基于MPX4105芯片的数字气压计设计

　　在工业生产中，压力是常用的被控参数之一。气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或电压信号，然后经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。其中的核心元件就是气压传感器，它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。而采用单片机进行处理不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控气压的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

　　1 系统的整体构成

　　数字气压计的原理框图如图 1 所示。

　　测量时气压传感器用来将被测气压转换为模拟电压信号输出，经过 V/F 转换模块把气压传感器输出的模拟电压信号转换成具有一定频率的脉冲信号(其频率随输入电压呈线性变化)。通过单片机接收该脉冲信号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线性关系式计算出所对应的实际气压值，最后在单片机的控制下由数码管显示电路显示给用户。

　　该气压计能够在气压传感器的线性范围内准确测量相应气压值。测量值为绝对气压值。主要技术指标如下：

　　(1)测量范围：15~105kPa;

　　(2)测量精度：1.7%FS (20℃);

　　(3)显示精度：0.1%，由 5 位 7 段数码显示管实现;

　　(4)工作温度范围：0~85℃;

　　(5)电源电压：+15V。

　　2 系统的实现及元器件选择

　　2.1 气压传感器

　　为了简化电路，提高稳定性和抗干扰能力，要求使用具有温度补偿能力的气压传感器。综合考虑后，选用集成压力传感芯片 MPX4105 作为气压传感器，它可以产生与所加气压呈线性关系的高精度模拟输出电压。MPX4105 是美国摩托罗拉公司的 MPX 系列硅压力传感器，主要以气压测量为主，适用于医疗器械、气体压力控制等领域，可输出数字信号。

　　MPX4105 具有以下特点：供电范围：4085~5.35V，典型值为 5.1V;测量范围：15~105kPa;工作温度范围：0~85℃;温度补偿范围：-40~+125℃;测量精度为：±1.7%VFSS;最低 气压 对应 的输 出电压 VOFF为0.184~0.428V，典型值为 0.306V;最高气压对应的输出电压 VOFF为 4.804~4.988V，典型值为 4.896V;满刻度输出电压间距 VOFF的典型值为 4.590V;具备理想的微处理器接口。

　　2.2 电压/频率转换器

　　电压/频率转换电路由 V/F 器件实现，其作用是将输入电压的幅值转换成频率与输入电压幅值成正比的脉冲序列，其突出特点是能把模拟电压转换成抗干扰能力强、可远距离传送并能直接输入单片机接口的脉冲序列。通过测量 V/F 的输出频率，可实现 A/D 转换功能。选用美国 NS 公司生产的性价比较高的集成芯片 LM331, 它采用新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内和低到 4.0V 电源电压下都有极高的精度。