基于LM331和单片机的压力数据采集

　　l 引言

　　A/D转换器广泛应用于单片机控制数据采集的模拟信号转换。而对于长距离数据传输，高精确度应用，使用一般A/D转换器则存在诸多缺点，可使用V/F转换器代替A/D转换器。V/F转换器与单片机的接口只需一个I/O端口，输入频率信号，且接口简单，占用硬件资源少。以单片机和V/F转换器为核心的数据采集系统，能够实时测量由传感器检测的压力，并满足系统测量精度要求。

　　2 系统基本原理结构

　　压力传感器将被测压力转换为电压信号，通过V/F转换器把传感器输出的电压信号转换成相对应的频率信号，采用光电耦合器将频率信号传输到单片机，利用单片机内部的定时/计数器测量信号频率，采用单片机强运算功能，根据电压与频率的线性关系计算压力值。图1为系统结构图。

　　3 系统硬件设计

　　3.1 压力传感器MPXV50014G模块

　　集成硅压力传感器MPXV5004G内部除传感单元外，还包含信号调理器、温度补偿器和压力修正电路，特别适用于由单片机构成的检测系统。MPXV5004G压力传感器采用额定5 V供电电压，最大测量压差为3.92 kPa，最大耐受压力为16 kPa，温度补偿范围为一30℃～100℃。在工作温度为10℃~60℃，压力范围为0~4 kPa时，该压力传感器具有良好的线性，输出关系：

　　式中：VOUT是输出电压，VS是工作电压，P是压力值，误差为0.045 V。

　　使用该传感器时，要在供电与地之间加去耦电容，滤除器件本身产生和电源所含的高频信号干扰;在信号输出与地之间加去耦电容，滤除输出信号的噪声成分。图2为去耦电容配置。

　　应用中，考虑到压力传感器因温度变化或器件老化等导致的零点漂移，必须通过校正零点，修正输出值，以使其输出值在较长工作时间内都能保持足够的正确性和精确度。

　　3.2 V/F转换器LM331模块

　　LM331是通用型V/F转换器，频率范围为1～100 kHz，最大非线性误差为0.01%，最大温漂为50 ppm/℃，电源范围为4~40 V，输入电压范围为一2.O V~VS。当4.5 V≤VS≤10 V时.电源电压对增益的影响为0.1%V;当10 V≤VS≤40 V时，电源电压对增益的影响为0.06%V。LM331的V/F转换外部电路，如图3所示。

　　图3中，输出频率fout=KVIN，其中K=Rs/(2.09RtCtRL)。选用典型值Rt=6.8 kΩ，RL=100 kΩ，Ct=0.0lμF。系统中，取K=1000，故Rs=14.212 kΩ。电路中Rs用一只12 kΩ的固定电阻和一只5 kΩ的可调电阻串联组成，用于调整LM33l的增益偏差和RL，Rt，Ct所引起的偏差。CIN为滤波电容，一般取在0.01~0.1μF，在滤波效果较好的情况下，CIN采用lμF的电容。为了提高精度及稳定性，以上阻容元件选用低温度系数的器件，最好是金属膜电阻和聚苯乙烯或聚丙稀电容器。