基于SCP1000-D01的气压计的设计

发布时间:2008/6/2 0:00:00 访问次数:464

1 引言

　　气压测量在仪器仪表、医疗卫生、气压计、高度计等工业设备中有着广泛的应用。而选择速率快、精度高的传感器是实际工程应用的关键。结合课题组的研究任务，文中主要介绍一款高精度、高分辨率和低功耗的数字气压传感器scp1000-d01。该器件可用于微型或者小型无人机制造气压计，易于操作，便于携带。

2 性能特点和引脚功能

　　scp1000-d01是芬兰vti公司的革命性产品。这款基于d-mems技术的绝对压力传感器能在正常条件下达到亚米级别的分辨率和1 m的精度，适合许多商用场合。

　　scp1000-d01提供了高精度、高速、低功耗和超低功耗四种测量模式。用户可以根据需要自行选择测量方式。本系统设计应用于无人机上，对速度有相当高的要求，所以综合考虑选择了高速模式。通讯接口采用spi接口。

　　对于气压传感器应用，最重要的是精度高，这样才能够满足实际需求。scp1000-d01的绝对压力精度在-100 pa～+100 pa，约-8.5 m～+8.5 m，其温度精度为1℃～2℃。目前为止，这一精度在微型气压传感器中是最高的。

　　scp1000-d01内置a/d转换电路，既便于用户开发设计，又减轻了设计系统的重量和电路的繁琐，符合当前传感器的使用要求。

　　高精度模式下测量时。分辨率为1.5 pa～6 pa,约0.1 m～0.4 m；在超低功耗模式下分辨率为2 pa～15 pa，约0.2 m～1.3 m。而其温度的分辨率为0.2℃～0.5℃。

　　scp1000-d01采用了贴片式设计和asic封装，功耗相当小，其工作电压为2.4 v～3.3 v。电流最大仅为50 μa，近乎于可以忽略不计。

　　scp1000-d01为圆形结构，直径仅为6 mm。高度仅为1.7 mm。

　　scp1000-d01共有16个引脚．其中i/o型引脚

　　7个，电源型引脚9个。其引脚结构和形状如图1所示，中间顶端的是传感器芯片头。i/o型(spi接口)引脚功能如表1所示。trig外部触发低功耗模式,具体操作是给该引脚一个下降沿信号，若不用,该引脚则接至dvss。drdy为输出中断信号，用以提示用户温度和压力值已经测量，可以读取。pd引脚为高电平可以使scp1000-d01长时间保持低功耗模式。sck、mosi、miso和csb引脚组成了数据通讯线。

3 内部结构和工作原理

　　scp1000-d01压力传感器包括一个压力传感头和特定用途集成电路。scp1000-d01压力传感器内部包含a/d转换器以及存储气压和温度值的寄存器，其内部结构如图2所示。

　　启动scp1000-do1之后首先要进行线性化和状态检测，然后选择测量模式。

3.1 模式选择

　　如上所述，scp1000-d01有四种测量模式，其中高精度、高速、超低功耗模式是以连续方式进行测量工作，而低功耗模式则是以触发方式工作的。也就是说启动低功耗模式测量时需要给trig一个上升沿信号或向寄存器operation写入0x0c：而高精度、高速、超低功耗模式的启动则是向oper-ation寄存器分别写入0x0a、0x09、0x0b实现的。连续测量模式的时序如图3所示，触发测量模式下的时序如图4所示。

　　启动scp1000-do1之后首先要进行线性化和状态检测，然后选择测量模式。

3.1 模式选择

3.2 数据读取

　　选择好测量模式后需将测量得到的数据读出来，以供使用。引脚drdy有信号表示可以读取测量数据。

　　温度数据存储在tempout寄存器中的[13：0]，其中第13位是符号位。将其二进制转换成相应的十进制，可利用以下公式得到温度值：

　　压力数据存储在datard8寄存器的[2：0]和datard16寄存器的[15：0]中。两个数据前后连接组成19位二进制数值。将其转换为十进制数，利用以下公式即可得到压力值。

3.3 寄存器地址描述

　　scp1000-d01内部集成了多个寄存器，可以存储相应的测量数据，比较重要寄存器的地址如表2所列。