 |
 |
 |
接上文繼續(xù)：
2 MS5540C的程序設計
2．1 MS5540C的工作原理
MS5540C包括一個壓阻式的傳感器和傳感器接口電路。它的主要功能是將壓力傳感器輸出的未補償?shù)哪M電壓轉(zhuǎn)換成16位數(shù)字值，通過接口電路可以將16位數(shù)字值輸出。共有2個16位數(shù)字值需要輸出，分別是用于氣壓和溫度測量結(jié)果計算的D1和D2。這兩個16位數(shù)據(jù)結(jié)果是非常粗糙的，必須通過外部處理器進行補償計算，才能得到比較精確的結(jié)果。
每個模塊都會在兩個溫度和兩個氣壓值下進行工廠校準，得到6個補償系數(shù)C1～C6，這6個補償系數(shù)共64 bit，以4個16 bit的字形式儲存在模塊內(nèi)的PROM中。因此，在進行補償計算前，必須先讀出這6個補償系數(shù)。關于補償系數(shù)在4個16位字中的排列方式，請參看文獻的圖4。
2．2 MS5540C的軟件設計
使用帶有SPI接口的MCU與MS5540C接口，將會使程序設計變得簡單。我們以帶有SPI接口的51單片機STCl2LE5A60S2為例來介紹MS5540C的軟件編程。
由前所述，4個16位的補償數(shù)據(jù)及2個分別為氣壓和溫度傳感器轉(zhuǎn)換而來的16位結(jié)果數(shù)據(jù)都需要通過SPI來讀取。關于這些數(shù)據(jù)的讀取，Intersema規(guī)定了一套簡單的通訊協(xié)議，協(xié)議要求處理要先發(fā)命令數(shù)據(jù)，然后才能讀取16位數(shù)據(jù)。命令數(shù)據(jù)包括起始位，設置位和停止位，各個數(shù)據(jù)有不同的設置位，另外為了復位MS5540C，Intersema還提供了一個用于reset模塊的命令，關于具體的通訊協(xié)議，請參考文獻。
數(shù)據(jù)定義：
在程序中調(diào)用上述的函數(shù)，編程非常方便。讀出的2個16位數(shù)據(jù)經(jīng)過文獻1提供的校準公式進行校準后，得到溫度和氣壓的較為精確的測量結(jié)果，其中溫度的結(jié)果精確到0．1℃，氣壓精確到0．1mbar。
因為MS5540C的ADC為16位，溫度測量分辨率可以到0．01℃，對于-40～85℃之間的測量范圍，我們可以將文獻中溫度校準公式：
TEMP=200+dT*(C6+50)／1024
修改為
TEMP=2000+dT*(C6+50)*10／1024
這樣得到的結(jié)果可以使分辨率達到0．01℃。
程序設計需要注意兩點：
1)MCU發(fā)送命令和讀取數(shù)據(jù)時SPI工作方式是不一樣的，主要是SCLK采樣沿的設置不同，具體參考文獻；
2)由于在發(fā)送采樣溫度和氣壓的命令之后，需要等大約35 ms左右，才能讀取到采樣數(shù)據(jù)，所以在發(fā)送命令后，需要等待之后再讀取。
為了獲得更加準確的結(jié)果，需要對上面的計算結(jié)果進行溫度補償。溫度補償?shù)挠嬎愎饺鐖D3，在溫度20℃以下及45℃以上都需要對溫度和氣壓計算數(shù)據(jù)進行二級補償。圖3中TEMP是精確到0．1℃的結(jié)果。
另外供電電壓對測量結(jié)果也有影響。供電電壓僅在3．0 V時測量結(jié)果沒有誤差，而大部分情況下MS5540C的電壓可能為3．3 V，這時測量結(jié)果就需進行誤差補償。由圖4中的曲線可知，在3．3V供電時，溫度誤差很小，可以忽略不計。但對于800mbar以上的氣壓的結(jié)果誤差在0．1～0．2之間，故我們建議對于結(jié)果500 mbar以下的氣壓不需補償，500 mbar以上的氣壓結(jié)果需要減去0．1 mbar以進行補償。
由于氣壓與海拔有非常密切的關系，所以用MS5540C也可以做成高度計(海拔計)。根據(jù)以下美國大氣1976的公式
可知測量只要出p，就可以算出高度h了。這個公式考慮了溫度的影響，計算結(jié)果分辨率可以達到幾個厘米。
3 結(jié)論
文中介紹了微型數(shù)字傳感器MS5540C的特性和主要功能，并給出了硬件連接電路和注意事項，對于軟件的處理和結(jié)果的補償也進行了討論，具有較大的實用參考價值。實踐證明，設計的電路和軟件在戶外的惡劣環(huán)境下也能很好正常工作，并且測量結(jié)果也是相當精確的。
