MPX2100DP在阻断压测定仪中的开发应用

　　口腔阻断压(P0.1)是指在平静呼吸时,吸气0.1s时的口腔吸气压,它与呼吸驱动、低氧反应、高二氧化碳反应密切相关[1,2]。阻断压P0.1的测定是肺功能和呼吸系统疾病诊断的主要指标,但目前测定仪器多为进口多功能成套设备,价格昂贵,难以普及应用,为此,我们开发了一种便携式口腔阻断压测定仪,可用于医院、诊所、社区医疗站、医疗保健站等。

　　1　测试原理

　　MPX2100DP是MOTROLA公司生产的一种带温度补偿和校正电路的压阻式压力传感器。它可将压力转换成毫伏级的差模电压信号,其输出电压与所加压差具有精确的线性关系。

　　压阻式压力传感器是在单晶硅片上采用扩散工艺制成4个等值电阻的应变元件构成的惠斯登电桥,当无压差作用时,4个桥臂电阻值均为R,当有压差作用时,4个桥臂电阻值均变化ΔR,一对桥臂电阻值增大ΔR,另一对桥臂电阻值减小ΔR,电阻变化量ΔR与压力差P成正比,即ΔR=KP,则电桥输出电压U0与压差P成正比,即U0=Vs(ΔR/R)=KVsP/R[3,4],其中Vs为供桥电压,K为压阻变化比例系数。图1为MPX2100DP系列压力传感器在Vs=10Vdc,TA=25℃,P1>P2条件下的输出特性,其中P1和P2为传感器的2个气压接口,其输出电压与两个气压接口的压力差成正比并具有良好的线性,因采用片内温度补偿和校正电路,温度变化对满量程输出及零压输出影响很小[3]。表1为MPX2100DP系列压力传感器的主要特性指标[3]。

　　为测定吸气0.1 s时的口腔吸气压,即阻断压,将P1口与大气相通,将P2口与口腔吸气管相联,吸气时P1口与P2口之间产生压差,电阻电桥失衡输出差模电压。MPX2100DP有4个引脚,1脚接地,3脚接工作电压,2、4脚之间输出差模电压信号,图2为压力传感器MPX2100DP工作与放大电路。传感器输出的差动电压信号分别输入到两个运放U1、U2的同相输入端,可获得高输入阻抗;两运放输出到单位增益差动放大器U3,可获得较高的共模抑制比;RP1用于调节放大电路的增益,并完成满量程压力时的标定,RP2分压电路用来调零。

　　2　测试系统的组成

　　为测定吸气0.1秒时的口腔吸气压,记录瞬态压力值,我们以单片机89C52为核心开发了基于MPX2100DP的口腔阻断压测定仪。图3为阻断压单片机测试系统组成原理框图。经放大处理的压力信号需进行模数转换,因需要采集瞬态数据,对A/D转换速度有较高要求,系统采用了12位逐次比较式转换器AD574A,它具有较快的转换速度,转换速度为25μs,片内有三态输出缓冲器,易于与单片机接口连接[5];0.1 s定时通过89C52内部定时计数器工作在中断方式完成,当阻断压测定仪工作在启动测量方式时,从零压开始读取的三组A/D转换值为连续递增的数据时,开始启动定时器,0.1 s时间到,则在中断服务程序中读取并存储A/D转换值,即对应的阻断压;为保证测试数据掉电后不丢失,片外扩展了非易失性RAM24256;系统具有与PC机串行通讯功能,接口芯片MAX232实现TTL电平与RS232C接口转换,该系统可联机工作也可脱机独立运行。为保证系统运行可靠,由MAX813L组成了复位电路和“看门狗”电路。