【经验】优化与调试指南：差压传感器SM7391在呼吸机产品中的应用
【经验】优化与调试指南：差压传感器SM7391在呼吸机产品中的应用
SMI新推出一款内部集成16位MCU的差压传感器SM7391，其量程为±500pa，典型输出精度为±0.1%FS ，出厂时已经做了温度补偿和压力校准，温度补偿范围为-5℃至65℃，支持I2C和模拟输出。目前已经成功应用在于国内呼吸机产品中，主要通过差压传感器实现呼吸流量的计量。
很多工程师在使用SM7391时候，可能会遇到不同的技术问题，下面是基于某客户实际调试SM7391压力传感器的过程，希望给其他工程师给予借鉴
首先，差压传感器SM7391可以工作在3V或者5V系统中，支持标准I2C通信，工程师可以采用模拟I2C，也可以使用硬件I2C。很多工程师在询问SM7391的I2C地址，原厂设置为0x36。
其次，差压传感器SM7391的I2C输出值范围为-26214至+26214，而模拟输出对应电压范围10%VDD至90VDD，两种方式分别对应量程为-500pa至500pa，所以通过此可以计算出线性直线斜率。
第三，差压传感器SM7391内部集成低通滤波器，通过外置MCU可以设置三种不同的滤波参数：
1、截止频率fc=10hz 时，设置Part numbers 11, 12, 13；
2、截止频率fc=20hz 时，设置Part numbers 21, 22, 23；
3、截止频率fc=50hz 时，设置Part numbers 51, 52, 53；
第四，差压传感器SM7391出厂时温度补偿范围是-5℃至65℃，可以参考下面图片。而实际产品则要求-40℃至85℃，中间没有补偿的温度范围需要工程师自己在外置MCU中进行补偿。补偿方法可以依5℃为梯度进行温度、压力测试，将数据读取之后进行曲线拟合。
第五，差压传感器SM7391的典型电路如下图，很多工程师在询问13脚的作用。此引脚是SMI原厂出厂调试使用的，客户在使用差压传感器SM7391时只需要将该引脚接到GND上即可。
第六，差压传感器SM7391的测量结果存放在一个2字节的结果寄存器中，温度结果寄存器地址为0x2E，压力结果寄存器地址为0x30，状态结果寄存器地址为0x32。很多工程师只是需要压力值，所以MCU只需要读取0x30寄存器的值即可，然后通过与直线斜率计算出当前的压力值。 注意：差压传感器SM7391默认是低字节在前，高字节再后。 Pcounts=256*byte2+ byte1 如果工程师使用差压传感器SM7391为模拟输出，比如在3V系统中，-500pa输出电压为0.33V，500pa输出电压为2.97V，根据此计算出斜率，然后通过下列公式计算出压力值，单位为mbar。
在呼吸机产品中可以利用SMI推出的±500pa的差压传感器SM7391来实现流量测量。呼吸机产品中，是利用一个流量模组来实现气流经过管内膜片时，由于膜片的流通截面比管道截面小，气流形成局部收缩，会在膜片前后形成2000pa压力差，SM7391来检测压力差的变化量。
图1：SM7391在呼吸机产品的机会
在设计时候，流量模组的阻尼系数会影响到差压传感器的精度，而SM7391是基于MEMS的硅片设计原理，同时SM7391自带有-5℃至65℃温度补偿功能，会适应于市场上大部分流量模组。而SM7391是支持模拟、I2C输出，SM7391调试过程与其他品牌的并不是通用，下面分享关于SM7391的调试心得。
一、在硬件电路上，SM7391要求13引脚必须接到GND，以保证零度漂移精度。SM7391的AODO引脚是模拟输出，SCL/SDA引脚是I2C输出。
图2：SM7391的硬件电路图
二、SM7391是支持标准的I2C通信，默认I2C的地址为0x36。在SM7391内部分别使用2个字节来储存压力、温度和状态数据，其中0x2E储存是温度值，0x30储存是压力值，0x32储存是状态寄存器。特别注意的是只有先读取0x30后，才能再读取0x32。
三、SM7391支持三种不同的滤波器，当滤波器设置为11、12、13时候，截止Fc=10hz，当滤波器设置为21、22、23时候，截止Fc=20hz，当滤波器设置为51、52、53时候，截止Fc=50hz，依次设置SM7391内部的滤波器值，来达到相应频率与采用精度完全符合呼吸机项目需求。
四、在读取结果时候，SM7391输出格式为低字节在前，高字节在后。读取结果后，MCU中计算压力值P=256*byte2+byte1。同样方式，温度值也会被计算出来。
五、如果I2C输出精度无法满足呼吸机产品要求，可以直接采用模拟输出方式，在MCU中通过算法对SM7391的模拟电压进行二次标定，以提高SM9391的测量精度。假如VCC=3V，标定压力范围为-5mba至5mbar，对应SM7391要求输出幅值为10%*VCC至90%*VCC，那么二次标定过程如下：
通过上述标定，实际输出曲线如下图：
图3： SM7391的二次标定曲线
从SM7391的二次标定曲线中看出，标定后非线性度误差完全可以保证在0.1%FS之内，甚至会更高。
希望以上经验可以帮助到每一位工程师，加快压力传感器SM7391的设计进度。