无线压力测量系统的设计与实现

　　1 引 言

　　随着科学技术的发展，气压的测量不仅在工业和科研等领域发挥着重要作用，而且也广泛应用到民用领域。但是，在一些环境恶劣的情况下，例如高温、高压、存在腐蚀性和放射性气体的情况下，测量极为不便， 而且传统的气压计无法进行远距离数据传输。 本文设计了一种无线压力测量系统 ， 采用无线方式传输数据， 可以实现压力的实时测量与显示， 在工业、 教育、 科研、 医疗等领域具有非常强的实用性。

　　2 系统设计方案

　　本系统由压力测量与发射系统、 数据接收处理系统两部分组成[1]。压力传感采用MPX5010 带温度补偿和放大的压力传感器， 无需外接温度补偿电路和放大电路，它可测量的压力范围为0～10 kPa。 压力传感器将压力值转换成0～5 V 的电压值输出到 A/D 转换电路 ，A/D 转换电路将模拟电压信号转换成数字信号送往单片机， 单片机作为控制中心， 在收到信号后， 控制编码电路PT2262 开始编码 ， 编码后由无线发射器T100S 发射所测量的高频压力信号。

　　R03S 是无线接收器 ， 它是与 T100S 配对的接收器。 它接收到发射系统送来的高频信号后经解调送 到 解 码 电 路PT2272， 如 果 接 收 到 的 信 号 与PT2272 解码电路的编码地址相同 ， PT2272 就对信号进行解码， 解码后的信号送往单片机， 单片机对信号进行处理， 通过运算还原成压力值， 并显示在LCD 上。

3 压力测量电路

　　压力测量电路如图2 所示。

　　压 力 测 量 采 用 了Freescale 公 司 生 产 的MPXV5010 压力传感器 ， MPXV5010 压力传感器是一种硅压阻式传感器， 具有体积小、 重量轻、 成本低、性能好、 易集成等优点， 同时为了克服普通硅压阻式传感器惠斯登电桥由于4 个桥臂电阻不完全匹配而引起测量误差、零点偏移较大、 不易调整等缺点， MPXV5100GC7U 压力传感器采用单个 X 型电阻元件， 而不是电桥结构， 其压敏电阻元件呈 X 型，因而称为X 型压力传感器[2]。

　　MPXV5010 内带信号调理电路 ， 直接将测量的压力信号转换成0～5 V 的电压信号 ， 由 4 脚输出 ，其模拟输出电压值正比于输入的压力值和电源偏置电压。 输出电压信号与压力之间的关系为：

　　4 A / D 转换器和微控制器电路

　　A/D 转换器是数据采集系统中的重要组成部分，其参数指标直接关系到系统的整体性能。本系统采用了自带模数转换电路的STC12C5A48S2 单片机 。STC12C5A48S2 单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T) 的单片机 ， 是高速 、 低功耗 、 超强抗干扰的新一代8051 单片机， 指令代码完全兼容传统8051， 但速度快 8～12 倍。 STC12C5A48S2 系列工作电压为5.5～3.5 V， 工作频率范围 0～35 Hz， 相当于普 通8051 的 0 ～420 MHz， 片 上 集 成 1 280 字 节RAM， 4 个 16 位定时器 ， 2 路 PWM 以及 8 路具有10 位采样精度的 A/D 转换， 转换速度可达 250 k/s，特别适合低功耗、 强干扰场合。单片机STC12C5A48S2 的 P1.7 口与压力传感器相连，用于接收测量的压力信号， P0 口的低四位接无线收发电路，用于控制数据的发送。 系统采用低功耗设计， 当检测到压力信号时， 单片机首先启动模数转换电路将测量的模拟压力信号装换成数字信号， 然后启动无线收发电路将数据发送出去; 当无压力信号时， 无线收发电路停止发送， 处于低功耗待机状态。 系统软件流程图如图 3 所示。