智能压力变送器

2万 · 2019-5-22 17:27

面向物联网的智能压力变送器系统中硬件的核心模块就是微处理器，它承担着
数据的采集和优化，调配其他硬件合理有序的进行工作。在设计这样一个庞大的
系统时，功耗考虑是非常重要的一个环节，在此方案中，我们选择了一款ARM
Cortex-M3系列的数据处理速度快，功耗低的芯片STM32F103RCTo
STM32F103RCT是ST公司于2006年推出的一款中等容量增强型低功耗的ARM
Cortex-M3，具备32位的R工SC(精简指令集)内核的ARM微处理器。工作频率可设
置为72 MHz，可以大大提高数据处理能力;内部32K字节的程序存储器可增强程序
运行的能力。简洁的操作指令使事件的响应的速度更快，输入的工作电压可以在
2. 0}-3. 6 V之间，能够实现耗电最优化。

只看该作者 · 2019-5-23 10:07

资料不错值得一看

只看该作者 · 2019-5-23 10:14

用的哪种通讯网络啊

只看该作者 · 2019-5-23 11:19

在家用上有发展空间吗

2万 · 2019-5-23 13:11

wiba 发表于 2019-5-23 11:19
在家用上有发展空间吗

家用还是有的！例如家电、医疗等应用吧！还有宠物饲养箱什么的

2万 · 2019-5-23 13:11

面向物联网的智能压力变送器系统不仅具有传统变送器的测量功能，而且还
必须具备物联网特征，要具有能够接入现有网络的能力。因此变送器的硬件设计
成为能够实现整个项目的基础。系统硬件结构包括薄膜压力传感器、AD采集模块、
ZigBee通讯模块、GPS定位模块、4}-20mA电流输出模块、存储模块和按键显示
模块等组成，在此方案设计中，保留了传统压力变送器的输出方式，如4-20mA电
流输出，双RS-485有线数字接口;此外还增加了新的ZigBee无线通讯模块，用
以无线方式向外界传送数据。系统总体结构原理框图如下图所示。

2万 · 2019-5-23 13:11

[attachimg]1232944[/at

tachimg]

2万 · 2019-5-23 13:11

2万 · 2019-5-23 13:12

随着电子技术的发展，工业过程控制对传感器性能的要求也口益提高，溅射
薄膜传感器利用陶瓷介质代替了传统的应变式压力传感器的粘贴胶层，使其在稳
定性、耐高温、高输出阻抗等性能方面得到了极大的提高。然而其测量压力值仍
然会受到温度等外部因素影响而产生系统特性漂移。传统压力传感器主要采用硬
件中加入补偿电阻的方法来消除温度影响，但成本高，适应性较差。然而在压力
传感器与微控制器相结合的智能压力变送器系统中，主要通过软件方法来实现补
偿，这种方法省去了复杂的硬件电路设计，简化了装置，并且可以发挥微控制器
的智能作用，成本低、适用性广。

2万 · 2019-5-23 13:12

离子溅射技术是采用低能加速器使离子束轰击置于真空中的靶材，动量传
递，使靶材表面原子逸出，淀积在工件表面的一种制备技术。它实现了纳米薄膜
直接与金属弹性体材料的紧密结合。通常薄膜敏感芯体有两种制造工艺，一种是
利用某种绝缘材料作为基底，通过利用光学、化学等方法手段在上面制作形成应
变图形，从而制作成敏感器件。另外一种方法则是通过在金属体表面上制作一层
绝缘介质，让后再在上面制作形成金属薄膜，利用化学腐蚀或激光雕刻等工艺形
成应变图形。目前大多数单位都采取后一种加工工艺。如下图所示:

2万 · 2019-5-23 13:12

溅射薄膜传感器的工作原理比较简单，主要是根据惠斯登电桥平衡原理。在
敏感芯体上刻画出桥臂电阻，当应变片发生弹性形变后，电路中的应变电阻值也
随之发生变化，这样电桥的原有的平衡就被打破，从而产生一定的电压差。由于
压力与电压值存在一一对应的关系，所以最后通过函数式即可解算相应压力值。

2万 · 2019-5-23 13:12

2万 · 2019-5-23 13:13

2万 · 2019-5-23 13:14

溅射薄膜压力传感器具有良好的延展性，例如可以在其基础上将输出的模拟
信号进行脉冲变换，使传感器输出的信号为频率与介质压力成正比的变频脉冲信
号。这种数字化的输出形式具有抗干扰能力强，传输距离远等特点。
航天44所自主研制的压力传感器运用了新的工艺手段。其采用离子束溅射技术
制作敏感材料，运用MEMS技术制成敏感电路，经过组装测试，制造溅射薄膜压力
传感器、变送器。此种传感器一般具有以下几个特点:
(1)采用优质不锈钢材料(17-4PH，耐腐蚀，可以不用隔离膜片和灌油充
液，降低了测量信号的损耗，提高了传感器性能。
(2)采用溅射镀膜技术，摒弃了贴片方式，延长了使用寿命，降低能耗。
(3)采用了MEMS技术，减小了产品体积和质量，金属一体化结构，结实可靠。
(4)没有硅压阻芯体PN结带来的高、低温误差大和工作温区小的问题，温度
性能好，工作温度范围广(敏感元件一70}-+250 0C，整机一70-}-+150 0C温度零点
小于0. 003 } 0C o
这种传感器无论是在测量精度上还是在可靠性方面都优于其他传感器，基本能
满足用户需求。因此，在此项目方案中我们采用了溅射薄膜传感器用来对压力值
进行采集。

2万 · 2019-5-23 13:15

为了充分的利用好端口资源，最大限度的满足各个外设的连接，我们设计用
STM32F103的USARTI接口与GPS定位模块连接;USART2接口同时与ZigBee和双
RS-485接口相连，通过跳线开关来选择是用有线方式还是用无线方式;SP工接口
与W工F工模块相连接，其余的LCD液晶显示与普通的GP工0口PBO,PBI,PB10和PB11
相连接;4-}-20mA电流输出模块与PB4, PBS, PD2相连接， AD采集模块与端口PAll,
PA12, PA13和PA14相连接;BOOT是一个启动模式选择端，即可与VCC连接也可
以与GND连接。在用串口下载程序时，必须将BOOT与VCC相连接，下载完成后，
再将BOOT与GND连接，这样可保证程序从内部的存储器开始运行。

2万 · 2019-5-23 13:15

现代工业控制中，数据的采集是一项重要的技术，采集精度的高低和样本的
完整性对整个生产过程有着重要的意义。传统的电路设计中，在AD模数转换模块
前都要再加一级或多级放大器，用来将传感器获得的微小电信号进行放大到AD采
样所需的电压值。这样不仅增加了系统成本和设计的复杂性，而且在实际测量时
容易受到外界电频干扰或放大器的温度漂移等问题，从而导致采集到的数据精度
往往不能满足设计要求。美国T工公司生产的ADS1232作为高度集成的Delta-
Sigma模数转换器，用于低电平、高精度的测量环境，特别适用于变送器应用。

2万 · 2019-5-23 13:16

2万 · 2019-5-23 13:16

其主要有以下特点:
(1>具有完整的前端调理电路，不需要外置放大电路;
(2)采样分辨率高达23. 5位;
(3)片上具有低噪声可编程增益放大器;
(4) 100dB以上可同时抑制50HZ与60HZ的双段频率;
(5)可以选择lOSPS或80SPS的数据速率测量;
(6)具有内置温度传感器的双通道差分输出端;
(7)具备串行数字接口;
(8)全部功能有引脚控制，无需寄存器编程;
(9)可以较方便的进行比例测量，外部电压基准高达5V;

2万 · 2019-5-23 13:16

本项目中选择ADS1232作为智能变送器的信号放大及AD转换电路，ADS1232
内部具有一个可编程增益放大器，AD采样采用万一△采样方式，24位的采样精度，
包含2个采样通道。其中，采集通道A工NN1和A工NP1用来采集压力值，采集通道
A工NN2和A工NP2用来采集温度值，采样信号S+、 S一通过0. 1 uF的滤波电容接到
ADS1232的A工NN1和A工NP1端，采用这样的设计是可以有效的抵制传感器激励电源
的扰动。同时还可通过软件设置来调节ADS1232的增益大小，STM32F103微处理器
控制数据的采集，并读取经ADS1232转换后的内码值进行数据补偿及修正处理，
最后通过Zi}Bee无线模块将数据向外界传送。

2万 · 2019-5-23 13:17

通常在工业控制中是用电压作为信号载体来进行信号传输的，但是在传输过
程中容易受到外界干扰，且会受传输线内阻的影响，损耗信号有旨力。因此为了避
免上述问题，在实际工业中大多采用电流来进行信号的传输。因为传输线内阻是
串联形式，电流传输不会受到损耗，且信号不易受到噪声干扰。经过实际的测试
发现，利用普通的双绞线来传输电流信号可以传输数十米至百米远。由于仪器仪
表要受到防爆要求，通常国际标准规定传输信号的电流值最大不超过20mA，这主
要是因为等于或低于20mA电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯，由此，低于
4mA或高于20mA的信号可以在仪器设计中被当做各种故障的报警线。

智能压力变送器

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