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差壓變送器

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基于STC15F2K56S2的差壓變送器設計應用

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 摘 要:作為防護系統的重要組成部分,差壓變送器可實時檢測密閉空間的內、外壓力差,并得到廣泛應用。本文簡要介紹了 SDP-1000L 微差壓傳感器的功能特性及其工作原理,并以該型號差壓傳感器為例,詳細闡述了一款基于 STC15F2K56S2 單片機的差壓變送器設計應用。Bte壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
        差壓變送器利用微差壓傳感器的基本特性,實時檢測方艙內、外的壓力差,并將其轉換為成比例的電信號,利用放大電路對該信號進行放大處理,再經過 A/D 變換后,將對應的數字信號由單片機進行處理,#后通過單片機串口和 RS232 電平轉換電路,形成標準的 RS232 接口,將處理信號輸出到上位機。變送器框圖如圖 1 所示。
差壓變送器框圖
1 微差壓傳感器 SDP-1000L 特性簡介
        SDP-1000L 微差壓傳感器是一種氣體差壓傳感器,量程為 - 5 Pa ~ 125 Pa。該傳感器的制作材質采用防化學腐蝕的 PPS,具有寬量程比,零漂移,長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
 
        該差壓傳感器只需直流 5 V 的電源供電,輸出為直流 0. 25 V ~ 4 V。雖然輸出為模擬電壓,但其內部線性化和溫度補償電路均為數字化實現,因此精度和分辨率相當高(可達 0. 05 Pa),并且受外界溫度影響很小。其lingxian的性能在于將傳感元件和信號放大及 A/D 轉換電路集成到同一塊硅芯片上,用熱傳感元件來測量差壓。與其它熱差壓傳感器相比,所需空氣量極少,即使在惡劣環(huán)境中,操作也同樣安全可靠,同膜片傳感器相比,量程更寬,性能更穩(wěn)定,在低差壓段的重復性極好。此外,SDP-1000L可耐瞬時的較大壓力,對安裝方向不敏感。
 
        SDP-1000L 精密的內置溫度補償電路是通過PTAT 能隙基準溫度傳感器,測得芯片上的溫度,再反饋到傳感器芯片進行數據處理,而不需要外部溫度補償。
 
        SDP-1000L 差壓受周圍空氣密度影響,因此受海拔高度影響,校正補償公式如下:
0171108120217.jpg
        其中,P eff 是受影響后的差壓,P sensor 是 SDP-1000L 的指示壓力,P cal 是校準環(huán)境的絕壓,P amb 是實際環(huán)境的絕壓。校正系數如表 1 所示。
高度校正系數
2 硬件設計
2. 1 信號放大電路
        在本設計應用中,信號放大電路選用高精度運算放大器 LT1078,其功能是精密放大處理微差壓傳感器 SDP-1000L 的輸出電信號,使處理后的電信號與接收該信號的變送器核心單元—單片機相匹配。集成運放是一個雙端輸入、單端輸出,具有高差模放大倍數,高輸入電阻,低輸出電阻,能較好地抑制溫漂的差動放大電路。該信號放大處理電路如圖 2所示,電信號 Vin 經兩級放大、濾波、限幅后,輸出端電壓 Vadc,公式如下:
20171108120252.jpg
信號放大處理電路
2. 2 單片機及 RS232 電平轉換電路
        本設計電路如圖 3 所示。
 
        微差壓傳感器 SDP-1000L 的輸出電信號經運算放大器放大處理后,由單片機 A/D 接口輸入至單片機處理,通過單片機串口和 RS232 電平轉換電路,形成標準的 RS232 接口輸出。
 
        本 電 路 采 用 STC 公 司 生 產 的 單 片 機STC15F2K56S2,是一款高速、高可靠、低功耗、很強抗干擾的新一代 8051 單片機。它采用第八代加密技術很好加密,指令代碼完全兼容傳統 8051 單片機,而速度較之傳統的單片機要快 8 倍 ~12 倍。其工作電壓為直流 5. 5 V ~3. 8 V(本設計選用 5 V),具有豐富的內部硬件資源,幾乎覆蓋了數據采集和控制中所需的所有單元模塊,包含捕獲/比較單元CCP/PWM/PCA、高 速 10 位 A/D 轉 換、大 容 量SRAM/EEPROM、SCI/SPI 接口等。目前,該單片機已被廣泛應用于各種多串行口通信電路,電機控制電路及有很強干擾的場合。
單片機及 RS232 電平轉換電路
        圖 3 所示電路中,STC15F2K56S2 采用了外部復位電路,使其具有手動復位功能;在 Vcc 和 GND之間增加電源去耦電容,可去除電源線噪聲,提高抗干擾能力。
 
3 軟件設計
        軟件設計部分主要由主程序和 T0 定時器中斷程序組成。
主程序流程T0 定時器中斷流程
        軟件流程如圖 4,圖 5 所示。
 
4 結論
        本差壓變送器作為某防護系統的重要組成部分,目前已被廣泛應用于各類具有差壓變化特性的控制系統,主要用于實時檢測密閉空間的內、外壓力差。經實際考核驗證,該變送器操作簡單,使用方便,工作可靠,具有良好的社會效益和經濟效益。
 
作者:差壓變送器
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