【深大电赛】气压控制装置

本方案选用STM32F103R8T6单片机^[1]作为微处理器，负责整个气压控制系统数据处理和外设控制工作。

选用MPS-3119系列压力传感器采集气囊的气压数据，传感器微弱的电压信号首先需要经过放大才能输入给AD转换器使用，本方案选用INA128测量放大器^[2]进行信号放大，该放大器精度高，增益可调节，有高共模抑制比和低温飘的特点，适合用于小信号的放大。放大后的信号输入到单片机片内的ADC，转化成数字信号后再输入到微控制器中进行进一步操作。

利用两个旋转编码开关作为参数调整输入，其中一个用来设置目标气压值，初始时为粗调模式，旋转编码开关可以按动，按下旋钮开关切换粗调与细调模式。粗调模式时，编码器顺时针转动一圈气压目标值+20，逆时针转动一圈-20，变化步长为1，细调模式时，顺时针转动一圈气压目标值+2，逆时针转动一圈-2，变化步长为0.1。目标气压的调整范围为0.0~30.0。另一个旋转编码开关作为充/放气速度的调整旋钮，顺时针转动一格充/放气速度+1，逆时针转动一格-1，变化范围为0到10，按键切换调整充气速度和放气速度。

利用5V直流驱动的气泵对气囊进行充气，由单片机输出PWM信号控制一个NMOS场效应管的开关，并由NMOS控制气泵的工作，PWM输出的频率为5Hz。气泵输出端连接一个单向气阀，防止空气倒流造成气囊漏气。

放气电路选用5V直流驱动的两位三通微型电磁阀，该电磁阀有三个接口（如右图所示）。1孔连接气囊，2孔用于排气，3孔连接气泵，同时连接一个单向阀防止气体从气泵倒流。在电磁阀不通电时，气泵可以随时给气囊充气，电磁阀通电时，气泵充气通道关闭，同时气囊开始放气。

气压控制系统的状态由一个0.96寸12864 OLED显示屏模块显示，该显示屏由IIC接口控制，共有四个引脚，除了电源和地，还有一个时钟信号引脚和一个数据线引脚，可以由3.3V的单片机引脚直接驱动。该显示模块有128×64个像素，显示一个汉字需要16×16个像素，所以该模块能同时显示4行汉字，可以同时显示当前气压、目标气压、充气速度、放气速度、并指示当前目标气压调节速度、传感器工作状态、充放气调节状态。第一行显示当前气压，第二行显示目标气压，第三行显示充气速度和放气速度，第四行左边显示调节目标气压的速率，中间显示传感器工作状态，右边显示现在右边旋钮调节的是充气速度还是放气速度。

三段开关用来设置主控制板的工作状态，三段开关拨到上边为校准状态，此时压力传感器不连接气囊，单片机采集当前状态下的电压值，设置为气压0点。拨动到中间为暂停状态，系统待机，不采集数据，不充气放气。拨动到下边为正常工作状态。

本方案采用±5V供电，理论上5~8V电压输入均能正常工作，负电压的作用是给放大器提供负电源，否则输出将不能达到0V，将会造成数据实真。采用AMS1117-3.3低压差线性稳压电源，可将电源输入转换为3.3V恒压输出给单片机系统供电。