智能式差壓變送器

目前實(shí)際應(yīng)用的智能式差壓變送器種美較多，結(jié)構(gòu)各有差異，但總體結(jié)構(gòu)相似，都分為 硬件與軟件兩部分。現(xiàn)以U51智能式差壓變送器為例介紹其構(gòu)成原理。

1. 1151智能式差壓變送器的特點(diǎn)

1151智能式差壓變送器是在模擬的電容式差壓變送器基礎(chǔ)上開發(fā)的一種智能式變送器， 它具有如下特點(diǎn)：

1) 測(cè)量精度高，基本誤差僅為±0.1%，而且性能穩(wěn)定、可靠。

2) 具有溫度、靜壓補(bǔ)償功能，以保證儀表精度。

3) 具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。

4) 具有數(shù)字微調(diào)、數(shù)字阻尼、通信報(bào)警、工程單位換算和有關(guān)信息的存儲(chǔ)等功能。

2. 硬件構(gòu)成及其功能

1151智能式差壓變送器的硬件構(gòu)成原理框圖如圖2- 43所示。

各部分的功能原理簡介如下：

(1) 傳感器部分傳感器部分的作用是將輸入差壓轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器所要求的0 ~2. 5V電壓信號(hào)。1151智能式差壓變送器檢測(cè)元件采用電容式壓力傳感器，它的工作原理與 模擬式電容差壓變送器相同，這里不再贅述。為適應(yīng)低功耗放大器的供電要求，傳感器部分 采取5V電源供電，其工作電流約為0.8mA左右。

(2) A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器采用的是AD7715芯片。該芯片帶有前置放大器，可直接. 接受傳感器的直流低電平輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)16位的高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換并輸出串行數(shù)字信號(hào)；它 還具有自校準(zhǔn)功能，可以消除零點(diǎn)誤差、滿量程誤差及溫度漂移的影響。

(3) CPU CPU采用AT89S8252微處理器，并與MCS-51微處理器兼容。該處理器提供. 了 8KB 的 Flash ROM、2KB 的 EEPROM、256B 的 RAM、32 個(gè) I/O 口線、兩個(gè) DPTR、三個(gè) 16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工串行口以及可編程看門狗、振蕩器與時(shí)鐘電路等。

(4) HART通信部分HART通信部分是實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議物理層的硬件電路，它的作用 是實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)與FSK信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，其原理如圖2-44所示。圖中， HT2012由調(diào)制器、解調(diào)器、載波監(jiān)測(cè)電路和時(shí)基電路構(gòu)成。二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)由ITXD引腳 輸入，經(jīng)調(diào)制器調(diào)制成FSK信號(hào)由OTXA端子輸出；由IRXA引腳輸入的FSK信號(hào)經(jīng)解調(diào)器 解調(diào)成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)由ORXD端子輸出；調(diào)制器與解調(diào)器受INRTS端子的電平控制，即 由CPU控制；當(dāng)4?20mA直流信號(hào)中疊加有數(shù)字信號(hào)時(shí)，載波監(jiān)測(cè)電路的輸出OCD為低電 平，否則為高電平；時(shí)基電路用于產(chǎn)生調(diào)制器與解調(diào)器所需的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)；帶通濾波器只 允許通過某一頻段的信號(hào)（約為1200?2200Hz)，用于抑制接收信號(hào)中的感應(yīng)噪聲；整形電 路是為了使輸出信號(hào)波形滿足HART物理層規(guī)范要求。

(5) 數(shù)/模轉(zhuǎn)換及電壓調(diào)整電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換器AD4U及電壓調(diào)整電路如圖2-45所示。

圖中，AD421為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器芯片，它的作用有：

1) 將CPU輸人的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為4 ~20mA的直流電流信號(hào)。

2) 將通信部分輸入的數(shù)字信號(hào)疊加在4 ~20mA直流電流上一起輸出。

3) 與場(chǎng)效應(yīng)晶體管等組成電壓調(diào)整電路，其作用是將24V直流電壓轉(zhuǎn)換為5V直流電 壓為各部分供電。

(6)監(jiān)控電路監(jiān)控電路的作用是對(duì)CPU的工作狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，即當(dāng)CPU工作不正常 時(shí)，使CPU產(chǎn)生不可屏蔽的中斷，對(duì)正在處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，并經(jīng)過一段等待時(shí)間后使 CPU恢復(fù)正常工作；此外，當(dāng)電源波動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)以防止電源干擾對(duì)CPU的影響。 

3.軟件構(gòu)成

1151智能式差壓變送器的軟件由兩部分組成，即測(cè)控程序和通信程序。

測(cè)控程序包括A/D采樣程序、非線性補(bǔ)償程序、量程轉(zhuǎn)換程序、線性或開方輸出程序、 阻尼程序以及D/A輸出程序等。

通信程序是實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的軟件，有關(guān)內(nèi)容將在第9章中介紹。