過交叉開關控制寄存器配置在 不同的I/O端口引腳。在本文的設計中充分利用了其引腳靈活配置的特點,將C8051F060的P0.0、P0.1配置為UART0口,作為與TFT液晶 屏的通訊端口;將P0.2、P0.3配置為UART1口,作為與MAX485的通訊端口。 ARM微控制器-MCU STM32F415RGT6 說明：ARM微控制器-MCU ARM M4 1024 FLASH 168 Mhz 192kB SRAM 制造商: STMicroelectronics 產(chǎn)品種類: ARM微控制器 - MCU 安裝風格: SMD/SMT 封裝 : LQFP-64 內核: ARM Cortex M4 數(shù)據(jù)總線寬度: 32 bit 時鐘頻率: 168 MHz 程序存儲器大小: 1MB 數(shù)據(jù) RAM 大小: 192 kB ADC分辨率: 12 bit 工作電源電壓: 1.8 V to 3.6 V 工作溫度: + 85 C 處理器系列: ARM Cortex-M 封裝: Tray 商標: STMicroelectronics 數(shù)據(jù) Ram 類型: SRAM 接口類型: CAN, I2C, I2S, SPI, UART 小工作溫度: - 40 C ADC通道數(shù)量: 16 輸入/輸出端數(shù)量: 51 I/O 計時器/計數(shù)器數(shù)量: 10 Timer 程序存儲器類型: Flash 系列: STM32F4 單位重量: 342.700 mg 2.3 TFT液晶屏 TFT液晶屏是近幾年較 為流行的顯示終端,其具有色彩豐富、分辨率高等特點。在本文中選用朗睿LR043ARK液晶屏作為顯示器。該液晶屏自帶ARM處理器,的特點是可利用 其自帶的畫面編輯軟件進行位圖編輯并進行調用顯示,極大的提高了單片機的效率。而且該液晶屏支持RS232、485等多種通訊方式,大大節(jié)省了單片機的 I/O端口使用。同時,對于漢字的顯示,該屏預留自定義字庫空間,可支持多達10種的用戶自定義字庫、64K色的顯示。位圖顯示效果圖如圖3所示: 2.4 RS485接口 為了能夠使測試的數(shù)據(jù)對外傳輸,在設計中采用了485的通訊方式。通過單片機的交叉使能開關把P0.2、P0.3設置為UART1,然后再通過MAX485芯片實現(xiàn)TTL電平到485電平的轉換,同時為了達到阻抗匹配的目的,在AB之間并接1個120歐的電阻。 3 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)初始化、壓力讀取、液晶顯示、RS485通信等子程序。主程序以循環(huán)方式工作,完成壓力讀取、液晶顯示等子程序的調用;而RS485通訊則采用中斷的方式進行,當串口產(chǎn)生接收中斷時,才向外傳輸數(shù)值。 3.1 MS5540C初始化 MS5540C為數(shù)字化傳感器,單片機與其通訊時必須根據(jù)MS5540C的通信協(xié)議,發(fā)送相應的指令讀取傳感器中相應的壓力、溫度及校正參數(shù)值。單片機在每次對MS5540C內部的數(shù)據(jù)進行操作時,首先要對其進行初始化,其時序如圖4所示[4]。 由于在硬件設計中采用了I/O接口模擬SPI的通信方式,因此在軟件設計中采用將初始化命令字節(jié)(21位)定義一個數(shù)組,然后運用循環(huán)的方式將數(shù)組中的每一位傳輸給MS5540C。 MS5540C 中有4個16位存儲器WORD1～WORD4,它們存儲著MS5540C在壓力計算中所需的6個壓力和溫度補償系數(shù)C1～C6。微處理器首先要讀出 WORD1～WORD4,然后利用軟件移位的方式轉換為6個壓力和溫度補償系數(shù)C1～C6;其次,通過3總線接口讀取16位壓力數(shù)據(jù)D1和16位溫度數(shù)據(jù) D2,然后在微處理器內部通過軟件對其進行溫度補償,得到補償后的壓力值。軟件設計流程如圖5所示。 3.3 UART1中斷處理程序 數(shù)據(jù)的對外傳輸采用中斷的方式進行,首先將UART1設置為接收方式,當有接收數(shù)據(jù)時即刻產(chǎn)生串口中斷,然后判斷其接收數(shù)據(jù)是否為設定數(shù)據(jù)(假定為3),如果是則將數(shù)據(jù)對外傳輸,否則將返回主程序,UART1中斷軟件設計流程如圖6所示: 4 實驗測試 實驗測試采用將壓力測試系統(tǒng)整體放入密閉的透明實驗艙中,然后通過手動壓力泵抽取負壓或加壓的方式在(70-110)hPa范圍內用高準確度真空壓力表進行比對測試,其測試結果如表2所示: 由上表可以看出該系統(tǒng)的總體誤差≤±0.4%,符合設計預期。 5 。結束語 本方案利用數(shù)字氣壓芯片MS5540C和單片機STM32F415RGT6相結合,設計了一個大氣壓力測量系統(tǒng),具有結構簡單、體積小巧、功耗低、準確度高等優(yōu)點,具有較強的實際應用價值。