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TE/MEAS【精量】超聲波流量燃氣表16位數字輸出1-110kpa絕壓傳感器MS5540CM MS5540CM壓力傳感器說明： 美國TE/Measurement MS5540C壓力傳感器是貼片混合裝置，包括壓阻式壓力傳感器和一個ADC接口IC。這是一個微型版本的MS5534C晴雨表/測高儀模塊，提供從 壓力和溫度的16位數據字。 MS5540C壓力傳感器是一種低功耗，低電壓自動斷電裝置向下開關。一個3線接口用于與微控制器的所有通信。相比MS5534A的壓力范圍（測量到 10mBAR）已有所改善。MS5540C完全兼容MS5534C和MS5540以前的軟件版本。此外，MS5540C是從它的兼容壓力傳感器 MS54XX系列外形尺寸。相較于以前的版本，所有引腳的電子化的敏感程度已改善至4kV。該傳感器的膠防護在沒有任何額外的保障為100米防水手表水的 足夠保護。 MS5540CM特點： 1. 集成壓力傳感器 2. 小尺寸6.2 × 6.4毫米 3. 壓力范圍10-1100mbar（1Kpa-110kpa) 4. 分辨率0.1mar 5. 16位ADC 6. 6系數為存儲在軟件補償芯片 7. 3線串行接口 8. 1個系統時鐘線（32.768千赫） 9. 溫度范圍:-40～85℃ 10. 低電壓（2.2至3.6V） 11. 低功耗（待機電流：0.1uA） 12. 無鉛和RoHS兼容 13. 無需外部元件 14.類型：絕壓 輸出：16位數字輸出 量程：10-1100mbar（1Kpa-110kpa) MS5540CM特點： 低功耗 經溫度補償和數字校正 無需外部元件 防水膠保護 壓力和溫度測量 電氣連接：表面貼裝 典型應用： 移動式高度計 氣壓計 氣象監測系統 多功能運動表 潛水設備， 潛水手表， 移動式水深探測 --------------------------------------------------------------------------- 型號 輸出 量程 MS5637-30BA壓力傳感器 I2C 0～30 bar MS5837-30BA壓力傳感器 I2C 0～30 bar，-20℃～85℃ MS8607-02BA01溫度濕度壓力傳感器 I2C輸出 10-2000mBar；0-100％相對濕度 MS5535-30C壓力傳感器 16位數字輸出 0-30bar MS5525DSO數字壓力傳感器 24位數字輸出 1,2,5,15,30psi MS5803-30BA微型壓力傳感器 24位數字輸出 30bar MS5803-14BA微型壓力傳感器 24位數字輸出 0～14bar MS5803-05BA微型氣壓傳感器 24位數字輸出 0～5bar MS5806-02BA微型氣壓傳感器 24位數字輸出 10～2000mbar MS5637-02BA03氣壓傳感器 24位數字輸出 300～1200mbar MS5805-02BA01氣壓傳感器 24位數字輸出 300～1200mbar MS5803-02BA氣壓傳感器 24位數字輸出 10～1100mbar MS5611-01BA03氣壓傳感器 24位數字輸出 10～1200mbar MS5611-01BA01氣壓傳感器 24位數字輸出 10～1200mbar MS5607-02BA03壓力傳感器 24位數字輸出 10～1200mbar MS5605-02BA微型氣壓傳感器 24bit數字輸出 300～1100mbar MS4515DO壓力傳感器 14位數字SPI或I2C 協議 0-2, 4, 5, 10, 20, 30"H2O MS4525DO壓力傳感器 14位數字SPI或I2C 協議 0-1，5，15，30，50，150 psi MS5541C壓力傳感器 16位數字輸出 0-14 bar MS5607-B壓力傳感器 24位數字輸出 10～1200mbar MS5561C壓力傳感器 16位數字輸出 0.1 mbar分辨率 MS5536-60C壓力傳感器 16位數字輸出 0～60 mba MS5803-01BA壓力傳感器 24位數字輸出 10 ～ 1300mbar MS5541-30C壓力傳感器 16位數字輸出 0～30 bar MS5540C壓力傳感器 16位數字輸出 10 - 1100 mbar MS5536C壓力傳感器 16位數字輸出 -400 ~ 1000 mbar （MS5536CPJU) ；-1000 ~ 400 mbar (MS5536CNJU) MS5535C壓力傳感器 16位數字輸出 0～14bar MS5534C壓力傳感器 16位數字輸出 10～1100 mbar MS5701數字壓力傳感器 數字信號 MS5801數字壓力傳感器 數字信號 10 to 1300 mbar ------------------------------------------------------ MS5540CM/STM32F415RGT6/大氣壓力傳感器 1 .引言 大 氣壓作為環境測量中的重要參數,其傳統的測量方法主要有水銀氣壓計、機械振筒式空盒氣壓計[1]。水銀氣壓計雖然測量準確度較高,但其體積龐大,不便于設備 的小型化;機械振筒式空盒氣壓計雖然體積較小,但其結構復雜、測量準確度較低。MS5540C大氣壓力芯片是一款采用MEMS技術將傳感元件和信號處理電路 集成于一體的絕壓傳感器,具有體積小、準確度高、功耗低等優點。因此,本文設計了一種以MS5540C為壓力傳感器芯片的大氣壓測量系統。 2 .系統硬件結構設計 系統主要由微控制器（MCU）STM32F415RGT6、數字氣壓芯片MS5540C、TFT顯示屏、RS485通訊接口等四部分組成,硬件結構如圖1所示。 MS5540C 通過三線接口與外部微處理器相連接,外部微處理器利用串行接口讀得MS5540C的數據,在微處理器內部通過軟件進行溫度補償后,得到補償后的壓力值通過 液晶屏顯示, 同時通過RS485串行接口實現數據的對外傳輸。其中單片機與壓力傳感器之間的通訊采用I/O口模擬SPI的通信方式進行。 2.1 數字壓力傳感器MS5540C MS5540CM壓是美國TE公司生產的一款包含有精密壓阻式壓力傳感器、電阻式溫度傳感器和ADC接口的絕壓傳感器[2],其供電電壓為 2.2～3.6V,壓力測量范圍為10～1100mbar壓力,分辨率為0.1mbar,是一種低功耗、低供電電壓、高準確度的傳感器。該傳感器不但能夠將壓力傳感器的非補償模擬輸出電壓轉換成16位的數字壓力值,同時能夠提供16位的數字溫度值作為對壓力值的補償,并通過三線串行接口實現與微處理器的通訊。 MS5540CM壓力傳感器是貼片混合裝置，包括壓阻式壓力傳感器和一個ADC接口IC。這是一個微型版本的MS5534C晴雨表/測高儀模塊，提供 從壓力和溫度的16位數據字。 MS5540C壓力傳感器是一種低功耗，低電壓自動斷電裝置向下開關。一個3線接口用于與微控制器的所有通信。相比MS5534A的壓力范圍（測量到 10mBAR）已有所改善。MS5540C完全兼容MS5534C和MS5540以前的軟件版本。 此外，MS5540C是從它的兼容壓力傳感器MS54XX系列外形尺寸。相較于以前的版本，所有引腳的電子化的敏感程度已改善至4kV。該傳感器的膠防護在沒有任何額外的保障為100米防水手表水的足夠保護。其實物與管腳排列如圖2所示,各引腳的功能如表1所列 由于MS5540C需要32.768KHz的時鐘作為單獨的時鐘輸入,因此在電路中設計了32.768KHz的有源晶振SG3030為其提供輸入源。 2.2 微控制器（MCU）STM32F415RGT6 微控制器（MCU）STM32F415RGT6是一款具有ARM Cortex M4微控制器內核、3.3V供電的低功耗單片機,其內部有5個16位的計數器/定時器、兩個全雙工UART、256字節內部RAM和 128字節特殊功能寄存器地址空間以及多個8位I/O端口[3]。其串行總線、硬件中斷以及微控制器內部的其它數字信號可以通過交叉開關控制寄存器配置在 不同的I/O端口引腳。在本文的設計中充分利用了其引腳靈活配置的特點,將C8051F060的P0.0、P0.1配置為UART0口,作為與TFT液晶 屏的通訊端口;將P0.2、P0.3配置為UART1口,作為與MAX485的通訊端口。 ARM微控制器-MCU STM32F415RGT6 說明：ARM微控制器-MCU ARM M4 1024 FLASH 168 Mhz 192kB SRAM 制造商: STMicroelectronics 產品種類: ARM微控制器 - MCU 安裝風格: SMD/SMT 封裝 : LQFP-64 內核: ARM Cortex M4 數據總線寬度: 32 bit 時鐘頻率: 168 MHz 程序存儲器大小: 1MB 數據 RAM 大小: 192 kB ADC分辨率: 12 bit 工作電源電壓: 1.8 V to 3.6 V 工作溫度: + 85 C 處理器系列: ARM Cortex-M 封裝: Tray 商標: STMicroelectronics 數據 Ram 類型: SRAM 接口類型: CAN, I2C, I2S, SPI, UART 小工作溫度: - 40 C ADC通道數量: 16 輸入/輸出端數量: 51 I/O 計時器/計數器數量: 10 Timer 程序存儲器類型: Flash 系列: STM32F4 單位重量: 342.700 mg 2.3 TFT液晶屏 TFT液晶屏是近幾年較 為流行的顯示終端,其具有色彩豐富、分辨率高等特點。在本文中選用朗睿LR043ARK液晶屏作為顯示器。該液晶屏自帶ARM處理器,的特點是可利用 其自帶的畫面編輯軟件進行位圖編輯并進行調用顯示,極大的提高了單片機的效率。而且該液晶屏支持RS232、485等多種通訊方式,大大節省了單片機的 I/O端口使用。同時,對于漢字的顯示,該屏預留自定義字庫空間,可支持多達10種的用戶自定義字庫、64K色的顯示。位圖顯示效果圖如圖3所示: 2.4 RS485接口 為了能夠使測試的數據對外傳輸,在設計中采用了485的通訊方式。通過單片機的交叉使能開關把P0.2、P0.3設置為UART1,然后再通過MAX485芯片實現TTL電平到485電平的轉換,同時為了達到阻抗匹配的目的,在AB之間并接1個120歐的電阻。 3 系統軟件設計 系統軟件主要包括系統初始化、壓力讀取、液晶顯示、RS485通信等子程序。主程序以循環方式工作,完成壓力讀取、液晶顯示等子程序的調用;而RS485通訊則采用中斷的方式進行,當串口產生接收中斷時,才向外傳輸數值。 3.1 MS5540C初始化 MS5540C為數字化傳感器,單片機與其通訊時必須根據MS5540C的通信協議,發送相應的指令讀取傳感器中相應的壓力、溫度及校正參數值。單片機在每次對MS5540C內部的數據進行操作時,首先要對其進行初始化,其時序如圖4所示[4]。 由于在硬件設計中采用了I/O接口模擬SPI的通信方式,因此在軟件設計中采用將初始化命令字節(21位)定義一個數組,然后運用循環的方式將數組中的每一位傳輸給MS5540C。 MS5540C 中有4個16位存儲器WORD1～WORD4,它們存儲著MS5540C在壓力計算中所需的6個壓力和溫度補償系數C1～C6。微處理器首先要讀出 WORD1～WORD4,然后利用軟件移位的方式轉換為6個壓力和溫度補償系數C1～C6;其次,通過3總線接口讀取16位壓力數據D1和16位溫度數據 D2,然后在微處理器內部通過軟件對其進行溫度補償,得到補償后的壓力值。軟件設計流程如圖5所示。 3.3 UART1中斷處理程序 數據的對外傳輸采用中斷的方式進行,首先將UART1設置為接收方式,當有接收數據時即刻產生串口中斷,然后判斷其接收數據是否為設定數據(假定為3),如果是則將數據對外傳輸,否則將返回主程序,UART1中斷軟件設計流程如圖6所示: 4 實驗測試 實驗測試采用將壓力測試系統整體放入密閉的透明實驗艙中,然后通過手動壓力泵抽取負壓或加壓的方式在(70-110)hPa范圍內用高準確度真空壓力表進行比對測試,其測試結果如表2所示: 由上表可以看出該系統的總體誤差≤±0.4%,符合設計預期。 5 。結束語 本方案利用數字氣壓芯片MS5540C和單片機STM32F415RGT6相結合,設計了一個大氣壓力測量系統,具有結構簡單、體積小巧、功耗低、準確度高等優點,具有較強的實際應用價值。