傳感器原理及項目實戰(zhàn) 課件 項目4-力和壓力檢測

項目4

力和壓力檢測

主講人4.1認識力和壓力傳感器4.2力敏壓力傳感器應用實訓4.3氣體壓力芯片應用實訓4.4思考與練習目錄力是物理基本量之一，因此各種動態(tài)、靜態(tài)力大小的測量十分重要，力學量包括質量、力矩、壓力、應力等。力學量可分為幾何學量、運動學量兩部分，其中幾何學量指的是位移、形變、尺寸等，運動學量指的是幾何學量的時間函數(shù)，如速度、加速度等。力的檢測在工程應用中極為重要，往往是確定設備安全使用的主要性能指標，在工況監(jiān)測中廣泛應用，如壓力加工、流體（如氣體和液體）的壓力值、水壩強度監(jiān)測、機械制造等，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。力學量的檢測在行業(yè)上主要使用電阻應變片將受力轉換為應變，進而改變電阻引起電路參量變化。除了電阻應變以外，隨著現(xiàn)代半導體技術的發(fā)展，壓阻式、壓磁式、壓電式以及薄膜式壓力傳感器也得到了長足發(fā)展，豐富了力檢測方法。通過學習，了解各種力及壓力傳感器的工作原理，了解力及壓力傳感器的使用方法。知識目標識目標技能目標通過實踐和訓練，掌握各種力及壓力傳感器的選型及實際應用，掌握力和壓力傳感器和STM32的接口技術和編程技術。認識力和壓力傳感器4.14.1認識力和壓力傳感器4.1.1

電阻應變片式力傳感器導體或半導體材料在外界力的作用下會發(fā)生機械變形，此時導體或半導體的電阻值也會隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應變效應。應變式電阻傳感器就是利用應變片的應變效應將應變變化轉換成電阻值變化的原理制成的，將電阻應變片粘貼于被測彈性體上，當被測彈性體受到外力的作用時，其產(chǎn)生的應變就會傳送到應變片上，使應變片的電阻值發(fā)生變化，通過測量應變片電阻值的變化就可得知被測彈性體受力的大小。電阻應變片的種類繁多，形式多樣，按照應變片的材料進行分類，可分為金屬應變片和半導體應變片兩大類。1.金屬應變片1）工作原理一段長為l，截面積為S，電阻率為ρ的導體(如金屬絲)，在其未受力時，原始電阻值為:

當金屬絲受到拉力F作用時，金屬絲的長度和截面積都發(fā)生了變化，從而引起電阻的變化，當金屬絲受到拉力時，電阻變大，當金屬絲受到壓力時，電阻變小。2）結構金屬電阻應變片主要由敏感柵、基片、覆蓋層、引出線構成。金屬絲電阻應變片的典型結構1、3-粘合層；2-基底；4-蓋片；5-敏感柵；6-引出線敏感柵：應變片的核心是敏感柵，由某種金屬或金屬箔繞成柵形，粘貼在基體上，通過基體將應變傳遞給它，敏感柵將感受到的應變轉換為阻值的變化。金屬箔式應變片的敏感柵是由很薄的金屬箔片用光刻、腐蝕等技術制作而成的，箔柵厚度一般在0.003~0.01mm范圍內。與絲式應變片相比，箔式電阻應變片的電阻值分散度小，可做成任意形狀，易于大量生產(chǎn)，成本低，散熱性好，允許通過大的電流，靈敏度高，耐蠕變和耐漂移能力強。應用范圍日益擴大，已逐漸取代絲式應變片而占據(jù)主要地位。薄膜應變片的敏感柵是采用真空鍍膜技術在很薄的絕緣基底上蒸鍍金屬電阻材料薄膜，再加上保護層形成的。其優(yōu)點是靈敏度高，允許通過大的電流。基體與保護層：基體用于固定敏感柵并使敏感柵與試件絕緣，保護層既保護敏感柵、引出線的形狀位置，還可以保護敏感柵。基體、保護層均由專門的薄紙制成，基體的厚度一般為：0.02~0.04mm。引出線：它是應變片敏感柵中引出的細金屬線，大多數(shù)敏感柵材料都可以制成引線，引出線焊接在敏感柵兩端，作連接測量導線之用。黏合劑：用黏合劑將敏感柵固定在基體上，并將保護層與基體貼在一起。3）金屬應變式傳感器的類型金屬應變片根據(jù)敏感柵的形狀又可分為箔式、絲式、薄膜式金屬應變片，如下圖所示，圖（a）為圓角絲柵，其橫向應變會引起較大測量誤差，但耐疲勞性好，一般用于動態(tài)測量。圖（b）為直角絲柵，精度高，但耐疲勞性差，適用于靜態(tài)測量。箔式金屬應變片的絲柵形狀可與應力分布相適應，制成各種專用應變片，圖（c）為應變片式扭矩傳感器專用應變片，圖（d）為板式壓力傳感器專用應變片。

（a）

（b）

（c）（d）2.半導體應變片1）工作原理半導體材料在受到壓力時，不僅在機械上會發(fā)生形狀改變，它的電阻率也會發(fā)生變化，最終使其電阻值發(fā)生更大的變化，這種效應稱為壓阻效應。半導體應變片是用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。當力作用于硅晶體時，晶體的晶格產(chǎn)生變形，使載流子從一個能谷向另一個能谷散射，引起載流子的遷移率發(fā)生變化，擾動了載流子縱向和橫向的平均量，從而使硅的電阻率發(fā)生變化。這種變化隨晶體的取向不同而異，因此硅的壓阻效應與晶體的取向有關。

半導體材料導電體的電阻值和金屬一樣，也和長度l、截面積S及電阻率ρ有關，但是硅的壓阻效應不同于金屬，前者電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化，后者電阻的變化則主要取決于幾何尺寸的變化，而且前者的靈敏度比后者大50～100倍。2）特點半導體應變片是利用半導體材料硅的壓阻效應制成的傳感器，具有靈敏度高、橫向效應小、動態(tài)響應快、測量精度高、穩(wěn)定性好、工作溫度范圍寬、易于小型與微型化、便于批量生產(chǎn)與使用方便等特點。因此，它是一種發(fā)展迅速，應用廣泛的新型傳感器。但它有溫度系數(shù)大，應變時非線性關系比較嚴重等缺點。3）類型半導體應變片的類型分為體型、薄膜型、擴散型、外延型等。

體型半導體電阻應變片，將單晶硅錠通過切片、研磨、腐蝕壓焊引線，最后粘貼在鋅酚醛樹脂或聚酰亞胺的襯底上制成的。上圖為半導體電阻應變片的結構。

薄膜型半導體電阻應變片，利用真空沉積技術將半導體材料沉積在帶有絕緣層的試件上或藍寶石上制成。它通過改變真空沉積時襯底的溫度來控制沉積層電阻率的高低，從而控制電阻溫度系數(shù)和靈敏度系數(shù)，因而能制造出適于不同試件材料的溫度自補償薄膜應變片。薄膜型半導體電阻應變片吸收了金屬應變片和半導體應變片的優(yōu)點，并避免了它的缺點，是一種較理想的應變片。半導體電阻應變片的結構

擴散硅型半導體電阻應變片，將P型雜質擴散到一個高阻N型硅基底上，形成一層極薄的P型導電層，然后用超聲波或熱壓焊法焊接引線而制成。它的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，機械滯后和蠕變小，電阻溫度系數(shù)也比一般體型半導體應變片小一個數(shù)量級。缺點是由于存在P-N結，當溫度升高時，絕緣電阻大為下降。新型固態(tài)壓阻式傳感器中的敏感元件硅梁和硅杯等就是用擴散硅制成的。

外延型半導體電阻應變片，在多晶硅或藍寶石的襯底上外延一層單晶硅而制成的。它的優(yōu)點是取消了P-N結隔離，使工作溫度大為提高（可達300°C以上）。4.1認識力和壓力傳感器4.1.2壓電式式力傳感器壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器，它以某些電介質的壓電效應為基礎，在外力作用下，材料受力變形時，其表面會有電荷產(chǎn)生，從而實現(xiàn)非電量檢測的目的。壓電傳感元件是一種力敏感元件，凡是能夠變換為力的物理量，如應力、壓力、振動、加速度等，均可進行測量，但不能用于靜態(tài)力測量。由于壓電效應的可逆性，壓電元件又常用作超聲波的發(fā)射與接收裝置。壓電傳感器具有體積小、重量輕、工作頻帶寬、靈敏度及測量精度高等特點，又由于沒有運動部件，因此結構堅固、可靠性和穩(wěn)定性高。在各種動態(tài)力、機械沖擊與振動測量，以及聲學、醫(yī)學、力學、宇航等領域得到越來越廣泛的應用。1.壓電傳感器的工作原理

壓電傳感器是利用材料的壓電效應制作的，壓電效應有正壓電效應和逆壓電效應之分。1）正壓電效應科學家在研究中發(fā)現(xiàn)，某些電介質在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電荷的極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷，當外力去掉后，又重新恢復到不帶電的狀態(tài)，當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變，這種現(xiàn)象稱作正壓電效應。具有壓電效應的材料稱作壓電材料。下圖分別繪出了某種壓電材料晶體在各種受力條件下所產(chǎn)生的電荷情況。從圖中可以看出，改變壓電材料的變形方向，可以改變其產(chǎn)生的電荷極性。實驗表明，壓電材料的線應變、剪應變、體積應變都可以引起壓電效應，利用這些效應可以制造出感受各種外力的傳感元件，用壓電材料制造的傳感元件稱作壓電元件。晶片上電荷極性與受力方向的關系2）逆壓電效應壓電效應是可逆的，下圖表示出了逆壓電效應的實驗過程。當在壓電元件上沿著電軸的方向施加電場，壓電元件將產(chǎn)生機械形變或機械應力，當外加電場撤去時，這些形變或應力也隨之消失。如果外加電場的大小、方向發(fā)生變化，壓電元件的機械形變的大小、方向也隨之相應變化，這種現(xiàn)象稱作逆壓電效應，也稱電致伸縮效應?？梢韵胂螅斖饧与妶鲆院芨叩念l率按正弦規(guī)律變化時，壓電元件的機械形變也將按正弦規(guī)律快速變化，使壓電元件產(chǎn)生機械振動，超聲波發(fā)射元件就是利用這種效應制作的。電致伸縮效應利用正壓電效應制成的壓電傳感器，可以將力、壓力、振動、加速度等非電量轉換為電量，從而進行精密測量。正壓電效應還可應用于揚聲器、電唱頭等電聲器件，把機械振動（聲波）轉換為電振動。利用逆壓電效應可制成超聲波發(fā)生器、聲發(fā)射傳感器、壓電揚聲器、頻率高度穩(wěn)定的晶體振蕩器。利用正、逆壓電效應可制成壓電超聲波探頭、壓電表面波傳感器、壓電陀螺等。2.壓電材料1）壓電材料的分類迄今為止，壓電材料可分為三大類：壓電晶體：它是一種單晶體，包括壓電石英晶體和其他壓電單晶。壓電陶瓷：它是一種人工制造的多晶體，例如鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇、妮酸鍶等。新型壓電材料：其中比較重要的有壓電半導體和有機高分子壓電材料兩種，壓電半導體有氧化鋅（ZnO）、硫化鋅（ZnS）、碲化鎘（CdTe）、硫化鎘（CdS）、碲化鋅（ZnTe）和砷化稼（GaAs）等。2）壓電材料的主要特性參數(shù)壓電常數(shù)：這是衡量材料壓電效應強弱的參數(shù)，它直接關系到壓力輸出靈敏度；彈性常數(shù)：壓電材料的彈性常數(shù)(剛度)決定著壓電器件的固有頻率動態(tài)特性；介電常數(shù)：對于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數(shù)有關，而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限；機電耦合系數(shù)：在壓電效應中，轉換輸出的能量(如電能)與輸入的能量(如機械能)之比的平方根，它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數(shù)；電阻：壓電材料的絕緣電阻將減小電荷的泄漏，從而改善壓電傳感器的低頻特性；居里點：即壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。3）石英晶體常見的壓電晶體有天然和人造石英晶體。石英晶體，俗稱水晶，其化學成分為Si02（二氧化硅）。石英晶體是一種性能良好的壓電晶體。其突出的優(yōu)點是性能非常穩(wěn)定，介電常數(shù)與壓電系數(shù)的溫度穩(wěn)定性特別好，且居里點高，可以達到575℃。此外，石英晶體還具有機械強度高、絕緣性能好、動態(tài)響應快、線性范圍寬、遲滯小等優(yōu)點。但石英晶體壓電系數(shù)較小，靈敏度低，且價格較貴，所以只在標準傳感器、高精度傳感器或高溫環(huán)境下工作的傳感器中作為壓電元件使用。天然石英晶體性能優(yōu)于人造石英，但是天然石英價格更高。天然結構石英晶體的外形如左圖所示，是一個正六面體，在晶體學中它可用三根互相垂直的軸來表示，其電z軸稱為光軸；x軸稱為電軸；與x軸和z軸同時垂直的y軸(垂直于正六面體的棱面)稱為機械軸。從晶體上沿軸線方向切下的薄片稱為晶體切片，簡稱晶片。當沿著電軸x方向對壓電晶片施加力的作用時，將在垂直于x軸的表面上產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)象稱為縱向壓電效應。沿著機械軸y方向施加力的作用時，電荷仍出現(xiàn)在與x軸垂直的表面上，這種現(xiàn)象稱為橫向壓電效應，其原理如右圖所示。當沿著光軸z方向施加力的作用時不產(chǎn)生壓電效應。石英晶體外形圖及晶軸示意圖石英晶體切片圖及示意圖4）壓電陶瓷

壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。與石英晶體相比，壓電陶瓷的壓電系數(shù)很高，制造成本很低。因此，在實際中使用的壓電傳感器，大都采用壓電陶瓷材料。壓電陶瓷的弱點是，居里點較石英晶體要低200℃~400℃，性能沒有石英晶體穩(wěn)定。但隨著材料科學的發(fā)展，壓電陶瓷的性能正在逐步提高。主要有鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷、妮酸鹽系壓電陶瓷等。壓電陶瓷內部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇，有一定的極化方向，從而存在一定電場。在沒有外電場時，電疇雜亂分布，它們各自的極化效應被相互抵消，壓電陶瓷內極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具有壓電性質，如圖（a）所示。在陶瓷上施加外電場時，材料得到極化。外電場越強，就有更多的電疇更完全地轉向外電場方向。當外電場去掉時，剩余極化強度很大，這時的材料才具有壓電特性，如圖（b）所示。壓電陶瓷的極化極化處理后，陶瓷材料內部存在很強的剩余極化，當陶瓷材料收到外力作用時，電疇的界限發(fā)生移動，電疇發(fā)生偏轉，從而引起剩余極化強度的變化，因而在垂直于極化方向的平面上將出現(xiàn)極化電荷的變化，即極化面上將出現(xiàn)極化電荷的變化。這種因受力而產(chǎn)生的機械效應轉變?yōu)殡娦瑢C械能轉變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是壓電陶瓷的正壓電效應。壓電陶瓷具有壓電常數(shù)大，靈敏度高、燒制方便、易成形、耐濕、耐高溫的優(yōu)點；制造工藝成熟，可以通過合理配方和摻雜等人工控制方法來達到所要求的性能；成形工藝好，成本低廉，得到了廣泛應用。5）新型壓電材料壓電半導體。有些晶體材料既有半導體性質，又有壓電效應，如硫化鋅（ZnS）、碲化鎘（CdTe）、氧化鋅（ZnO）、硫化鎘（CdS）、碲化鋅（ZnTe）和砷化稼（GaAs）等。因此既可用其壓電性研制傳感器，又可用其半導體特性制作電子器件；也可以兩者結合，集元件與線路于一體，研制成新型集成壓電傳感器測試系統(tǒng)。高分子壓電材料。某些合成高分子聚合物經(jīng)延展拉伸和電場極化后，形成具有一定壓電性能的薄膜，稱之為高分子壓電薄膜。目前常見的壓電薄膜有聚氟乙烯（PVF）、聚偏氟乙烯（PVF2）、聚氯乙烯（PVC）、和尼龍11等。另一種是在高分子化合物中摻有壓電BaTiO3粉末，制成高分子壓電薄膜。這種復合壓電材料同樣既保持了高分子壓電薄膜的柔軟性，又具有較高的壓電特性和機電耦合系數(shù)。3.壓電傳感器的組成及結構壓電式力傳感器是以壓電元件為轉換元件，輸出電荷與作用力成正比的力-電轉換裝置。壓電式力傳感器的種類很多，在工程實際應用中，根據(jù)其測力的情況，分為單分量力傳感器與多分量力傳感器。壓電式力傳感器多為荷重墊圈式結構，它由底座、傳力上蓋、壓電晶片、電極、絕緣套、電極引出端子構成。下圖為壓電式單向測力傳感器的結構示意圖。兩塊壓電晶片反向疊在一起，電極3為負極，底座與傳力上蓋形成正極，絕緣套使正負極隔離。壓電元件采用并聯(lián)接法，提高了傳感器的電荷靈敏度。壓電式單向測力傳感器的結構1-傳力上蓋；2-壓電晶片；

3-中心電極；4-引出端子；5-絕緣套；6-底座

被測力通過傳力上蓋使壓電元件受壓力作用而產(chǎn)生電荷。由于傳力上蓋的彈性變形部分的厚度很薄，只有0.1~0.5mm，因此靈敏度非常高。這種力傳感器體積小，重量輕（10克左右），分辨力可達10-3g，固有頻率50~60Hz，主要用于頻率變化小于20KHz的動態(tài)力測量。其典型應用有，在機床動態(tài)切削力的測試中作力傳感器；在表面粗糙度測量儀中作力傳感器；在測量軸承支座反力時作力傳感器。

使用時，壓電元件裝配時必須施加較大的預緊力，以消除各部件與壓電元件之間、壓電元件與壓電元件之間因加工粗糙造成接觸不良而引起的非線性誤差，使傳感器工作在線性范圍。4.1.3壓磁式壓力傳感器1.壓磁式壓力傳感器的工作原理某些鐵磁材料（磁致伸縮材料）受到壓縮時，導磁率沿應力方向下降，而沿與應力垂直方向增加，稱為壓磁效應。當材料受拉力時，磁導率變化則相反。

壓磁效應工作原理如下圖所示。無外力作用時，載流導線通過這種材料的中孔，材料中的磁力線呈以導線為中心的同心圓分布。在外力作用下，磁力線呈橢圓分布，橢圓長軸與外力（拉力）方向一致。若該鐵磁材料開有四個對稱的通孔，交叉繞兩組相互垂直的線圈，勵磁線圈所產(chǎn)生的磁力線在線圈兩側對稱布置，合成磁場強度與測量線圈平面平行。在無外力作用時，磁力線不和測量線圈交聯(lián)，從而使得后者不產(chǎn)生感應電動勢，一旦受到外力的作用，磁力線發(fā)生變化，部分磁力線和測量線圈交聯(lián)，在該線圈中產(chǎn)生感應電動勢。作用力越大，感應電動勢越大。壓磁效應2.壓磁式壓力傳感器的結構壓磁式壓力傳感器的典型結構形式如下圖所示，圖中三種結構形式的主要區(qū)別是壓磁元件的結構形式不同。壓磁式壓力傳感器在使用上需要考慮受力點的位置，壓磁式壓力傳感器如果受力點不同，即使受力值相同，檢測結果也有可能不同。所以，一般傳感器敏感元件作為核心部件，周圍布置有彈性框架傳遞力引起的變形，避免檢測中的不確定性。壓磁式壓力傳感器的典型結構形式3.壓磁式壓力傳感器的特點壓磁式傳感器具有輸出功率大、抗干擾能力強、過載性能好、結構和電路簡單、能在惡劣環(huán)境下工作、壽命長等一系列優(yōu)點。目前，這種傳感器已成功用在冶金、礦山、造紙、印刷、運輸?shù)裙I(yè)部門。例如，用來檢測軋鋼的軋制力、鋼帶的張力、吊車提物的自動檢測、配料的稱重、金屬切削過程中的切削力及電梯安全保護等。4.1.4振弦式力傳感器

2.振弦的材料

振弦的材料與質量直接影響傳感器的精度、靈敏度和穩(wěn)定性。鎢絲的性能穩(wěn)定，硬度、熔點和抗拉強度都很高，是常用的振弦材料。此外，還可用琴弦、高強度鋼絲、鈦絲等作為振弦材料。3.振弦式力傳感器系統(tǒng)的構成和工作過程

振弦式力傳感器由振弦、磁鐵、夾緊裝置和受力機構組成。如圖所示，振弦的一端固定，另一端連接在受力機構上。利用不同的受力機構可做成檢測力、扭矩和加速度等的各種振弦式傳感器。振弦式傳感器一般在土木結構和大型機構的檢測中使用。工作時，振弦在激振器的激勵下振動，其振動頻率與受力的大小有關，拾振器通過電磁感應獲取振動頻率信號。振弦振動的激勵方式有間歇式和連續(xù)式兩種。在間歇激勵方式中，采用張弛振蕩器給出激勵脈沖，并通過一個繼電器使線圈通電并使磁鐵吸住弦上的軟鐵塊。激勵脈沖停止后，磁鐵被松開，使振弦自由振動。此時在線圈中產(chǎn)生感應電動勢，其交變頻率即為振弦的固有頻率。連續(xù)激勵方式又可分為電流法和電磁法兩種。電流法將振弦作為等效的LC回路并聯(lián)于振動電路中，使電路以振弦固有的頻率振蕩。電磁法采用兩個裝有線圈的磁鐵分別作為激勵線圈和拾振線圈。拾振線圈的感應信號被放大后又送至激勵線圈去補充振動的能量。力敏壓力傳感器實訓4.24.2力敏壓力傳感器實訓4.2.1

實訓目的及要求

通過實訓，掌握壓力薄膜傳感器與STM32F407接口技術及編程技術，能夠使用壓力薄膜傳感器進行壓力的檢測，在液晶顯示屏幕顯示壓力的變化。4.2.2DF9-16柔性薄膜壓力傳感器簡介1.特點

DF9-16柔性薄膜壓力傳感器是一種基于新型材料采用納米工藝制備而成的新型壓力傳感器，柔性防水封裝，不同于傳統(tǒng)的壓力傳感器，因其柔韌性好、可自由彎曲、厚度小、靈敏度高、檢測范圍寬、響應速度快、功耗低、穩(wěn)定性優(yōu)異、生物相容性好、材料體系安全、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，尤其適用于柔軟表面接觸應力的測量，在智能家居、智慧醫(yī)療、可穿戴設備等領域具有廣泛的應用前景。2.DF9-16薄膜壓力傳感器尺寸規(guī)格及技術指標薄膜壓力傳感器是一種電阻式傳感器，輸出電阻隨著施加在傳感器表面壓力的增大而減小，通過特定的壓力-電阻關系，可以測量出壓力的大小。DF9-16系列共5個量程：500g；2kg；5kg；10kg；20kg。圖4-15DF9-16柔性薄膜壓力傳感器的尺寸圖DF9-16的技術指標3.DF9-16的力敏特性

下圖為量程2KG的DF9-16柔性薄膜壓力傳感器壓力-電阻值曲線，需要說明的是，圖表中的曲線是在特定條件下測得的數(shù)據(jù)繪制而成，曲線關系僅供參考，實際數(shù)據(jù)請根據(jù)具體應用情況安裝后測試。4.3.3DF9-16接口電路設計

壓力薄膜傳感器實訓原理圖如右圖所示。主控芯片STM32F407的最小系統(tǒng)及人機接口原理圖見附錄A，力敏薄膜和R2串聯(lián)，中點信號進U1運放，運放是射隨形式，運放的4腳將模擬信號輸出連接STM32F407的PF4引腳。實訓原理圖4.3.4程序設計

本次實訓程序的任務是采用壓力薄膜對力進行檢測，該任務功能主要由main.c、STM32F40x_ADC.c程序文件完成，STM32F40x_ADC.c完成外設ADC的配置、AD轉換以及數(shù)據(jù)的采集，main.c將采集到的電壓值通過LCD液晶屏以數(shù)據(jù)和圖表的方式顯示。實訓程序設計要點如下：（1）配置RCC寄存器組，打開ADC設備時鐘，打開GPIOF設備時鐘；（2）配置GPIOF.4為模擬輸入模式，無上拉/下拉電阻；（3）AD轉換、數(shù)據(jù)處理并顯示。4.2.5程序運行結果

掃描二維碼獲得整個工程文件，編譯并運行程序，可以看到液晶顯示屏顯示AD轉換的數(shù)字量和經(jīng)過處理后的電壓值，用手按壓力敏薄膜，電壓會發(fā)生變化，并且可以看到隨壓力變化而變化的曲線。氣體壓力芯片應用實訓4.34.3氣體壓力芯片應用實訓4.3.1

實訓目的及要求

通過實訓，掌握氣體壓力傳感器MS5611的使用方法，掌握氣體壓力傳感器MS5611與STM32F407接口技術及編程技術，熟悉使用MS5611對大氣壓力進行測量，掌握SPI總線的編程方法。在液晶顯示屏幕顯示出當前溫度、大氣壓力及海拔高度。4.3.2氣體壓力傳感器MS5611簡介1.特點MS5611氣壓傳感器是由MEAS（精量電子公司）推出的一款SPI和I2C總線接口的新一代高分辨率氣壓傳感器，如下圖所示。分辨率可達到10cm。該傳感器模塊包括一個高線性度的壓力傳感器和一個超低功耗的24位ΔΣ模數(shù)轉換器。MS5611提供了一個精確的24位數(shù)字壓力值和溫度值以及不同的操作模式，可以提高轉換速度并優(yōu)化電流消耗。高分辨率的溫度輸出，無須額外傳感器可實現(xiàn)高度計/溫度計功能?？梢耘c幾乎任何微控制器連接。通信協(xié)議簡單，無需在設備內部寄存器編程。MS5611壓力傳感器只有5.0毫米×3.0毫米×1.0毫米的小尺寸可以集成在移動設備中，具有高穩(wěn)定性以及非常低的壓力信號滯后。2.應用及詳細參數(shù)

氣體壓力傳感器MS5611廣泛應用于移動高度計/氣壓計系統(tǒng)、自行車電腦、戶外或多模手表、數(shù)據(jù)記錄器、GPS、智能手機、氣壓補償、空氣密度補償?shù)阮I域。其詳細技術參數(shù)：類型：絕壓；接口：I2C、SPI；精確度：25℃,750mbar時-1.5～+1.5mbar；分辨率：可達10CM；供電電源：1.8V～3.6V；封裝：陶瓷/金屬；工作溫度范圍：-40℃～85℃。3.MS5611具體IO口定義

4.MS5611典型接線

MS5611氣壓傳感器具有SPI和I2C兩種總線通信方式，左圖所示為SPI總線接口，