压力传感器（应变片 + AD620）

电阻应变式 · 仪表放大器 · 微小信号放大采集

一、理论基础

1.1 传感器概述

本实验采用电阻应变式压力传感器配合AD620 仪表放大器。当在压力传感器上施加压力时，传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大后输出到模数转换器，微处理器通过 A/D 采集口采集此模拟信号，并经过运算计算出压力值。

电阻应变式传感器是应用最广泛的压力/称重传感器类型，具有精度高、测量范围广、频率响应好、结构简单等优点。

1.2 关键特性

组成	说明
敏感元件	电阻应变片（惠斯通电桥）
放大芯片	AD620 仪表放大器（低功耗、高精度）
供电	VCC5（传感器）+ VCC5（运放）
输出	模拟电压（经放大后）
采集	CC2530 ADC（P0.6）
典型应用	称重、压力、液位、扭矩

1.3 工作原理

应变效应：金属导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值会发生相应变化，这一现象称为应变效应。电阻应变片就是利用这一原理制成的敏感元件。

惠斯通电桥：将 4 个应变片组成惠斯通电桥，当受到压力时，电桥失衡，输出与压力成正比的微小电压信号（通常为 mV 级）。

仪表放大（AD620）：电桥输出的信号非常微弱（mV 级），需要用仪表放大器放大到 ADC 可采集的范围（0~3.3V）。AD620 是一款高精度、低功耗的仪表放大器，只需一个外接电阻即可设置增益（1 ~ 10000 倍）。

1.4 典型应用

• 电子秤、称重系统
• 工业压力测量（管道、容器）
• 液位测量（通过水压计算水深）
• 材料力学测试
• 海洋水压/水深监测
• 扭矩、张力测量

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二、实验实例：压力传感器采集

2.1 实验目的

1. 掌握压力传感器的工作原理
2. 掌握压力传感器采集程序的编程方法

2.2 实验内容

在 IAR 集成开发环境中编写压力传感器采集程序，通过 AD620 放大后由 CC2530 ADC 采集压力信号。

2.3 预备知识

1. 了解 C 语言的基本知识
2. 了解 IAR 中编写和调试程序的方法
3. 了解仪表放大器和惠斯通电桥的基本原理

2.4 实验设备

• 硬件：WSN-V 教学实验箱（带传感器扩展板）、PC 机
• 软件：Windows + IAR EW for 8051、串口调试助手

2.5 接口电路

通过仪器放大芯片 AD620 将压力传感器的微小电阻变化转换为比较大的模拟电压变化，然后通过 CC2530 的 A/D 口 P0.6 进行采集。

电路说明：

• M3 为压力传感器（应变片惠斯通电桥，红/黑/白/绿四线）
• R20（49.9Ω）为 AD620 增益设置电阻
• AD620 的 IN+/IN- 接电桥输出，OUT 经 R10（0Ω）接 P0.6
• R14（3K/NC）为下拉/配置电阻
• VCC5 供电

2.6 关键函数

void Sensor_PIN_INT(void)：对相应的 I/O 口进行配置。

uint16 ReadAdcValue(uint8 ChannelNum, uint8 DecimationRate, uint8 RefVoltage)：用指定的参考电压、分辨率，读出指定 A/D 端口的数据（P0.6 对应 AIN6 通道）。

2.7 实验步骤

1. 连接好仿真器及传感器扩展板
2. 新建工程 PRESSURE，添加相应文件并修改工程设置
3. 创建 PRESSURE.c 并加入到工程中
4. 编写压力采集相关函数，循环采集 AD620 输出的电压值，通过串口发送
5. 编译下载运行，对压力传感器施加不同压力（如用手按压），观察串口输出的电压值变化

2.8 实验结果

对压力传感器施加压力时，串口输出的 ADC 采集值随之变化；压力越大，电桥输出越大，经 AD620 放大后的电压越高，ADC 采集值越大。

知识点

应变式压力传感器的输出与压力之间基本呈线性关系，但需要进行零点校准（空载时的 ADC 值）和满量程校准（已知压力下的 ADC 值），通过线性插值 P = (ADC - ADC_zero) × (P_full / (ADC_full - ADC_zero)) 计算实际压力值。AD620 的增益由外接电阻 Rg 决定：G = 1 + 49.4kΩ / Rg。

内容来源：《WSN-V 物联网综合教学实验指导书》第 7 章·7.6 压力传感器实验，结合课程教学经验整理。

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