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模块式压力信号智能变送器的设计理论

来源:通博最新娱乐官网 时间:2018-07-26
压力信号变送器作为通用仪表被广泛应用于重量、压力、力矩等参数的检测中。变送器一般采用模拟电路设计制造,使用元件多、结构复杂、不易调试、成本高,特别是变送器的输出为模拟量,不利于和计
算机系统接口。如果以高性能单片机为核心设计模块式压力信号智能变送器,则可大大节省元件的数量,降低变送器的成本并减小体积、提高性能。由于变送器本身具有CPU,因此在参数测试的基础上还可以完成参数输入、数字显示、实时控制等任务。变送器还具有通信接口电路,可作为分布式计算机控制系统的控制节点(智能仪表)。
模块主要功能要求
(1)串行数字通信接口I(RS-485总线远程联网)。
(2)串行数字通信接口Ⅱ(SP总线,可接数显监控模块)。
(3)模拟量输出(电压0~5V)。
(4)脉冲频率输出(0~10kHz)。
设计方案
为了实现高性能/价格比的设计目标,必须精心选择模块的元器件、设计模块的电路及充分发挥App的功能。因此,选择高性能的单片机A1902313为模块核心,采用高精度集成仪表放大器进行信号放大,利用App实现8~16位的A/D转换,同时采用比率式测量和恒流供电技术,以大大减少电源电压和温度变化对传感信号的影响,并通过App分段线性化处理方法,提高仪器对传感器的适应性。
模块式智能通博最新娱乐官网硬件电路设计
电阻应变电测电路是小信号电路,其设计的关键有3点,即如何解决传感器的温度漂移与电压漂移、放大电路的零点漂移及A/D转换的基准电压漂移问题。由电阻应变电测技术可知,压力传感器为电阻电桥,当采用电压供电时,传感器的输出选择新型的集成仪表放大器AD623作为信号放大器,该芯片内含3个运算放大器,可在单电源下工作,提供满电源幅度的输出。AD623仅需单个电阻进行增益编程,具有高増益、高共模抑制比、低漂移、体积小、功耗低的特点,特别适合模块化电路应用选择新型的自动校零运算放大器mC4502为恒流源控制电路,给传感器提供电源,该芯片内含自动检测零点及D/A保持电路,能够自动消除零点漂移。电路中,改变R2与R3的比值可以改变起始电压V的大小,改变R的阻值可以改变传感器的恒流值,改变R。的阻值可以改变电路增益通过上述技术措施,解决了电阻应变电测电路的技术关键,不仅大大提高了测量电路的稳定性,而且简化了电路的设计。
模块式智能通博最新娱乐官网App程序设计
模块的App主要是主程序、定时中断及模拟量PwM输出程序、串行通信程序
1主程序
主程序主要是完成A/D的转换。根据硬件电路设计,设置K为总循环计数器,N为充电计数器,放电计数值M=K-Na这样可以由(12)式计算出电压Va,得到压力的实时测量值。为了保证A/D转换的稳定性,在主程序中不断的循环实行AD转换,结果放在N寄存器中。其他程序设置为中断服务程序,这样可保证A/D的转换,同时不影响其他程序的实行至于中断服务程序实行时间对A/D转换的影响,可以在进入中断服务程序时,将PD6脚置为高阻状态(既不充电、也不放电)来解决。AVR单片机能够以100ns的速度实行指令,进行12位A/D转换仅需2ms时间
2定时中断程序
定时中断程序设置为T中断,在中断服务程序中实行需要定时操作的任务,如计算A/D转换数值、数字滤波、线性化处理、显示数据刷新等。对于模拟量输出,利用AVR单片机的PWM功能,外加平滑滤波器及电压跟随器,将检测参数转换为电压输出。
3串行通信程序
串行通信程序由SP和R-485通信程序组成。SP通信程序完成扩展LO的控制,完成键盘输入、LED数字显示、光隔离开关量输出功能。RS-485通信程序完成与网络主机的数据通信,接收主机的命令及将检测数据传送到主机
结语
设计的模块式压力信号智能变送器,充分利用了高速AVR单片机的强大功能,电路简洁,成本低廉。实验结果证明,模块达到了设计要求。
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