大氣壓強傳感器在海拔高度測量中的應用研究

　　2．2 放大濾波電路

　　本儀器采用的運算放大器是美國AD公司的儀器儀表放大器AD620，該放大器的放大系數可以由外接電阻RG所決定，其具體的放大倍數計算公式為。AD620的核心是三運放電路，并具有較高的共模抑制比，而且溫度穩定性好，放大頻帶寬，噪聲系數小，調節方便。由于大氣壓強傳感器TP015的輸出在10～150 mV，而A／D芯片MCP3221的信號輸入范圍為0～3 V，故設定AD620的放大倍數約為30倍。其放大濾波電路原理如圖3所示。

　　2．3 A／D轉換電路

　　本儀器中的A／D電路采用Microchip Technology公司的12位低功率模數轉換器MCP3221。MCP3221是連續的近似值12位逐次逼近式A／D轉換器。采用2線串行和I2C兼容的接口。MCP3221采用單電源工作，故可簡化電路設計。該器件可在較大的電壓范圍內工作(2．7～5．5 V)，同時片內還具有采樣保持電路和自定時轉換功能，其采集時間和轉換可利用內部時鐘定時。每次轉換后，可將結果存在12位的寄存器里，并按照I2C總線時序讀取A／D轉換的值。當MCP3221采用快速轉換模式并且時鐘速率為400 kHz時，其最大的采樣速率可達22．3 ksps。在硬件電路上，MCP3221的電源電壓必須具有較小的紋波且保持穩定，這樣，A／D的誤差才會小。MCP3221的SCL和SDA引腳需上拉10 kΩ電阻后再與單片機I／O相接。MCP3221與8051單片機的接口電路如圖4所示。

　　2．4 溫度采集電路

　　本文介紹的海拔高度測量儀器的溫度采集電路采用Dallas半導體公司的一線式數字溫度傳感器DS18B20。數字式溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它可采用一根信號線來實現信號的雙向傳輸，并具有接口簡單，節省I／O口線，便于擴展和維護等優點。DS18B20的測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，其精度為±0．5℃。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，從而大大提高了系統的抗干擾性，適合于惡劣環境下的現場溫度測量。DS18B20與單片機8051的接口電路如圖5所示。