基於SCP1000-D01的氣壓計的設計

　　1 引言

　　氣壓測量在儀器儀表、醫療衛生、氣壓計、高度計等工業設備中有著廣泛的應用。而選擇速率快、精度高的傳感器是實際工程應用的關鍵。結合課題組的研究任務，文中主要介紹一款高精度、高解析度和低功耗的數字氣壓傳感器SCP1000-D01。該器件可用於微型或者小型無人機製造氣壓計，易於操作，便於攜帶。

　　2 性能特點和引腳功能

　　SCP1000-D01是芬蘭VTI公司的革命性產品。這款基於D-MEMS技術的絕對壓力傳感器能在正常條件下達到亞米級別的解析度和1 m的精度，適合許多商用場合。

　　SCP1000-D01提供了高精度、高速、低功耗和超低功耗四種測量模式。用戶可以根據需要自行選擇測量方式。本系統設計應用於無人機上，對速度有相當高的要求，所以綜合考慮選擇了高速模式。通訊接口採用SPI接口。

　　對於氣壓傳感器應用，最重要的是精度高，這樣才能夠滿足實際需求。SCP1000-D01的絕對壓力精度在-100 Pa～+100 Pa，約-8.5 m～+8.5 m，其溫度精度為1℃～2℃。目前為止，這一精度在微型氣壓傳感器中是最高的。

　　SCP1000-D01內置A/D轉換電路，既便於用戶開發設計，又減輕了設計系統的重量和電路的繁瑣，符合當前傳感器的使用要求。

　　高精度模式下測量時。解析度為1.5 Pa～6 Pa,約0.1 m～0.4 m;在超低功耗模式下解析度為2 Pa～15 Pa，約0.2 m～1.3 m。而其溫度的解析度為0.2℃～0.5℃。

　　SCP1000-D01採用了貼片式設計和ASIC封裝，功耗相當小，其工作電壓為2.4 V～3.3 V。電流最大僅為50 μA，近乎於可以忽略不計。

　　SCP1000-D01為圓形結構，直徑僅為6 mm。高度僅為1.7 mm。

　　SCP1000-D01共有16個引腳.其中I/O型引腳

　　7個，電源型引腳9個。其引腳結構和形狀如圖1所示，中間頂端的是傳感器晶片頭。I/O型(SPI接口)引腳功能如表1所示。TRIG外部觸發低功耗模式,具體操作是給該引腳一個下降沿信號，若不用,該引腳則接至DVSS。DRDY為輸出中斷信號，用以提示用戶溫度和壓力值已經測量，可以讀取。PD引腳為高電平可以使SCP1000-D01長時間保持低功耗模式。SCK、MOSI、MISO和CSB引腳組成了數據通訊線。

　　

　　

　　3 內部結構和工作原理

　　SCP1000-D01壓力傳感器包括一個壓力傳感頭和特定用途集成電路。SCP1000-D01壓力傳感器內部包含A/D轉換器以及存儲氣壓和溫度值的寄存器，其內部結構如圖2所示。

　　

　　啟動SCP1000-DO1之後首先要進行線性化和狀態檢測，然後選擇測量模式。

　　3.1 模式選擇

　　如上所述，SCP1000-D01有四種測量模式，其中高精度、高速、超低功耗模式是以連續方式進行測量工作，而低功耗模式則是以觸發方式工作的。也就是說啟動低功耗模式測量時需要給TRIG一個上升沿信號或向寄存器OPERATION寫入0X0C：而高精度、高速、超低功耗模式的啟動則是向OPER-ATION寄存器分別寫入0X0A、0X09、0X0B實現的。連續測量模式的時序如圖3所示，觸發測量模式下的時序如圖4所示。

　　

　　啟動SCP1000-DO1之後首先要進行線性化和狀態檢測，然後選擇測量模式。

　　3.1 模式選擇

　　如上所述，SCP1000-D01有四種測量模式，其中高精度、高速、超低功耗模式是以連續方式進行測量工作，而低功耗模式則是以觸發方式工作的。也就是說啟動低功耗模式測量時需要給TRIG一個上升沿信號或向寄存器OPERATION寫入0X0C：而高精度、高速、超低功耗模式的啟動則是向OPER-ATION寄存器分別寫入0X0A、0X09、0X0B實現的。連續測量模式的時序如圖3所示，觸發測量模式下的時序如圖4所示。

　　3.2 數據讀取

　　選擇好測量模式後需將測量得到的數據讀出來，以供使用。引腳DRDY有信號表示可以讀取測量數據。

　　溫度數據存儲在TEMPOUT寄存器中的[13：0]，其中第13位是符號位。將其二進位轉換成相應的十進位，可利用以下公式得到溫度值：

　　

　　壓力數據存儲在DATARD8寄存器的[2：0]和DATARD16寄存器的[15：0]中。兩個數據前後連接組成19位二進位數值。將其轉換為十進位數，利用以下公式即可得到壓力值。

　　

　　3.3 寄存器地址描述

　　SCP1000-D01內部集成了多個寄存器，可以存儲相應的測量數據，比較重要寄存器的地址如表2所列。

　　

　　4 典型應用

　　基於SCP1000-D01和AT89S51單片機設計的氣壓計系統電路原理圖如圖5所示。

　　

　　在工程應用中，通過MAX232E實現單片機TTL電平與上位機RS232電平之間的轉換，把氣壓信息傳給上位機，具體電路如圖6所示。

　　

　　5 結束語

　　介紹了芬蘭VTI公司的氣壓傳感器SCP1000-D01的優點以及應用。SCP1000-D01以高精度、高解析度、高集成度、低功耗、小體積、小重量的性能，具有極高的科研價值和應用價值。