微压力传感器接口电路设计
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（ ４ ）
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式 （ 为 电桥转换 原理 的一 般形 式 。 Ａ 为 电桥输 出 电压 。作 为全等 臂 电桥 ，△ ＝△ ＝ ４）
（ ）变 为 △ ＝Ｕ ４ Ｋｃ。
２ 微 压 力传 感 器 接 口申。 路
应 用微压 力传感 器对 压力 的感 应特 性 ，将 压力 转换 为
值。
当有压力时各桥臂的电阻状态都将改变 ，电桥 的电压输出会有变化 。
：
‘ Ｉ＋ Ｒ２ ＋ 尺４１ Ｒ３ ｆ Ｌ一 Ｒ
．
（） １
式中：
为输 出电压 ， 为输入 电压 。
当输入电压一定且 Ａ ， ｅ 《 ． ， 时
ｄＵ ： ” Ｏ Ｒｌ
＝ ｄｌ堡 ｄ２盟 ｄ３翌 ｄ Ｒ－ 盟 ｔ － Ｒ Ｒ＋ Ｒ ４
工艺制造出的压力传感器往往存在 ：零点输 出和零点温漂 ，灵敏度温漂 ，输出信号非线性 ，输出信号幅值 低或不标准化等问题 。本文的研究工作 ，主要集 中在以下几个方面 ：
（） １ 介绍微压力传感器接 口电路总体方案设计 、系统的组成和工作原理 。 （） ２ 系统的硬件设计 ， 介绍主要硬件的选型及接 口电路 ， 包括 ＡＤ转换 电路 、 ／ 单片机接 口电路 、 ６２ １０
电路 、放大 电路 、ＡＤ转换 电路 、Ｌ Ｄ显 示 电路 。 ／ Ｃ
２１ 电桥 放大 电路 ．
图 ｌ 微 压力 传感 器接 口电路框 图
由于所 测 出的微压 力传感 器 两端 的
电压信号较弱 ， 所以电压在进行 ＡＤ转 ／
换 之前必须 经过放 大 电路 的放 大 （ 图 见
２ ｏＮ １８由 ３ Ａ １ Ｉ 个运算放大器组成差分 放 大结构 ，内置输 入 过压保 护 ，且 可通
微压力传感器信号是控制器的前端 ，它在测试或控制系统中处于首位 ， 对微压力传感器获取的信号能 否进行准确地提取 、处理是衡量一个系统可靠性 的关键因素。后续接 １电路主要指信号调节和转换 电路 ， ： ３ 即能把传感元件输出的电信号转换为便于显示 、记益 。 由于 Ｒ 的稳定 性 和温度
显 示 电路 。
（） ３ 对系统采用 的软件设计进行研究 ，并简要 阐述主要流程图，包括主程序 、ＡＤ 转换程序 、１０ ／ ６２
显示程序 。
１ 电阻应变式 压力传 感器工作原理
电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来 的传感器。当弹性敏 感元件受到压力作用时 ，将产生应变 ，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变 ，表现为电阻值的变化。这 样弹性体 的变形转化为电阻应变片阻值的变化 。把 ４ 个电阻应变片按照桥路方式连接 ，两输人端施加一定 的电压值 ，两输 出端输出的共模 电压随着桥路上电阻阻值 的变化增加或者减ｄ ｏ一般这种变化的对应关系 ， 具有近似线性的关系。找到压力变化和输 出共模电压变化的对应关系 ，就可 以通过测量共模电压得到压力
（． １ 黑龙江大学 电子工程学院 ，哈尔滨 １０ ８ ；２ 大庆市龙凤 经济计划局 ，黑龙江 大庆 １ ３ １ ） ５０ ０ ． ６ ７ １
摘要 ：完成 了微 压力传 感器接 Ｉ 电路设 计。采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输 出的模拟变 量 ，然后用 Ｉ Ａ１８ ７ １ Ｎ １ 放大器将此信号放大 ，用 ７ １ ＡＤ进行模数转换 ， ７５ ／ 将转换完成的数字量经单片机处理 ，最后 由 Ｌ Ｄ将其 示 ， Ｃ 采 用Ｌ ３ Ｍ３４做的精密 ５Ｖ恒流源为 电桥 电路供 电。既能保证检测的实时性 ，也能提高测量精度。 关键词 ：微压力传感器 ；电桥 电路 ；放 大电路 ；显示 中图分类号 ：Ｔ ２ ２９ Ｐ １． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ８Ｘ（ １）３ ０ １— ４ ０ ７ ９ ４ ２ １ — ０ ７ ０ ０ ０
Ｏ Ｒ２ Ｏ Ｒ３ Ｏ Ｒ４
（） （） ２
对于全等臂电桥 ，Ｒ ＝ ＝ ＝ ． 足 足 Ｒ，各桥臂 电阻应变片灵敏系数 相同，式 （ ） ２ 可简化为
收 稿 日期 ：２ １－ 一 ６ ０ １叭 ｌ
作 者简 介 ：李 宇住 （ ９６ ，女 ，在 泼硕 士研 究 生 ，主要从 事 嵌入式 控制 与模 拟集 成电路 设计 方而 的研 究 ，ｊｊ ８ １＠１３ ｏ 。 １８一） ｉｉ ４ ８ ６ ． ｌ ａａ ｃｎ
过 外置不 同大小 的 电阻实现 不 同 的增 益 （ １ １０） 从 到 ０，冈而 应用 范 围很广 。 ０ 通 过在脚 ｌ 和脚 ８之 间外 接一 电 阻 凡来 实现不 同 的增 益 ，该增 益 可从 １ 到
１ ０ 不等。电阻 忍为 ０ ０
Ｒ ＝ ｏ（ １ ５／ ｃ一）
压 力 信 卜—— Ｉ压力传感器 ＿ 卜——－ ． ｛放 大 电
模拟的电压输出，此输出信号不能直接 Ｆ单片机处理。因 ｝ １ 此， 需要经 ＡＤ转换为数字量。单片机通过对此数字量的 ／ 处理， 获得实际的压力值 ，并通过液晶屏显示。 Ｆ图 ｌ ｝ １ 可以看出，整个电路的设计分 ４ 大部分 ：电桥
第 ２ 卷第 ３ ７ 期
２ １ 年 ５月 ０１
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｑｈ ｉｅｒｉ ｏ ｒ ａ ｉａｒ ｏ Ｑｉ Ｕｎｖ ｓｔ ｙ
Ｖｏ．７ Ｎｏ３ １ ． ． ２
Ｍ ａ ２ ｙ，０１１
微 压 力 传 感 器 接 口电路 设计
李 宇佳 ，王天鹏 ，张冲
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
ｄ Ｕ ：Ｕ
＿
。 ４一 ｉ＋ ２一 ３＋ ４１ ２ 一 ｄ Ｒ Ｒ Ｒ Ｊ ｆＲ Ｒ Ｉ
（） ３
由于 △ 《 ，用 电压 增量 可表 示为
△ ＝
等 ＋ 一 ＋ ４ 十一 ４ Ｒ 些 ） ＋ ＼ｉＲ Ｒ Ｒ－ ＼ ） （ ｚ ３ ４ （ ＿ Ｊ
（ ４ ）
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式 （ 为 电桥转换 原理 的一 般形 式 。 Ａ 为 电桥输 出 电压 。作 为全等 臂 电桥 ，△ ＝△ ＝ ４）
（ ）变 为 △ ＝Ｕ ４ Ｋｃ。
２ 微 压 力传 感 器 接 口申。 路
应 用微压 力传感 器对 压力 的感 应特 性 ，将 压力 转换 为
值。
当有压力时各桥臂的电阻状态都将改变 ，电桥 的电压输出会有变化 。
：
‘ Ｉ＋ Ｒ２ ＋ 尺４１ Ｒ３ ｆ Ｌ一 Ｒ
．
（） １
式中：
为输 出电压 ， 为输入 电压 。
当输入电压一定且 Ａ ， ｅ 《 ． ， 时
ｄＵ ： ” Ｏ Ｒｌ
＝ ｄｌ堡 ｄ２盟 ｄ３翌 ｄ Ｒ－ 盟 ｔ － Ｒ Ｒ＋ Ｒ ４
工艺制造出的压力传感器往往存在 ：零点输 出和零点温漂 ，灵敏度温漂 ，输出信号非线性 ，输出信号幅值 低或不标准化等问题 。本文的研究工作 ，主要集 中在以下几个方面 ：
（） １ 介绍微压力传感器接 口电路总体方案设计 、系统的组成和工作原理 。 （） ２ 系统的硬件设计 ， 介绍主要硬件的选型及接 口电路 ， 包括 ＡＤ转换 电路 、 ／ 单片机接 口电路 、 ６２ １０
电路 、放大 电路 、ＡＤ转换 电路 、Ｌ Ｄ显 示 电路 。 ／ Ｃ
２１ 电桥 放大 电路 ．
图 ｌ 微 压力 传感 器接 口电路框 图
由于所 测 出的微压 力传感 器 两端 的
电压信号较弱 ， 所以电压在进行 ＡＤ转 ／
换 之前必须 经过放 大 电路 的放 大 （ 图 见
２ ｏＮ １８由 ３ Ａ １ Ｉ 个运算放大器组成差分 放 大结构 ，内置输 入 过压保 护 ，且 可通
微压力传感器信号是控制器的前端 ，它在测试或控制系统中处于首位 ， 对微压力传感器获取的信号能 否进行准确地提取 、处理是衡量一个系统可靠性 的关键因素。后续接 １电路主要指信号调节和转换 电路 ， ： ３ 即能把传感元件输出的电信号转换为便于显示 、记益 。 由于 Ｒ 的稳定 性 和温度
显 示 电路 。
（） ３ 对系统采用 的软件设计进行研究 ，并简要 阐述主要流程图，包括主程序 、ＡＤ 转换程序 、１０ ／ ６２
显示程序 。
１ 电阻应变式 压力传 感器工作原理
电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来 的传感器。当弹性敏 感元件受到压力作用时 ，将产生应变 ，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变 ，表现为电阻值的变化。这 样弹性体 的变形转化为电阻应变片阻值的变化 。把 ４ 个电阻应变片按照桥路方式连接 ，两输人端施加一定 的电压值 ，两输 出端输出的共模 电压随着桥路上电阻阻值 的变化增加或者减ｄ ｏ一般这种变化的对应关系 ， 具有近似线性的关系。找到压力变化和输 出共模电压变化的对应关系 ，就可 以通过测量共模电压得到压力
（． １ 黑龙江大学 电子工程学院 ，哈尔滨 １０ ８ ；２ 大庆市龙凤 经济计划局 ，黑龙江 大庆 １ ３ １ ） ５０ ０ ． ６ ７ １
摘要 ：完成 了微 压力传 感器接 Ｉ 电路设 计。采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输 出的模拟变 量 ，然后用 Ｉ Ａ１８ ７ １ Ｎ １ 放大器将此信号放大 ，用 ７ １ ＡＤ进行模数转换 ， ７５ ／ 将转换完成的数字量经单片机处理 ，最后 由 Ｌ Ｄ将其 示 ， Ｃ 采 用Ｌ ３ Ｍ３４做的精密 ５Ｖ恒流源为 电桥 电路供 电。既能保证检测的实时性 ，也能提高测量精度。 关键词 ：微压力传感器 ；电桥 电路 ；放 大电路 ；显示 中图分类号 ：Ｔ ２ ２９ Ｐ １． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ８Ｘ（ １）３ ０ １— ４ ０ ７ ９ ４ ２ １ — ０ ７ ０ ０ ０
Ｏ Ｒ２ Ｏ Ｒ３ Ｏ Ｒ４
（） （） ２
对于全等臂电桥 ，Ｒ ＝ ＝ ＝ ． 足 足 Ｒ，各桥臂 电阻应变片灵敏系数 相同，式 （ ） ２ 可简化为
收 稿 日期 ：２ １－ 一 ６ ０ １叭 ｌ
作 者简 介 ：李 宇住 （ ９６ ，女 ，在 泼硕 士研 究 生 ，主要从 事 嵌入式 控制 与模 拟集 成电路 设计 方而 的研 究 ，ｊｊ ８ １＠１３ ｏ 。 １８一） ｉｉ ４ ８ ６ ． ｌ ａａ ｃｎ
过 外置不 同大小 的 电阻实现 不 同 的增 益 （ １ １０） 从 到 ０，冈而 应用 范 围很广 。 ０ 通 过在脚 ｌ 和脚 ８之 间外 接一 电 阻 凡来 实现不 同 的增 益 ，该增 益 可从 １ 到
１ ０ 不等。电阻 忍为 ０ ０
Ｒ ＝ ｏ（ １ ５／ ｃ一）
压 力 信 卜—— Ｉ压力传感器 ＿ 卜——－ ． ｛放 大 电
模拟的电压输出，此输出信号不能直接 Ｆ单片机处理。因 ｝ １ 此， 需要经 ＡＤ转换为数字量。单片机通过对此数字量的 ／ 处理， 获得实际的压力值 ，并通过液晶屏显示。 Ｆ图 ｌ ｝ １ 可以看出，整个电路的设计分 ４ 大部分 ：电桥
第 ２ 卷第 ３ ７ 期
２ １ 年 ５月 ０１
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｑｈ ｉｅｒｉ ｏ ｒ ａ ｉａｒ ｏ Ｑｉ Ｕｎｖ ｓｔ ｙ
Ｖｏ．７ Ｎｏ３ １ ． ． ２
Ｍ ａ ２ ｙ，０１１
微 压 力 传 感 器 接 口电路 设计
李 宇佳 ，王天鹏 ，张冲
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
ｄ Ｕ ：Ｕ
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。 ４一 ｉ＋ ２一 ３＋ ４１ ２ 一 ｄ Ｒ Ｒ Ｒ Ｊ ｆＲ Ｒ Ｉ
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由于 △ 《 ，用 电压 增量 可表 示为
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