智能压力变送器

2万 · 2019-5-23 16:30

为了简化软件编写，在网关中的MCU我们选择了与主板相同的微处理器
STM32F103，由于GPRS模块采用的是232电平接口，因此我们通过使用MAX232芯
片将电平进行转换，再与微处理器的USART口相连接。发光二极管D8为GPRS信
号传输指示灯，D9为工作运行指示灯。图3-18为ZigBee模块与GPRS模块的外围
电路图，因为在本设计中都没有对它们进行单独的设计，而是采用技术成熟的模
块，我们只做了外围电路，到时只要将购买的模块插在底板上就可以使用。

2万 · 2019-5-23 16:30

2万 · 2019-5-23 16:31

为了方便用户对GPRS进行参数设置，如图3-19所示，我们在此网关模块中采
用DB9头来实现与计算机相连接。在上图中，P3和P4是两个短接插针，当短接
P3, P4的第1和第2引脚时，GPRS与计算机相连接，进入GPRS配置模式;当短
接P3, P4的第2和第3引脚时，GPRS只与CPU相连接，此时不能再对GPRS参数
进行配置。

2万 · 2019-5-23 16:31

由于油气井具有分布趋于广大、位置分散、数量多、独立性强、每个油气井
的监测参数基本相同等特点，使用电网供电不仅投资大，而且维护成本高，因此
目前通常采用在监测站点建设小型太阳能供电系统的方法来解决油气井站点的能
源问题。目前，出于成本原因，油气井架设的太阳能电池输出功率约在20W左右，
比较小，而每一个油气井的监测参数最少也有7, 8个，这样，安装在油气井的压
力变送器平均功耗越小，对站点的能源供应压力就越小。为此，有必要进行低功
耗甚至微功耗技术的研究。
油田用的压力终端主要用于对油气井管路压力的监测，并将监测信息传递到
远程监控设备上，实时性在10秒级已经足够。因此，压力终端的电路除了在数据
采集时刻进行采集、处理以及通讯外，一般情况下，系统内所有器件都在闲置。
基于以上工作方式，可以将系统内的器件包括CPU在闲置时设置到体眠或掉电状
态，具体方式为:利用内部定时中断方式定时唤醒CPU，也可以利用外部通讯或其
它异常信号(事件)中断方式临时唤醒CPU;在CPU的调度下，有选择性的唤醒和
挂起内部功能单元。通过这种方式，不但可以降低系统的瞬时功耗，其平均功耗
更会大大降低。
下表是此次设计的智能压力终端系统中各主要功能模块的工作(power on)
和掉电/体眠(shut down/ Sleep)模式工作电流统计表。从表3-2中可以看出，正
常工作模式与掉电/体眠模式下的工作电流值至少相差10倍，耗电最大的微处理
器和无线数传模块其工作模式与掉电/休眠模式工作电流甚至要相差100倍以上。

2万 · 2019-5-23 16:31

2万 · 2019-5-23 16:32

除此以外，通过调研，结合以前设计经验，还采取了以下方法用以进一步降
低系统功耗:
1)尽可能选择集成化程度高，能耗技术先进的元器件。如数据存储器选择铁电
存储器FM24CL64，该器件本身由于采用新的数据存储技术，耗能就很低，掉电
数据可保持10年，且写数据无延时。
2)选择合适的CPU工作时钟频率。在较低的时钟频率下，CPU的功耗也较低。
微处理器S TM32F 103RCT工作在1 OMHz的主频之下，典型电流消耗为15mA;
而工作在72MHz的主频之下，其电流却达到65mAo
3)采用低电压系统设计，设备功耗通常是以工作时的电压值与电流值的乘积来
计算得到。在工作电流相同的情况下，工作电压越低，功耗就越小。本系统除个
别设备外，均采用3.3V电源供电。
4)供电电源DC一DC模块应多采用开关型集成稳压电路，与线性集成稳压电
路相比，它的优势在于如果输入的电压值比输出的电压值越高(即压差越大)，那
么开关型集成稳压电路的转换效率就明显高于线性稳压电路。这是因为，线性稳
压集成电路由于设计原理性的原因，采用类似于串联电阻降压的方式实现电压变
换与稳压，压降部分的功耗以热能的方式耗散掉，而开关型集成稳压电路则采用
变压器藕合技术和脉宽调制技术实现电压变换和稳压，虽然纹波较大，但是转换
效率却可以高达93% o

2万 · 2019-5-23 16:33

面向物联网的智能压力变送器系统软件设计是智能化体现的一个重要环节，
也是整个系统能够正常工作的重要组成部分。软件是一个系统的灵魂主体，有了
它的存在整个系统才变得有血有肉。本章节基于C语言程序设计和Keil uVision4
软件开发环境，进行编写了数据采集处理和信息通讯等软件设计，着重阐述了变
送器非线性补偿算法及工作原理。
4. 1软件总体设计
物联网压力变送器总体软件嵌入式系统采用ARM Cotex系列处理器构建。信
号调理是指对压力变送器和测温元件的信号进行放大、滤波处理，A/D转换器对调
理后的信号进行A/D转换，完成后数据输入微处理器中。处理器对输入的数据进
行融合补偿，再根据RAM或flash中存储的传感器参数，将结果显示在液晶屏上，
同时在液晶屏显示的还有GPS位置信号。无线通讯模块主要由ZigBee芯片构成，
处理器将通信参数经串口发送给ZigBee芯片，再利用ZigBee无线通讯模块实现
GSM, CDMA, 3G、现场总线等多种通讯网络的连接，在各网络下，通过ZigBee来实
现无线传感网的自主组网。总体软件结构如图所示:

2万 · 2019-5-23 17:05

2万 · 2019-5-23 17:06

2万 · 2019-5-23 17:06

故障诊断子程序共分为四个中断响应，失效中断主要是判断现场设备的基本
工作状态有无发生变化，通过检测各个模块工作电压来进行判别;维修中断是通
过现场设备的信号强弱来发现处于疲劳工作状态的器件，并向外部发出警报进行
设备维护;超范围中断主要是检测测量的压力、温度值是否超出用户预设的最高
限或最低限，如有异常发生则红灯闪烁进行提示;功能模块中断子程序主要是针
对各个小模块的检测，通过定时发送命令来检测其是否正常工作。

只看该作者 · 2019-5-24 09:12

wangjiahao88 发表于 2019-5-23 13:11
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

恩有实际案例吗

智能压力变送器

技术奇才奖章

伴坛终老