CN204241137U - 两线制智能压力变送器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种两线制智能压力变送器，包括传感器信号调理检测模块、人机交互模块和HART通信模块。本实用新型选用了超低功耗16位嵌入式微处理器MSP430F435作为压力变送器的控制核心，并充分利用了微处理内部资源，在提高了系统的集成度同时，降低了系统功耗，采用A5191HRT和AD421设计HART协议通信模块具有电路设计简单、工作可靠性高的优点，且能够从4～20mA模拟电流回路中获取能量供给整个变送器工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种压力变送器，具体是一种两线制智能压力变送器。
背景技术
传统的压力变送器仅提供模拟信号4～20mA电流环输出，随着微电子技术的迅速发展，越来越多的智能变送器开始支持数字信号传输的现场总线协议，HART协议与其他只支持数字信号传输的现场总线协议相比，HART协议智能变送器的最大特点就是在传输数字信号的同时，保留了4～20mA电流环信号，在数字仪表取代传统模拟仪表的过渡阶段起到了重要的作用，于是，如何提高系统集成度并降低系统功耗成为智能压力变送器的研究方向。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有高系统集成度且功耗低的两线制智能压力变送器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种两线制智能压力变送器，包括传感器信号调理检测模块、人机交互模块和HART通信模块，所述传感器信号调理检测模块采用低功耗仪表放大器将压力传感器输出微弱电压信号滤波放大调理到合适的电压范围内，通过ADC采集调理后的电压信号，送到MCU做线性化处理和补偿运算得到待测量的压力，所述人机交互模块包括液晶显示屏和键盘，用于变送器菜单设置，完成本地参数的设置和修改，并通过液晶屏显示，所述HART通信模块一方面将MCU输出数字量经DAC转换得到对应的4～20mA电流，另一方面HART调制解调器将叠加在电流环路上FSK数字信号解调，经通用串口接口送入MCU，并将MCU发送相应的应答帧调制成FSK数字信号，叠加在4～20mA电流信号上发送出去。
所述传感器为硅压阻式压力传感器，采用恒流源激励电路，所述恒流源激励电路包括运放IC1和电阻R14，所述电阻R14连接电源V1，电阻R14另一端分别连接运放IC1引脚1和电阻R15，电阻R15另一端连接电阻R16并接地，电阻R16另一端分别连接运放IC1引脚2、电位器RP1和电位器RP2，所述运放IC1引脚3分别连接电位器RP3、电位器RP3滑片、电位器RP4和电位器RP4滑片，电位器RP3另一端分别连接电位器RP1另一端、电位器RP1滑片、电位器PR2滑片和输出端V-，电位器RP2另一端分别连接电位器RP4另一端和输出端V+。
所述传感器信号调理检测模块、人机交互模块和HART通信模块均连接微处理器MSP430F435。
所述HART通信模块包括模数转换器U1和HART调制解调芯片U2，所述模数转换器U1引脚Vcc分别连接电源VCC、电容C1、三极管VT1基极和MOS管S极，所述电容C1另一端连接模数转换器U1引脚LV，所述MOS管D极分别连接微处理器MSP430F435引脚LOOP+和三极管VT1集电极，三极管VT1发射极连接模数转换器U1引脚BOOST，模数转换器U1引脚BEFOUT1连接电容C2，电容C2另一端连接电容C3并接地，电容C3另一端分别连接模数转换器U1引脚BEFOUT2和模数转换器U1引脚REFIN，模数转换器U1引脚DRIVE连接电阻R1，电阻R1另一端连接接地电容C5，所述MOS管G极连接电容C4，电容C4另一端连接模数转换器U1引脚COMP，模数转换器U1引脚COM分别连接电容C7、电容C8和电容C9并接地，电容C6另一端连接模数转换器U1引脚TEST1，电容C7另一端连接模数转换器U1引脚TEST2，电容C8另一端分别连接模数转换器U1引脚TEST3和电容C12，模数转换器U1引脚LOOPRTN连接微处理器MSP430F435引脚LOOP-，所述电容C12另一端连接HART调制解调芯片U2引脚OTXA，HART调制解调芯片U2引脚INRESET连接电阻R9，电阻R9另一端分别连接电源VCC、电容C14、HART调制解调芯片U2引脚VDD、HART调制解调芯片U2引脚VSS和HART调制解调芯片U2引脚VDDA，所述电容C14另一端连接电阻R10并接地，电阻R10另一端连接HART调制解调芯片U2引脚OSBIAS，HART调制解调芯片U2引脚IXTL接地，HART调制解调芯片U2引脚OTXL连接微处理器MSP430F435引脚ACLK，HART调制解调芯片U2引脚ICDREF分别连接电阻R11和电阻R12，电阻R12另一端分别连接电容C15和二极管D1正极并接地，二极管D1负极分别连接电阻R13、电容C15另一端、电阻R11另一端、电阻R8和HART调制解调芯片U2引脚IAREF，所述电阻R13另一端连接电源VCC，所述HART调制解调芯片U2引脚IRXAC分别连接电阻R2和接地电容C13，电阻R2另一端分别连接电阻R3和HART调制解调芯片U2引脚QRXAF，电阻R3另一端分别连接电容C9、电容C10和电阻R5，电容C9另一端连接电阻R4，电阻R4另一端分别连接电阻R7、电阻R8另一端和HART调制解调芯片U2引脚IRXA，所述电阻R7另一端分别连接电阻R5另一端和电阻R6并接地，电阻R6另一端分别连接电容C10另一端和电容C11，电容C11另一端连接微处理器MSP430F435引脚LOOP+。
作为本实用新型再进一步的方案：所述模数转换器U1型号为AD421，所述HART调制解调芯片U2型号为A5191HRT。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型选用了超低功耗16位嵌入式微处理器MSP430F435作为压力变送器的控制核心，并充分利用了微处理内部资源，在提高了系统的集成度同时，降低了系统功耗。采用A5191HRT和AD421设计HART协议通信模块具有电路设计简单、工作可靠性高的优点，且能够从4～20mA模拟电流回路中获取能量供给整个变送器工作。
附图说明
图1为两线制智能压力变送器的结构框图；
图2为两线制智能压力变送器中压力传感器的恒流源激励电路；
图3为两线制智能压力变送器中HART通信模块电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1～3，本实用新型实施例中，一种两线制智能压力变送器，包括传感器信号调理检测模块、人机交互模块和HART通信模块，传感器信号调理检测模块采用低功耗仪表放大器将压力传感器输出微弱电压信号滤波放大调理到合适的电压范围内，通过ADC采集调理后的电压信号，送到MCU做线性化处理和补偿运算得到待测量的压力，人机交互模块包括液晶显示屏和键盘，用于变送器菜单设置，完成本地参数的设置和修改，并通过液晶屏显示，HART通信模块一方面将MCU输出数字量经DAC转换得到对应的4～20mA电流，另一方面HART调制解调器将叠加在电流环路上FSK数字信号解调，经通用串口接口送入MCU，并将MCU发送相应的应答帧调制成FSK数字信号，叠加在4～20mA电流信号上发送出去。
传感器为硅压阻式压力传感器，采用恒流源激励电路，恒流源激励电路包括运放IC1和电阻R14，电阻R14连接电源V1，电阻R14另一端分别连接运放IC1引脚1和电阻R15，电阻R15另一端连接电阻R16并接地，电阻R16另一端分别连接运放IC1引脚2、电位器RP1和电位器RP2，运放IC1引脚3分别连接电位器RP3、电位器RP3滑片、电位器RP4和电位器RP4滑片，电位器RP3另一端分别连接电位器RP1另一端、电位器RP1滑片、电位器PR2滑片和输出端V-，电位器RP2另一端分别连接电位器RP4另一端和输出端V+。
传感器信号调理检测模块、人机交互模块和HART通信模块均连接微处理器MSP430F435。
HART通信模块包括模数转换器U1和HART调制解调芯片U2，模数转换器U1引脚Vcc分别连接电源VCC、电容C1、三极管VT1基极和MOS管S极，电容C1另一端连接模数转换器U1引脚LV，MOS管D极分别连接微处理器MSP430F435引脚LOOP+和三极管VT1集电极，三极管VT1发射极连接模数转换器U1引脚BOOST，模数转换器U1引脚BEFOUT1连接电容C2，电容C2另一端连接电容C3并接地，电容C3另一端分别连接模数转换器U1引脚BEFOUT2和模数转换器U1引脚REFIN，模数转换器U1引脚DRIVE连接电阻R1，电阻R1另一端连接接地电容C5，MOS管G极连接电容C4，电容C4另一端连接模数转换器U1引脚COMP，模数转换器U1引脚COM分别连接电容C7、电容C8和电容C9并接地，电容C6另一端连接模数转换器U1引脚TEST1，电容C7另一端连接模数转换器U1引脚TEST2，电容C8另一端分别连接模数转换器U1引脚TEST3和电容C12，模数转换器U1引脚LOOPRTN连接微处理器MSP430F435引脚LOOP-，电容C12另一端连接HART调制解调芯片U2引脚OTXA，HART调制解调芯片U2引脚INRESET连接电阻R9，电阻R9另一端分别连接电源VCC、电容C14、HART调制解调芯片U2引脚VDD、HART调制解调芯片U2引脚VSS和HART调制解调芯片U2引脚VDDA，电容C14另一端连接电阻R10并接地，电阻R10另一端连接HART调制解调芯片U2引脚OSBIAS，HART调制解调芯片U2引脚IXTL接地，HART调制解调芯片U2引脚OTXL连接微处理器MSP430F435引脚ACLK，HART调制解调芯片U2引脚ICDREF分别连接电阻R11和电阻R12，电阻R12另一端分别连接电容C15和二极管D1正极并接地，二极管D1负极分别连接电阻R13、电容C15另一端、电阻R11另一端、电阻R8和HART调制解调芯片U2引脚IAREF，电阻R13另一端连接电源VCC，HART调制解调芯片U2引脚IRXAC分别连接电阻R2和接地电容C13，电阻R2另一端分别连接电阻R3和HART调制解调芯片U2引脚QRXAF，电阻R3另一端分别连接电容C9、电容C10和电阻R5，电容C9另一端连接电阻R4，电阻R4另一端分别连接电阻R7、电阻R8另一端和HART调制解调芯片U2引脚IRXA，电阻R7另一端分别连接电阻R5另一端和电阻R6并接地，电阻R6另一端分别连接电容C10另一端和电容C11，电容C11另一端连接微处理器MSP430F435引脚LOOP+。
模数转换器U1型号为AD421，HART调制解调芯片U2型号为A5191HRT。
本实用新型的工作原理是：微处理器MSP430F435在进入定时器中断后，会默认自动屏蔽其它中断，因此需要在进入定时器中断后取消中断屏蔽，打开中断，使得HART通信中断能及时响应。HART协议通信程序根据HART协议规范要求，完成从设备数据链路层、应用层以及层间接口程序实现HART通信链路连接，链路仲裁，信号接收、识别、响应和发送。压力变送器在HART协议通信时作为从设备使用终端，上电复位后系统初始化要包含HART协议通信模块的初始化配置，如设定微处理器MSP430F435内部UART模块工作方式、通信波特率、数据帧格式等。由于HART总线为半双工模式，必须在接收到通信主机(上位机或手抄器)命令帧后，由微处理器MSP430F435做出相应的数据处理，产生应答帧，为了能够及时地接收到主机发送的命令又不影响主程序的正常运行，HART通信模块程序主要在中断程序来实现。当HART调制解调芯片A5191HRT的载波检测输出脚OCD变为高电平时，触发UART硬件中断，调用数据接收中断子程序，微处理器MSP430F435完成主机命令的接收和处理后，生成相应的应答帧，通过UART传送给HART调制解调芯片A5191HRT，由HART调制解调芯片A5191HRT调制成FSK信号通过模数转换器AD421叠加在4～20mA电流环上传送给主机，在完成应答后，退出中断子程序，进入低功耗模式，利用定时器中断、周期性地唤醒并执行测量主程序。
Claims (2)
1.一种两线制智能压力变送器，包括传感器信号调理检测模块、人机交互模块和HART通信模块，其特征在于，所述传感器信号调理检测模块采用低功耗仪表放大器将压力传感器输出微弱电压信号滤波放大调理到合适的电压范围内，通过ADC采集调理后的电压信号，送到MCU做线性化处理和补偿运算得到待测量的压力，所述人机交互模块包括液晶显示屏和键盘，用于变送器菜单设置，完成本地参数的设置和修改，并通过液晶屏显示，所述HART通信模块一方面将MCU输出数字量经DAC转换得到对应的4～20mA电流，另一方面HART调制解调器将叠加在电流环路上FSK数字信号解调，经通用串口接口送入MCU，并将MCU发送相应的应答帧调制成FSK数字信号，叠加在4～20mA电流信号上发送出去；
所述传感器为硅压阻式压力传感器，采用恒流源激励电路，所述恒流源激励电路包括运放IC1和电阻R14，所述电阻R14连接电源V1，电阻R14另一端分别连接运放IC1引脚1和电阻R15，电阻R15另一端连接电阻R16并接地，电阻R16另一端分别连接运放IC1引脚2、电位器RP1和电位器RP2，所述运放IC1引脚3分别连接电位器RP3、电位器RP3滑片、电位器RP4和电位器RP4滑片，电位器RP3另一端分别连接电位器RP1另一端、电位器RP1滑片、电位器PR2滑片和输出端V-，电位器RP2另一端分别连接电位器RP4另一端和输出端V+；
所述传感器信号调理检测模块、人机交互模块和HART通信模块均连接微处理器MSP430F435；
所述HART通信模块包括模数转换器U1和HART调制解调芯片U2，所述模数转换器U1引脚Vcc分别连接电源VCC、电容C1、三极管VT1基极和MOS管S极，所述电容C1另一端连接模数转换器U1引脚LV，所述MOS管D极分别连接微处理器MSP430F435引脚LOOP+和三极管VT1集电极，三极管VT1发射极连接模数转换器U1引脚BOOST，模数转换器U1引脚BEFOUT1连接电容C2，电容C2另一端连接电容C3并接地，电容C3另一端分别连接模数转换器U1引脚BEFOUT2和模数转换器U1引脚REFIN，模数转换器U1引脚DRIVE连接电阻R1，电阻R1另一端连接接地电容C5，所述MOS管G极连接电容C4，电容C4另一端连接模数转换器U1引脚COMP，模数转换器U1引脚COM分别连接电容C7、电容C8和电容C9并接地，电容C6另一端连接模数转换器U1引脚TEST1，电容C7另一端连接模数转换器U1引脚TEST2，电容C8另一端分别连接模数转换器U1引脚TEST3和电容C12，模数转换器U1引脚LOOPRTN连接微处理器MSP430F435引脚LOOP-，所述电容C12另一端连接HART调制解调芯片U2引脚OTXA，HART调制解调芯片U2引脚INRESET连接电阻R9，电阻R9另一端分别连接电源VCC、电容C14、HART调制解调芯片U2引脚VDD、HART调制解调芯片U2引脚VSS和HART调制解调芯片U2引脚VDDA，所述电容C14另一端连接电阻R10并接地，电阻R10另一端连接HART调制解调芯片U2引脚OSBIAS，HART调制解调芯片U2引脚IXTL接地，HART调制解调芯片U2引脚OTXL连接微处理器MSP430F435引脚ACLK，HART调制解调芯片U2引脚ICDREF分别连接电阻R11和电阻R12，电阻R12另一端分别连接电容C15和二极管D1正极并接地，二极管D1负极分别连接电阻R13、电容C15另一端、电阻R11另一端、电阻R8和HART调制解调芯片U2引脚IAREF，所述电阻R13另一端连接电源VCC，所述HART调制解调芯片U2引脚IRXAC分别连接电阻R2和接地电容C13，电阻R2另一端分别连接电阻R3和HART调制解调芯片U2引脚QRXAF，电阻R3另一端分别连接电容C9、电容C10和电阻R5，电容C9另一端连接电阻R4，电阻R4另一端分别连接电阻R7、电阻R8另一端和HART调制解调芯片U2引脚IRXA，所述电阻R7另一端分别连接电阻R5另一端和电阻R6并接地，电阻R6另一端分别连接电容C10另一端和电容C11，电容C11另一端连接微处理器MSP430F435引脚LOOP+。
2.根据权利要求1所述的两线制智能压力变送器，其特征在于，所述模数转换器U1型号为AD421，所述HART调制解调芯片U2型号为A5191HRT。
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