壓力變送器原理分析和設(shè)計(jì)原理有哪些？

一、硬件設(shè)計(jì)原理
       智能型壓力變送器是硬件電路和軟件程序的結(jié)合．在設(shè)計(jì)智能型壓力變送器時(shí)，必須兼顧這兩者，在選擇硬件芯片時(shí)，要盡可能的選擇能相互兼容的芯片．要對(duì)進(jìn)行控制的微機(jī)選擇，它是智能型壓力變送器的重要的部分，選擇它時(shí)考慮到微機(jī)的處理數(shù)據(jù)的能力、控制能力和它對(duì)其它芯片的兼容能力，以及它的價(jià)格．因?yàn)樗O(shè)計(jì)的智能型壓力變送器應(yīng)該具有良好的性?xún)r(jià)比，這也是它的優(yōu)點(diǎn)之一．我們選擇了IN公司生產(chǎn)的8051單片機(jī)，這是一款性?xún)r(jià)比很高的控制芯片，這樣就可以根據(jù)它來(lái)選取其它芯片．由于傳統(tǒng)的微壓力變送器采集的信號(hào)是模擬信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用的是中科院合肥智能所研制的微壓力傳感器，它本身通過(guò)電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償，但其精度不高．這樣，通過(guò)它采集信號(hào)后，再進(jìn)行數(shù)字處理應(yīng)該能夠提高它的靈敏度．而8051單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，還必須選擇A／D轉(zhuǎn)換芯片用于進(jìn)行模擬量對(duì)數(shù)字量的轉(zhuǎn)換．注意到壓力變送器主要受溫度和靜壓的影響，在對(duì)壓力變送器進(jìn)行智能化時(shí)，是對(duì)它的溫度和靜壓進(jìn)行補(bǔ)償，因此我們選擇三通道以上的A／D轉(zhuǎn)換芯片，采用的是AD公司生產(chǎn)的AD7705／7706芯片．它可以同時(shí)對(duì)壓力、溫度和靜壓三模擬量進(jìn)行采樣，而且它的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是16位，精度很高．從這個(gè)方面也相應(yīng)的提高了整個(gè)系統(tǒng)的精度．它與單片機(jī)8051的連接采用了節(jié)省口線的工作方式，具體的連接電路見(jiàn)文獻(xiàn)．很顯然，A／D芯片工作時(shí)需要基準(zhǔn)電壓，通過(guò)MAXIM 公司生產(chǎn)的MAX872芯片來(lái)提供．采用以上敘述的硬件，就可以組成智能型壓力變送器的前端采集系統(tǒng)．智能型壓力變送器通過(guò)上述途徑把壓力、溫度和靜壓信號(hào)采集到單片機(jī)進(jìn)行處理．這樣需要確定單片機(jī)RAM和ROM容量是否充足，由于所設(shè)計(jì)的智能型壓力變送器數(shù)據(jù)處理任務(wù)和實(shí)行的控制任務(wù)比較繁重，因此我們對(duì)8051擴(kuò)展成16K ROM和8K RAM．8051的P0口是分時(shí)復(fù)用的I／O口，它只有8位，所以在P0口后加鎖存器用來(lái)與擴(kuò)展的ROM連接．一般它工作時(shí)都要擴(kuò)展存儲(chǔ)器．它們構(gòu)成了智能型壓力變送器的處理和控制中心．這是智能型壓力變送器的重要組成部分．智能型壓力變送器的大部分工作都是在這一部分完成的．當(dāng)智能型壓力變送器完成數(shù)據(jù)處理后，因?yàn)樗妮敵鲆话阋噪娏骰螂妷簛?lái)驅(qū)動(dòng)某一后續(xù)電路，所以在單片機(jī)后端還必須加D／A轉(zhuǎn)換芯片用來(lái)把單片機(jī)處理后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，在設(shè)計(jì)上為了簡(jiǎn)化電路，消除電路本身所產(chǎn)生的干擾，采用了DAC0832來(lái)完成數(shù)字量對(duì)模擬量的轉(zhuǎn)換．它可以直接與8051相連，它的精度能夠滿(mǎn)足所設(shè)計(jì)的智能型壓力變送器的精度要求．DAC0832的輸出為電流形式，而智能型壓力變送器的輸出應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出為4～20mA，考慮DAC0832的輸出電流難以調(diào)節(jié)，使其后續(xù)電路能夠把電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后再把轉(zhuǎn)換成的電壓通過(guò)V／I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流．通過(guò)調(diào)節(jié)V／I轉(zhuǎn)換電路中的電阻來(lái)終確定整個(gè)硬件電路的設(shè)計(jì)．我們所設(shè)計(jì)成型的智能型壓力變送器的硬件總體框圖如圖1所示．

        二、軟件設(shè)計(jì)原理
       在上述硬件電路設(shè)計(jì)好以后，軟件設(shè)計(jì)則是重要的設(shè)計(jì)部分．在進(jìn)行軟件編程時(shí)，采用結(jié)構(gòu)化 模塊方式來(lái)編程，本智能型壓力變送器包含有監(jiān)控主程序、溫度線性分段補(bǔ)償子程序、數(shù)據(jù)融合技術(shù)子程序、非線性校正子程序、數(shù)字濾波子程序和各芯片的初始化程序等．溫度線性分段補(bǔ)償子程序和數(shù)據(jù)融合技術(shù)子程序都用來(lái)消除溫度的影響，只不過(guò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)子程序還考慮消除靜壓的影響．因此，通過(guò)上述設(shè)計(jì)來(lái)盡可能的提高精度，在樣機(jī)上做的實(shí)驗(yàn)證明它們的效果很好．監(jiān)控主程序主要是使得單片機(jī)能夠在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)保證各自的正常操作狀態(tài)，而且會(huì)實(shí)現(xiàn)自診斷，同時(shí)智能型壓力變送器要有實(shí)時(shí)處理能力，即根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)時(shí)中斷請(qǐng)求，完成各種測(cè)量、控制任務(wù)．