基于SCP1000-D01的气压计的设计

　　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- D01 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。