基于MPX4115数字气压计的仿真实现

电子基础

在项目开发过程中作者遇到要检测大气压强的问题，经过多方查阅资料和对比最终选定本文的方案来实现。经作者查阅资料发现气压检测的应用领域广泛，例如蔬菜大棚中通过对气压的测量并配合温度、湿度的测量来判断大棚是否需要降温和通风，气象部门通过对气压的检测来判断天气的变

化等。气压测量的核心部件就是压力传感器，该传感器将气压的压力信号转换成电信号传送给单片机进行处理，处理结果通过显示器显示。

本系统设计的数字气压计采用MPX4115作为气压传感器，ATC51单片机作为微处理器，LCD1602作为显示器用以显示被测气压值。经仿真实现后发现该系统具有设计简单、精度高的特点，作者已经将该仿真系统进行硬件实现进

行气压自动检测，方便灵活，便于携带适合野外作业的特点。

1 总体设计

本系统分为硬件设计和软件设计两部分。系统总体框图如图1所示。

整个系统的供电均采用

+5V 直流稳压电源，气压传感器MPX4115进行气压的测量并将气压信号转换成0~5V 的模拟电压信号输出，该信号再送至8位AD 转换器ADC0832进行模数转换，转换生成的数字信号经ATC51运算处理后送

显示器LCD1602显示。2 硬件电路

■2.1 单片机的选型

本设计采用ATC51

作为处理器，该单片机字长为8位，片内数据存储器RAM 存储容量为256B，片

内程序存储器ROM 存储器

容量为4KB，2个16位的定时器/计数器和5个中断源。通常选择12MHz 作为该单片机的时钟频率，对应单片机的机器周期为1μs。本设计中因大气压强数值变化比较缓慢，单片机采集数据的时间间隔通常以秒为单位进行采集，对

数据处理的实时性要求不高，所以采用ATC51作为处理器能够满足要求，经仿真和硬件电路验证了作者的想法基于MPX4115数字气压计的仿真实现

王然升

（山东信息职业技术学院，山东潍坊，261062）

摘要：气压的测量应用广泛，测量手段也很多。本文利用MPX4115作为气压传感器对气压进行测量，并利用MCS-51单片机进行处理后送显示器显示数据，本文重点解决了传感器数据读取和数据修正的问题，最终得以成功仿真运行，在工程实践中具具有一定的指导意义。关键词：气压传感器；MPX4115；A/D转换器；仿真

图1 系统框图

图2 Proteus 仿真电路图

本设计的显示器选择液晶显示器LCD1602。作者在设计之初选择8位数码管作为显示器，经比较LCD1602和数码管得出LCD1602不仅能够显示数值，还可以显示字符。字符在显示器中可以起到提示作用。例如可以在LCD1602的第一行显示字符“Air Pressure:”,第二行显示对应的气压值，使本设计更具备可读性，便于用户使用。

另外，LCD1062比数码管显示器的功耗更低。数码管显示器的每段实质上都是一个LED。点亮数码管需要单片机提供更大的电流，有些单片机系统中由于单片机的拉电流参数来使表达式的值更加精确。如果测量气压的数字量小于14，或者大于243测量值和气压值是非线性关系不能用此系统进行测量。

4 设计总结

本设计最终能够实现仿真，设计难点在于软件设计中对MPX4115数据的算法处理和校正参数的确定。作者已经在仿真的基础上完成了硬件电路的验证，经验证在天气晴好，室内温度为21℃时测得的大气压强值为101.4KPa，阴天时大气压强值略低于晴天时的气压值为101.2KPa，因作者周围没有合适的实验条件，所以没有测试更多数据进行比对。

本设计还有待完善之处。首先是功耗问题，虽然在设计中考虑了显示器的功耗，但ATC51这款单片机的功耗较大，可以考虑用低功耗或超低功耗单片机作为设计的控制器，如430单片机。虽然显示器虽然已经采用液晶屏，

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图3 软件流程图

86 | 电子制作 2019年05月背衬传感器，最后是单晶片传感器。单晶片传感器没有背衬来吸收晶片背向辐射的干扰杂波，导致检测到的缺陷和端面回波杂波较多，回波幅值较低，使得传感器对管道缺陷的识别能力较差，无法实现缺陷的精确定位。而当传感器配有背衬材料时，背衬中钨粉颗粒的声散射和声波在环氧树脂传播过程中的能量耗散，提高了背衬的吸声性能，减小了接收信号的脉冲宽度，提高分辨率，从而实现缺陷的精确定位。对比于环氧-钨粉背衬传感器，背衬含石墨烯的传感器通过石墨烯使钨粉颗粒和环氧树脂间的高能量界面产生能量转换，使得钨粉和环氧树脂间能够进行高效的能量传递，从而增强了背衬层的吸声能力，提高信号的检测分辨率，也提高了缺陷定位的精度。

3 结语

本文所设计的超声导波传感器能实现卷簧导波的有效激励和接收，保证所激励模态的单一性，且能实现缺陷的有效定位。通过三组传感器的实验结果对比，体现了背衬含石墨烯的传感器具有优异的吸声性能，缺陷定位精度较高，这为石墨烯用于传感器背衬材料的进一步研究奠定了基础。

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图5 传感器接收波形图

（a）单晶片传感器接收波形（b）环氧-钨粉背衬传感器接收波形（c）背衬含石墨烯传感器接收波形

但现在市面上还有功耗更低，结构更紧凑的液晶屏，如LCD99屏，该显示器具备体积小、功耗低，便于设备的集成特点，可以考虑替换现有的LCD1602显示器。其次，在具备实验条件的情况下可以对数据处理时算法进行进一步优化以提高测量值的精确度，使该设计更加完善，最终能给工程实践提供借鉴。参考文献

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