六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网



华仁仪表

江苏华仁仪表有限公司

追求卓越品质做专业的仪器仪表服务商

咨询热线

0517-86852728

15396901258

当前位置： 主页 > 新闻资讯 > 技术支持

压力变送器的原理及应用(压力变送器作用)

文章出处：华仁仪表 发表时间：2021-09-15 19:44

大气压强变送器采用STM32作为核心处理器，利用传感器输出的信号作为输入，用运算放大器LM321放大经STM32 D/A转换输出的模拟信号，并利用XTR111 V/I转换芯片输出4-20毫安电流信号。

大气压强变送器主要由单片机、运算放大器、V/I转换芯片和传感器组合而成，其具有补偿性好、测量精确度高、通信简单、调试方便的特点，并且还有数据处理和控制的功能。目前其主要应用在有气压要求的实验室、气象天气预报的监测、消防实验用的室内气压力测试等领域。

随着科学技术的不断进步，尤其是电子产业的飞速发展，将变送器的发展引入了新的领域，目前，国内外变送器发展的特点是集成化、无线化、智能化、小型化。它使用了很多高新技术，如微电子数字处理技术、信号处理技术、传感技术等，相对于传统的变送器来说，现代的变送器具有量程比较大、可靠性较高、精度较高、稳定性较好、采集区间较宽等等这些特点。

本文主要介绍基于STM32的大气压强变送器的设计，主要包括硬件电路以及单片机采集大气压强传感器值的程序的设计。

总体设计方案

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网变送器是实现自动化过程的重要组成部分。它用来实现物理信号量的测量和变换处理。随着容量大，参数高的设备的出现以及复杂工艺的过程。由于越来越依赖自动化技术，以及变送器的使用量在不断地上升，对其性能的要求也就不断的提高。

伴随着快速发展的微电子技术，特别是近年来由于多功能、低功耗单片机的出现以及高精度的传感器的出产，为开发通用型的精确度高的变送器奠定了坚实的基础，大气压强变送器是以单片机处理器为核心的传送装置，其工作原理如图1所示。

图1 大气压强变送器的工作原理图

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网大气压强变送器采用CPU后，不仅可以对温度、大气压强进行测量和变送，还能大大提高系统的精确度和可靠性，外部引线减少。

本系统采用4-20毫安电流信号作为输出，由于电流信号不容易受干扰且电流源内阻是无限大，导线在电路回路中以串联的形式并不影响其精度，在普通线上可以传输至数百米。大于20毫安的电流在通断情况下会引起电火花，其电火花的能量可以引燃瓦斯，产生爆炸，所以最大设计为20毫安；为了检测线路中是否断线，所以系统最小没有取0毫安。总体设计设计原理图如图2所示。

图2 总体设计原理图

硬件电路的设计

1 单片机的选择

本设计选择STM32单片机。单片机原理图如图3所示。

图3 STM32单片机原理图#p#分页标题#e#

2 放大电路的设计

STM32单片机接收的数字信号经过计算处理，然后再经A/D转换为模拟电压信号，其输出电压信号范围为0-3.3V，而0-3.3V经XTR111转换后的电流范围为0-16.5毫安,由于设计要求输出的电流范围为4-20毫安，而且电压量与电流量是线性比例关系，所以需要放大单片机D/A转化输出的电压信号来达到目标。在此电路中我们选择的是LM321运算放大器。

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网LM321它是一种单运算放大器。LM321具有低功耗的特点。它还具有很高的单位增益频率，静态电流仅为430μA/amplifier（5V），具有保证0.4V/μs摆率。该器件单、双电源供电下都可以工作。总而言之，LM321是一款低功耗，供电范围较宽的运算放大器，高性价比使其被普遍的应用，占用电路板的空间小。原理图如图4所示。

图4 LM321原理图

3 V/I转换器的设计

输出4-20毫安电流有两种方案，一种是使用集成芯片，另一种是使用分立元件搭建电路，而其中最可行的方案为使用XTR111 V/I转换芯片。

XTR111是一款精密电压-电流转换器，用于输出0-20毫安或4-20毫安的模拟信号，最大的源极电流可提升到36毫安。输入电压与输出电流之间的转换比率是靠Rset电阻来设置，一个外部的P-MOSFET晶体管确保了高输出阻抗和宽范围的电压输出（2V到电源电压V-vsp均可输出）和电压良好的稳定性。可调电压3-15V的校准输出端可为辅助电路提供电源。原理图如图5所示。

图5 XTR111原理图

4 晶振电路和复位电路设计

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网本设计采用的是8MHZ和32.768KHZ晶振，8M频率晶振提供单片机内部时钟信号，32.768kHz晶振为单片机中的时钟提供了一个准确的时钟源。内置复位电路。晶振电路原理图如图6所示，复位电路原理图如图7所示。

图6 晶振电路原理图图7 复位电路原理图

5 大气压强传感器BMP085模块设计

BMP085是以压阻效应技术为基础设计的大气压强传感器。包含数模转换器、压力传感器以及操控单元，其中操控单元包括IIC接口和EEPROM。，它具有的特点是稳定性高、线性失真率低、精确度高以及很好的电磁兼容性。BMP085传输没有经过补偿的大气压强值，电可擦可编程只读存储器储存了176bit的独立的数值，这些独立的数值用来补偿依赖的参数以及别的参数。

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网BMP085是新研发出来的具有很高的精确度的大气压传感器, 它的低电压、低功耗的电学特性使它可以很好的适用于GPS 导航器、PDA、手机以及户外装备上。在较低的高度噪声（merely 0.25）快速转换的运行环境下，大气压传感器运行正常。Bosch 公司具有多年开发气压传感器经验，在传感器这块，该公司是全球市场上的佼佼者。#p#分页标题#e#

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网传感器模块设计包括BMP085大气压强传感器、两个10K电阻。原理图如图8所示。

图8 传感器模块原理图

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网IIC总线上拉10K的电阻接+3.3V电源。当IIC闲置时，SDA、SCL都为高电平。连到IIC线上的任何元件输出的低电平，IIC总线信号都将变为低电平，即各元器件的SDA和SCL关系是“与”（&）。

系统主程序图

本软件采用的是高级编程语言C语言，并采用模块化设计方法，使其便于程序设计和调试。主要模块有采集模块、处理模块、数据输出模块。

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网数据采集与处理模块主要包括BMP085传感器采集模块、数据处理模块两大模块。单片机上配置两个模拟IIC，PB6配置为SCL,PB7配置为SDA。通过单片机来控制SCL、SDA的高低电平来传输数据，BMP085读取数值并通过IIC传输给单片机处理数据，大气压传感器模块执行单片机通过IIC发送来的读取大气压强指令，并将采集到的信号传输给单片机。

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网模拟信号输出模块主要是将单片机内数字信号转化为模拟信号输出。如图9主程序流程图所示。

图9 主程序流程图所示

系统测试

1 测试准备工作

（1）在给系统供电前，应先依据系统原理图，用万用表二极管档位检查电路中电源的走线，防止电源与其他引脚产生短路；

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网（2）在单片机通电后检查各个模块器件的I/O引脚的电位是否正常，特别是单片机上各引脚的电位。

2 输出信号的测试

调试方法为在XTR111的输入端送入模拟量的值，由数字万用表测量电路的输出电流，测试的结果如表1所示。

表1 4-20 毫安输出信号测试表

3 测试总结

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网经过系统测试后，系统预期的功能要求达到了，实现了对物理信号的采集、处理和传输，说明系统设计是可靠的。

总结

六玄网44842Ca-六玄网lkjw1-六玄132432提供马玄-六玄网132432跑狗图-494000六玄开奖网本论文详细介绍了电流型三线制大气压强变送器的设计，数字信号经过STM32采样处理后转换为模拟信号，然后通过XTR111输出4-20毫安的电流信号。本设计进行了硬件、软件、系统的整体调试，验证了系统各模块达到了预期目标。

本文编自《电气技术》，标题为“基于STM32的大气压强变送器设计”，作者为赵静龙。

同类文章排行

最新资讯文章