CN105181188A - 智能压力变送器 - Google Patents

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陈旭财
李东海
王应军
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智能压力变送器,包括MCU计算处理中心、恒流/恒压驱动装置、压力数据采集装置、温度数据采集装置、人机交互装置、HART通讯装置和两线电流DAC装置,MCU计算处理中心与恒流/恒压驱动装置电连接,MCU计算处理中心还与温度数据采集装置电连接,恒流/恒压驱动装置与压力数据采集装置电连接,压力数据采集装置与MCU计算处理中心电连接,两线电流DAC装置、HART通讯装置和人机交互装置均与MCU计算处理中心双向电连接。本发明电路集成度高,结构简单,性能优良,具有温度补偿功能,恒压/恒流驱动可选择功能和HART通讯功能,综合性能优良。

Description

智能压力变送器
技术领域
本发明涉及一种智能压力变送器。
背景技术
智能压力变送器是以微处理器为核心的压力测量仪表,通过采集压力芯体(扩散硅)的差分电压信号,输出对应的两线4-20mA电流信号。被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与扩散硅无腔压力传感器介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
智能压力变送器广泛用于石油、天然气、化工、冶金、航空、汽车、医疗设备、电力、纸浆、造纸、城市煤气、钢铁、机械、造船等工业领域。
目前,市面上的智能压力变送器大多电路复杂,集成度较低,不带温度补偿功能,不带恒压/恒流驱动选择电路,不带HART通讯功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种集成度高,结构简单的智能压力变送器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
智能压力变送器,包括MCU计算处理中心、恒流/恒压驱动装置、压力数据采集装置、温度数据采集装置、人机交互装置、HART通讯装置和两线电流DAC装置,MCU计算处理中心与恒流/恒压驱动装置电连接,MCU计算处理中心还与温度数据采集装置电连接,恒流/恒压驱动装置与压力数据采集装置电连接,压力数据采集装置与MCU计算处理中心电连接,两线电流DAC装置、HART通讯装置和人机交互装置均与MCU计算处理中心双向电连接。
进一步,所述人机交互装置包括驱动器、按键电路、显示器和电源滤波电路,人机交互装置通过驱动器与MCU计算处理中心相连,按键电路、显示器和电源滤波电路均与驱动器电连接。
进一步,所述显示器选用笔段式液晶显示器,型号为GD46532,用于显示压力数据及设置菜单。驱动器选用驱动芯片HT1621B,成本低廉、性能稳定可靠。按键电路包括轻触小按键S1、轻触小按键S2和轻触小按键S3,轻触小按键S1与滤波电容C1并联后再与上拉电阻R1串联,轻触小按键S2与滤波电容C2并联后再与上拉电阻R2串联,轻触小按键S3与滤波电容C3并联后再与上拉电阻R3串联。电源滤波电路包括去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8,去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8相互并联。
轻触小按键S1、轻触小按键S2和轻触小按键S3,用于设置压力变送器的各种参数。滤波电容C1、滤波电容C2和滤波电容C3用于按键防抖。去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8用于电源滤波。
进一步,所述HART通讯装置采用ADI公司的HART通信芯片,型号为AD5700。AD5700的XTAL_EN接地,使能外部晶振。
进一步,所述MCU计算处理中心采用ADI公司的ADUCM361BCPZ128,ADUCM361BCPZ128内置温度传感器、单核多路复用24位ADC、片内基准电压源、SPI接口、UART通讯接口等。
进一步,所述两线电流DAC装置采用ADI公司的DAC芯片,型号为AD5421BREZ,用于输出压力变送器的4-20mA电流信号。
进一步,所述恒流/恒压驱动装置由MCU计算处理中心的ADUCM361BCPZ128和两线电流DAC装置的AD5421BREZ组成。恒流/恒压驱动装置即可给压力变送器提供恒流驱动,也可以提供恒压驱动。当需要提供恒流驱动时,其驱动由ADUCM361BCPZ128激励电流源提供。当需要提供恒压驱动时,其驱动由AD5421BREZ的REGOUT引脚提供。
进一步,所述温度数据采集装置由ADUCM361BCPZ128自带的单核多路复用24位ADC、片内基准电压源和温度传感器组成。
进一步,所述压力数据采集装置包括滤波电容C26、滤波电容C27和滤波电容C28。滤波电容C26一端接地,滤波电容C26另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN8引脚相连。滤波电容C28一端接地,滤波电容C28另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN9引脚相连。滤波电容C27一端与ADUCM361BCPZ128的AIN8引脚相连,滤波电容C27另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN9引脚相连。滤波电容C26和滤波电容C28用于压力信号的共模电压滤波,滤波电容C27用于压力信号的差分电压滤波。ADUCM361BCPZ128的AIN8引脚通过电阻R35与插接件P5的接口S+相连,ADUCM361BCPZ128的AIN9引脚通过电阻R24与插接件P5的接口S-相连。电阻R20一端与插接件P5的接口E+相连,电阻R20另一端与ADUCM361BCPZ128的AVDD引脚相连。电阻R21一端与插接件P5的接口E+相连,电阻R21另一端与ADUCM361BCPZ128的IEXC0引脚相连。电阻R25一端与插接件P5的接口E-相连,R25另一端与电阻R6一端相连,电阻R6另一端与电容C17相连,电阻R6另一端还与ADUCM361BCPZ128的AIN10引脚相连。电阻R25用于恒流源的补偿。电阻R20和电阻R21用于恒流/恒压驱动的选择,当电阻R20短接,电阻R21不连接时,此时为恒压驱动;当电阻R20不连接,电阻R21短接时,此时为恒流驱动。
进一步,所述MCU还可采用单片机MSP430,恒流/恒压驱动装置和两线电流DAC装置还可用运放搭建,温度传感器采用NTC或者PTC等。
本发明电路集成度高,结构简单,性能优良,具有温度补偿功能,恒压/恒流驱动可选择功能和HART通讯功能,综合性能优良。
附图说明
图1为本发明智能压力变送器的整体结构示意图;
图2(a)为图1所示智能压力变送器的人机交互装置结构示意图;
图2(b)为图2所示人机交互装置的按键电路图;
图2(c)为图2所示人机交互装置的电源滤波电路图;
图3为HART通讯装置采用AD5700芯片的引脚图;
图4为MCU计算处理中心采用ADUCM361BCPZ128芯片的引脚图;
图5为两线电流DAC装置采用AD5421BREZ芯片的引脚图;
图6为压力数据采集装置的电路图。
图中:1——MCU计算处理中心;2——恒流/恒压驱动装置;3——压力数据采集装置;4——温度数据采集装置;5——人机交互装置;5-1——驱动器;5-2——按键电路;5-3——显示器;5-4——电源滤波电路;6——HART通讯装置;7——两线电流DAC装置。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1,智能压力变送器,包括MCU计算处理中心1、恒流/恒压驱动装置2、压力数据采集装置3、温度数据采集装置4、人机交互装置5、HART通讯装置6和两线电流DAC装置7,MCU计算处理中心1与恒流/恒压驱动装置2电连接,MCU计算处理中心1还与温度数据采集装置4电连接,恒流/恒压驱动装置2与压力数据采集装置3电连接,压力数据采集装置3与MCU计算处理中心1电连接,两线电流DAC装置7、HART通讯装置6和人机交互装置5均与MCU计算处理中心1双向电连接。
参照图2(a),所述人机交互装置5包括驱动器5-1、按键电路5-2、显示器5-3和电源滤波电路5-4,人机交互装置5通过驱动器5-1与MCU计算处理中心1相连,按键电路5-2、显示器5-3和电源滤波电路5-4均与驱动器5-1电连接。
所述显示器选用笔段式液晶显示器,型号为GD46532,用于显示压力数据及设置菜单。驱动器选用驱动芯片HT1621B,成本低廉、性能稳定可靠。参照图2(b),按键电路包括轻触小按键S1、轻触小按键S2和轻触小按键S3,轻触小按键S1与滤波电容C1并联后再与上拉电阻R1串联,轻触小按键S2与滤波电容C2并联后再与上拉电阻R2串联,轻触小按键S3与滤波电容C3并联后再与上拉电阻R3串联。参照图2(c),电源滤波电路包括去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8,去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8相互并联。
轻触小按键S1、轻触小按键S2和轻触小按键S3,用于设置压力变送器的各种参数。滤波电容C1、滤波电容C2和滤波电容C3用于按键防抖。去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8用于电源滤波。
参照图3,所述HART通讯装置采用ADI公司的HART通信芯片,型号为AD5700。AD5700的XTAL_EN接地,使能外部晶振。AD5700的XTAL1与电容C30一端相连,电容C30另一端接地。AD5700的XTAL2与电容C31一端相连,电容C31另一端接地。电容C30、电容C31之间接有晶振Y2。AD5700的REF_EN外接电阻R8。AD5700的REG_CAP通过电容C22接地,AD5700的ADC_IP通过电阻R11、电容C23接地,电阻R11、电容C23串联。AD5700的VREF通过电容C23接地。电阻R12一端与AD5700的ADC_IP相连,电阻R12另一端接地;电容C20一端与电阻R12一端相连,电容C20另一端接电阻R10,电容C20两端并联有电容C19;电容C20另一端通过电容C21接地。AD5700的VCC通过电阻R9外接电源DVDD,AD5700的VCC通过电容C7接地。
参照图4,所述MCU计算处理中心采用ADI公司的ADUCM361BCPZ128,ADUCM361BCPZ128内置温度传感器、单核多路复用24位ADC、片内基准电压源、SPI接口、UART通讯接口等。ADUCM361BCPZ128的IOVDD0通过电容C11接地,ADUCM361BCPZ128的DVDD_REG通过电容C12接地。ADUCM361BCPZ128的AOM11/VBIAS直接接地。ADUCM361BCPZ128的VREF+通过电容C13接地。ADUCM361BCPZ128的VREF-、AGND和AIN11/VBIAS直接接地。ADUCM361BCPZ128的AVDD_REG通过电容C29接地。ADUCM361BCPZ128的INT_REF通过电容C10接地。
参照图5,所述两线电流DAC装置采用ADI公司的DAC芯片,型号为AD5421BREZ,用于输出压力变送器的4-20mA电流信号。D4为4.7V低漏电流齐纳二极管,放置在AD5421BREZ的COM引脚和LOOP-引脚之间,用于保护AD5421BREZ不烧毁,因为在正常工作条件下,COM引脚与LOOP-引脚之间的电压不超过1.5V。D1和D3用于反向电压保护。D2的作用是给液晶显示器的背光供电。TVS1和TVS2用于雷击浪涌保护。AD5421BREZ的DVDD和RINT_REXT均通过电容C6接地。AD5421BREZ的VS1通过电阻R4接于电容C6一端,AD5421BREZ的VS0通过电阻R5接于电容C6一端。AD5421BREZ的CIN通过电容C3接地。
所述恒流/恒压驱动装置由MCU计算处理中心的ADUCM361BCPZ128和两线电流DAC装置的AD5421BREZ组成。恒流/恒压驱动装置即可给压力变送器提供恒流驱动,也可以提供恒压驱动。当需要提供恒流驱动时,其驱动由ADUCM361BCPZ128激励电流源提供。当需要提供恒压驱动时,其驱动由AD5421BREZ的REGOUT引脚提供。
所述温度数据采集装置由ADUCM361BCPZ128自带的单核多路复用24位ADC、片内基准电压源和温度传感器组成。
参照图6,所述压力数据采集装置包括滤波电容C26、滤波电容C27和滤波电容C28。滤波电容C26一端接地,滤波电容C26另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN8引脚相连。滤波电容C28一端接地,滤波电容C28另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN9引脚相连。滤波电容C27一端与ADUCM361BCPZ128的AIN8引脚相连,滤波电容C27另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN9引脚相连。滤波电容C26和滤波电容C28用于压力信号的共模电压滤波,滤波电容C27用于压力信号的差分电压滤波。ADUCM361BCPZ128的AIN8引脚通过电阻R35与插接件P5的接口S+相连,ADUCM361BCPZ128的AIN9引脚通过电阻R24与插接件P5的接口S-相连。电阻R20一端与插接件P5的接口E+相连,电阻R20另一端与ADUCM361BCPZ128的AVDD引脚相连。电阻R21一端与插接件P5的接口E+相连,电阻R21另一端与ADUCM361BCPZ128的IEXC0引脚相连。电阻R25一端与插接件P5的接口E-相连,R25另一端与电阻R6一端相连,电阻R6另一端与电容C17相连,电阻R6另一端还与ADUCM361BCPZ128的AIN10引脚相连。电阻R25用于恒流源的补偿。电阻R20和电阻R21用于恒流/恒压驱动的选择,当电阻R20短接,电阻R21不连接时,此时为恒压驱动;当电阻R20不连接,电阻R21短接时,此时为恒流驱动。
所述MCU还可采用单片机MSP430,恒流/恒压驱动装置和两线电流DAC装置还可用运放搭建,温度传感器采用NTC或者PTC等。
以上对本发明的一种优选具体实施方式作了详细介绍。所述具体实施方式只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出,对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.智能压力变送器,其特征在于,包括MCU计算处理中心、恒流/恒压驱动装置、压力数据采集装置、温度数据采集装置、人机交互装置、HART通讯装置和两线电流DAC装置,MCU计算处理中心与恒流/恒压驱动装置电连接,MCU计算处理中心还与温度数据采集装置电连接,恒流/恒压驱动装置与压力数据采集装置电连接,压力数据采集装置与MCU计算处理中心电连接,两线电流DAC装置、HART通讯装置和人机交互装置均与MCU计算处理中心双向电连接。
2.根据权利要求1所述的智能压力变送器,其特征在于,所述人机交互装置包括驱动器、按键电路、显示器和电源滤波电路,人机交互装置通过驱动器与MCU计算处理中心相连,按键电路、显示器和电源滤波电路均与驱动器电连接。
3.根据权利要求2所述的智能压力变送器,其特征在于,所述显示器选用笔段式液晶显示器,型号为GD46532;驱动器选用驱动芯片HT1621B;按键电路包括轻触小按键S1、轻触小按键S2和轻触小按键S3,轻触小按键S1与滤波电容C1并联后再与上拉电阻R1串联,轻触小按键S2与滤波电容C2并联后再与上拉电阻R2串联,轻触小按键S3与滤波电容C3并联后再与上拉电阻R3串联;
电源滤波电路包括去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8,去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8相互并联;
轻触小按键S1、轻触小按键S2和轻触小按键S3,用于设置压力变送器的参数;滤波电容C1、滤波电容C2和滤波电容C3用于按键防抖;去耦电容C4、去耦电容C5和去耦电容C8用于电源滤波。
4.根据权利要求1或2所述的智能压力变送器,其特征在于,所述HART通讯装置采用ADI公司的HART通信芯片,型号为AD5700。
5.根据权利要求1或2所述的智能压力变送器,其特征在于,所述MCU计算处理中心采用ADI公司的ADUCM361BCPZ128,内置温度传感器、单核多路复用24位ADC、片内基准电压源、SPI接口、UART通讯接口。
6.根据权利要求5所述的智能压力变送器,其特征在于,所述两线电流DAC装置采用ADI公司的DAC芯片,型号为AD5421BREZ,用于输出压力变送器的4-20mA电流信号。
7.根据权利要求6所述的智能压力变送器,其特征在于,所述恒流/恒压驱动装置由MCU计算处理中心的ADUCM361BCPZ128和两线电流DAC装置的AD5421BREZ组成;恒流/恒压驱动装置即给压力变送器提供恒流驱动,也提供恒压驱动;当需要提供恒流驱动时,其驱动由ADUCM361BCPZ128的激励电流源提供;当需要提供恒压驱动时,其驱动由AD5421BREZ的REGOUT引脚提供。
8.根据权利要求5所述的智能压力变送器,其特征在于,所述温度数据采集装置由ADUCM361BCPZ128自带的单核多路复用24位ADC、片内基准电压源和温度传感器组成。
9.根据权利要求5所述的智能压力变送器,其特征在于,所述压力数据采集装置包括滤波电容C26、滤波电容C27和滤波电容C28;
滤波电容C26一端接地,滤波电容C26另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN8引脚相连;滤波电容C28一端接地,滤波电容C28另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN9引脚相连;
滤波电容C27一端与ADUCM361BCPZ128的AIN8引脚相连,滤波电容C27另一端与ADUCM361BCPZ128的AIN9引脚相连;
滤波电容C26和滤波电容C28用于压力信号的共模电压滤波,滤波电容C27用于压力信号的差分电压滤波。
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