智能压力变送器设计
基于IEEE1451.2标准设计数字式智能压力变送器

Ab ta t I sr c :EEE 1 5 . tn a d ’o jc iei t i ly t ec m pe iisd s n r a eta i o al a e ne tb 4 1 2sa d rs b e t osmpi h o lxt ei esh v rdt n l fc d i sa — v s f e g i y
摘 要 : 简化 传 统 设 计 中 复 杂 的 变 送 器 与 网 络 通 讯 的 问题 ,E E1 5 . 为 I E 4 1 2标 准 将 变 送 器 与 微 处
基于HART6的智能压力变送器设计

对通信 功能做 了进 一步 改善 , 幅扩展 了仪 表 的智能 大
性 。 目前 国产 的智 能 仪表 主 要采 用 H R A T第 5版 规 范, 我们设计 了符合 H R A T6的智能压力变送器 。
车运行 以后 , 并未充分利用 H R A T的数字通信 , 仍然使 用传统 的 4~ 0m 2 A进 行 信号 的传递 和 控制 。H R AT
sr me t tu ns,itlg n r su e ta mitrme t g HART 6 s cfc to s d sg d b d pt g s l- e eo e ot r tt c i d l nel e tp e s r rns t ei i e n pe i ain i e ine y a o i efd v lp d s fwae sae ma hne mo e i n tc n lg e h oo y;a d te p e s r e ief mi o n r su e d vc a l c mma sae s p ot d h y nd r u p re .
王 缢 叶 端 活
( 海 工业 自动化仪 表研 究所 , 海 上 上 203 ) 023
摘
要 :作 为一 种现 场总 线 , A T协议 及相 关 设备 被 广 泛地 应 用 在工 业 过 程控 制 系 统 中 。H R H R A T协 议 自身也 在 不 断 发 展 , 别 是 特
的下一个高速发展 阶段是 什么?H F给 了我们 答案 , C H R A T协议的生命周 期如图 1 所示 。 H R A T当前和下一 步 发展 的重点 , 系统 的整合 是 应用 ( 如图 1 中标 号 2所示 ) 即在 系统 正常运行 的过 ,
1 HA T第 6版简 介 R
罗斯蒙特3051GP压力变送器3051GP

总响应时间(Td + Tc)(2):100 毫秒
停滞时间(Td)
45毫秒(标准)
刷新速率
每秒钟 22 次
(1)停滞时间和更新速度适用于所有量程。
(2) 在 75 °F (24 °C)参考条件下的标准总响应时间。
变送器的稳定性是变送器性能与时间相关的关键 指标。通过超出 IEC 770 测试标准的主动模拟 测试,3051 已证明其在要求最苛刻的工况下也 能保持五年以上的稳定性能。出类拔萃的变送器 稳定性可减少标定次数,降低运行和维护成本。
罗斯蒙特压力解决方案
罗斯蒙特 3051S 系列仪表
规模可变的压力、流量和液位测量解决方案可改进安装和维 护实践。
0psia (0kPa)
–14.7 psig (–101kPa)
(1) 假设大气压为 14.7 psig。
量程比
100:1
输出
二线制 4-20 mA、数字化过程变量叠加于 4-20 mA HART 协议的主机。
信号上,适用于所有符合
罗斯蒙特 3051GP 压力变送器
负载限制
阻尼
电源
模拟输出对阶跃输入变化的响应时间是由用户选择的一个时
使用可选安装支架的安装组态
管道安装
面板安装
尺寸单位:英寸(mm)
6
罗斯蒙特3051GP压力变送器
技固耐用、可靠的性能,外加智能性能,使该款 变送器具有非凡的价值。
应用灵活性
3051GP 的标准过程连接件为1/2”,并配有与阀组 连接的选项。所有类型的罗斯蒙特阀组都是完全 装配且经过泄漏测试的快装式装配件,可以节约 现场安装成本。
基于HART 6的智能压力变送器设计

基于InRT6的智能压力变送器设计王骏,等基于HART6的智能压力变送器设计DesignofSmartPressureTransmitterBasedonHART6互磕叶踌活(上海工业自动化仪表研究所,上海200233)摘要:作为一种现场总线,HART协议及相关设备被广泛地应用在工业过程控制系统中。
HART协议自身也在不断发展,特别是第6版规范的提出,推动了HART的系统整合应用。
针对压力类仪表,采用自主的软件状态机模型技术,设计了满足HART6规范要求的智能压力变送器,并实现对压力族命令的支持。
关键词:HART智能压力变送器状态机模型设备族命令温度族中图分类号:吼16+.1文献标志码:AAbst髓ct:Asonetypeofthefieldbu鸵s-HARTpr呻∞olanditsrel舢edde“c∞havebeenwidely岫edinindm砸alproc嘲conh_olsygle眦.HARTProtocolisdevel叩她continuously-唧eciauyHART6Edition’8r;ele∞吨pm啪teBirIte眦dapplic鲥。
哪.AimiIIgatnlep啷sm“8t兀lmems-imeUigentp陀蟠u陀tr】蛐8血ttermeetingHART6specificalionisdesignedbyadopting舱堆developed80fha陀s组temachinemodeltechnology;粕dthepre鹤u弛devicef抽坶co咖柚dsa咒suppo毗d.Key啪rds:HARTSmanpre蛐啪tm璐nlinerStatemachi鹏modelDe“cehIIIilycommndsTem”mt眦hIIIilyO引言姒RT(highwayaddressabler;e啪te咖sducer)规范,作为一种现场总线,因为与现有控制系统具有良好的兼容性,同时叠加了数字通信方式,因此,成为了应用最广泛的现场总线协议标准之一…。
基于单片机控制的智能压力变送器设计与实现

主要 作 用 是 根 据 检 测 状 态 的 环 境 温 度 变 化 、被 过 7805将 电压控 制在 5V左 右 ,从 而 既保 证 了输
测 介 质 温 度 变 化 和 工 作 环 境 大 气 压 的 变 化 ,自 人 电压 接 口的通 用性 ,又 能提供 低 功耗 、高稳 定 的
动修 正 与 补 偿 由于 温 度 变 化 和 环 境 压 力 带 来 的 输 出 电 压 。 基 准 电 压 则 通 过 两 个 LM385B25,每
cPI』初 始 化
二二[=
中 断设 定
表 1 压 力与输 出电流 、输 出电压 关 系
压力 /MPa
输 出 电流 /mA
输 出 电 压/V
3
2
2
2
压 力 值 单 位转 换 子 程 序
压 力 串行 数 据 发送 子 程 序
图 4 压 力 变送 器程 序 流 程 数 据 处 理 子 程序 主 要 实 现数 字 滤 波 、过采 样 处 理 、查 表及 按 键 处 理 等 功 能 … 。程 序 数 据 处理 原 理 为 :考虑 到传 感器 的输 出并 非理 想线 性 变化 , 这必 将 导致 差 压 值 与 A/D转 换 结 果 也 为非 线 性
18.450 16.809 15.232 13.612 12.O16 10 432 8.830 7.22O 5.6l2 3.996
第 5期
袁 锡 明 等 .基 于 单 片 机控 制 的 智 能 压 力 变 送 器 设 计 与 实 现
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图 6 压 力 与 输 出 电压 、输 出 电 流 的 线 性 关 系 设 压力 P= 、输 出电流 为 Y,设 其输 出电压 。
智能压力|差压变送器使用说明书

WT2000系列智能压力变送器报告书学院:浙江水利水电学院班级:机械质量管理与检测技术组员:罗永林陈建江徐于峰余毅俊黄琦超指导老师:王益土目录1差压变送器(罗永林) .................................................. 错误!未定义书签。
1-1差压变送器介绍 ................................................... 错误!未定义书签。
1-2特点 ....................................................................... 错误!未定义书签。
1-3设计原理 ............................................................... 错误!未定义书签。
2尔泰WT2000差压变送器产品详情(陈建江)........... 错误!未定义书签。
2-1原理 ....................................................................... 错误!未定义书签。
2-2主要性能 ............................................................... 错误!未定义书签。
3 发展历史(徐于峰) ..................................................... 错误!未定义书签。
4 发展趋势(余毅俊黄琦超) ....................................... 错误!未定义书签。
31差压变送器(罗永林)1-1差压变送器介绍差压变压器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
基于STM32F103的智能压力变送器研究与设计

龙源期刊网 基于STM32F103的智能压力变送器研究与设计
作者:薛忠何矞赵中兵
来源:《现代电子技术》2013年第04期
摘要:针对目前市场上传感器输出信号的非线性和温度失调,提出了以嵌入式微处理器STM32F103为核心,采用先进的溅射薄膜传感器,利用分段最小二乘法来进行非线性补偿的智能压力变送器的设计方案。
在此描述了智能压力变送器的整体系统架构,着重阐述了对传感器输出信号智能化补偿原理。
测试结果表明,经算法补偿后的模拟输出信号具有良好的线性特性,最大线性误差为0.179%,线性度得到了较大的提高。
关键字:智能压力变送器;非线性补偿;分段最小二乘法;嵌入式微处理器
中图分类号: TN919⁃34; TH823 文献标识码: A 文章编号: 1004⁃373X(2013)
04⁃0141⁃03。
智能型压力变送器说明书.

智能型压力变送器
使用说明书
1.产品概述
两线制工作方式。
压力传感器供电0. 5mA恒流源;
压力零点、量程自由设定;
按键操作、标定方式简单、快捷;
智能型压力变送器采用单片机电路,可靠准确的完成
传感器微弱信号的采集调理及环路电流变化输出。
2.技术指标
供电电源:DC13~36V; 负载电阻≤600Ω(供电24V时)输入阻抗:>1MΩ
传感器等效阻抗<5KΩ
采样速率:5次/秒
测量精度:±0.2%FS
输出精度:±0.2%
显示范围:-1999 ~ 9999
显示方式:0.36“四位红色LED
温度漂移:<50ppm/℃
工作温度:-20 ~ +80℃
相对湿度:<85%RH
【参数一览】
(将密码锁改为
1010)
符号 名称
内容 取值范围 I- 04
输出4mA 调整 0005~0500
I-20 输出20mA 调整 6500~7500
▲▲
S E T
2
3
4
1
【面板说明】
① 测量值显示窗
② 设置/确认键
③ 增加键
④ 减少键
4.输出电流调整
长按设置键 2秒以上不松开,直至显示 (Loc)参数; 点按 或 键,调出参数值,修改位闪烁,长按 或 键移动修改位,点按 或 修改参数值,点按 键保存;
① 将万用表电流档串入输出回路
② 将密码锁 (Loc)设置为1010;
③ 长按 键2秒以上不松开,显示窗显示参数 ()
3.接线。
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摘要传感器在工业生产中起着重要的作用,随着工业的发展,人们对于传感器的精度和用户体验等方面有着越来越高的要求,相应的仪器仪表在工业生产中也有着越来越重要的地位。
压力,作为工业生产过程中重要参数之一,实现对其精确的检测和控制是保证生产过程运行和设备安全必不可少的条件。
这个课程设计是以AT89C51单片机为核心的智能压力变送器。
通过压力传感器对工业现场的压力信号进行采集,通过全桥测量电路,三运算放大电路,进过AD0809转换器转换成数字信号送往单片机AT89C51进行处理,再经过DA0832装换成模拟信号,输出4~20mA的标准电压信号,由LED液晶显示屏显示所测得压力值。
人机交互采用独立式键盘,键盘设置“+”,“-”和“、”三个按键分别用来设置上限值、下限值和锁存上限值和下限值,并设置报警电路,当输出超过上限值或下限值后自动报警提醒工作人员。
关键词压力变送器智能化目录摘要 (I)1 绪论 (1)1.1压力变送器背景和应用简介 (1)2 系统总体设计 (2)2.1 系统设计要求 (2)2.2 总体设计方案 (2)3 智能压力变送器的硬件设计 (4)3.1 压力传感器 (4)3.1.1 压力传感器的选择 (4)3.1.2压阻式压力传感器的结构组成 (4)3.2 电阻信号的测量桥路 (5)3.2.1 测量电路的工作原理 (5)3.3 信号放大电路 (6)3.3.1 放大器的选择 (6)3.3.2 三运放差分放大电路 (6)3.4 A/D转换模块 (7)3.4.1 ADC0809与单片机连接 (7)3.5 单片机 (8)3.5.1 AT89C51单片机简介 (8)3.5.2 单片机复位电路与自激振荡电路 (9)3.6 键盘接口输入 (9)3.6.1键盘分类简介及选择 (9)3.6.2键盘抖动及消除 (10)3.7 LED显示接口电路 (11)3.7.1 LED数码管静态显示接口电路 (11)3.8 D/A转换模拟输出及信号放大 (12)3.8.1 DAC0832简介 (12)3.8.2 D/A转换输出与放大电路 (12)3.9 报警电路 (13)4 智能压力变送器软件设计 (14)4.1 A/D转换器软件设计 (14)4.2 单片机与键盘接口程序设计 (15)4.3 LED数码管静态显示程序设计 (16)4.5 智能压力变送器程序设计 (18)总结和体会 (19)参考文献 (20)附录 (21)1 绪论1.1压力变送器背景和应用简介压力传感器作为工业活动中最为常见的传感器之一,其广泛运用于交通运输、石油化工、军事工业等各种工业自动控制的领域中。
压力变送器的工作原理是将压力信号转变成某种可测量的电信号,如日常生活中常见的应变式压力传感器,其工作原理是通过施加压力使弹性元件变形从而产生电阻的变化,通过测量电阻的变化量,利用一定的标度变换,从而得出压力的大小。
在日常生活和工业生产中,人们可利用监测压力的变化和实现对压力的控制进行多种生产活动。
例如,在地理环境中海拔高度可以通过测量大气压力的变化来获得;在化工厂中,利用压力参数来判断化学反应的过程;在气象预测中,测量大气压力可以判断阴雨天气状况。
因此,压力变送器的设计拥有广阔的市场前景。
自上世纪80年代,基于微处理器的智能压力传感器能比较精确和快速的测量,特别是对动态压力的测量,实现多点信号转换、长距变送、与计算机实时信息交换处理等,因而在农业、工业、国防、科技等领域获得了迅速发展和广泛运用。
世界上多个国家一直把传感器技术的发展视为现代科技提升的关键。
因为只有好的传感器技术,才能实现对工业过程更完美和智能的控制,从而得以大幅度提升科技水平乃至综合国力。
美国、日本、欧洲等国的传感器技术一直在引领着世界潮流,我国对智能传感器的研究最近几十年来虽然取得了很大成就,但由于起步较晚,缺乏对该方面的高精尖人才,因此与世界顶尖水平还有不小的差距,因此,要想实现我国科学技术的长足发展,传感器技术必须要有质的突破。
2 系统总体设计2.1 系统设计要求该系统要求能够满足以下几点设计要求:(1)可测范围:0~1MPa—2.5MPa(表压),且量程可选;(2)显示:3位数码显示(2.50MPa),4~20mADC输出;(3)附加要求:上、下限报警;(4)测量精度:±1%。
2.2 总体设计方案为了实现更高精度的测量,获得更加智能的人机交互,本次设计为基于单片机的智能压力测量系统。
该智能压力变送器基本原理是通过压力传感器把压力信号转换成电压信号,该电压信号经放大后,送至模/数转换电路,将其转换为数字信号以便单片机处理,最后由LED数码管进行显示,并以工业生产中标准的4-20mA的电流信号输出。
在测量的过程中可以人为地通过独立键盘进行设置测量的上下限,当输入的压力超出上下限时,蜂鸣器启动报警。
该智能压力变送器,选用的的单片机为常见的AT89C51单片机,将压力经过压力传感器变为电信号,在三运放差分放大电路下,对电压信号进行放大,通过A/D转换器将电压信号转换为单片机可以处理的数字量。
在该系统中,用于电压信号采样的A/D转换器为ADC0809。
ADC0809是8位分辨率的CMOS型逐次逼近式A/D转换器,它可实现8路多路模拟开关以及与单片机直接相连。
转换输出的数字量最高分辨可达256级,可以适应一般单片机应用系统的模拟量转换要求,同时也满足本设计的精度测量需要:±1%。
为了提高单片机系统I/O口线的利用效率,设计采用了74LS164进行数据移位至数码管显示。
74LS164是CMOS型8 位边沿触发式移位寄存器,可以实现串行输入数据,然后并行输出的功能,它通过限流电阻直接与8位数码显示管相连,然后通过数据移位功能将压力值在数码管上显示出。
为了获得4~20mA标准输出电流,设计采用了DAC0832标准8位D/A转换器进行数模转换输出电流信号,由于经过D/A转换的电流输出量十分微弱,因此可先将电流信号通过运算放大器转换为电压信号,再利用ISO EM直流(电压/电流)信号隔离器,把电压信号转化为4-20mA标准电流输出本次设计是以单片机为核心的压力测量变送器,首先,外部施加给应变片一个压力信号,然后应变片将信号转换成易测量的电信号作为输出,通过测量桥路,多级放大电路将该电信号进行放大,将通过A/D模数转换的数字信号输入至单片机进行数据处理,最后数据送给LED数码管显示,并实现键盘输入控制、4~20mADC输出、上下限报警等功能。
其原理图如图2-1所示。
图2-1 原理组成图3 智能压力变送器的硬件设计3.1压力传感器3.1.1 压力传感器的选择压阻式压力传感器是电阻式压力传感器的一种,它的特点是易于微小型化;灵敏度高,它的灵敏系数比金属应变的灵敏系数高50~100倍;它具有很宽的测量范围,通常可达到10Pa-60MPa,并且,测量精度可达到1/1000,具有高度的可靠性,使用寿命很长。
因此,压阻式压力传感器已被广泛的应用于石油、化工、核电、交通运输、航空制造等重点领域。
3.1.2压阻式压力传感器的结构组成压阻式压力传感器主要是由压阻芯片和保护外壳组成,其内部主要是由一块N型的硅膜片组成。
在该N型膜片上对称的集成上了四个完全一样的P 型电阻,称之为扩散电阻。
如图3-1所示的为压阻式压力传感器的结构组成图。
扩散电阻引线图3-1 压阻式压力传感器结构3.2 电阻信号的测量桥路对于压阻式压力传感器,产生的电阻信号需要进一步转化为电压或者电路信号,以便进行测量信号的远传和处理。
最常用的的方法是采用电桥的方法,电桥的准确度高、稳定信高、使用方便,可以准确的将扩散电阻变化量转换成电压信号的变化量,减少了环境因素带来的测量误差。
由于交流电桥在信号传输过程中易受电路本身的影响,调节平衡困难,稳定性较差等缺点,本设计采用直流电桥作为电压信号的测量电路3.2.1 测量电路的工作原理桥路电源电压U ,4个桥臂阻值分别为1R 、2R 、3R 、4R ,当1R =2R =3R =3R 时,称之为等臂电桥。
由于扩散电阻的电桥电路输出信号比较微弱,故目前大部分电阻式压力变送器桥路输出端都会与直流放大器相连接。
测量桥路如图3-2所示。
图3-2 压力变送器测量电路 由于差动电桥的补偿作用,使引起非线性误差的因素互相抵消并且具有温度补偿功能,而且半桥的输出信号灵敏度是单臂电桥的2倍,同时全桥电路的灵敏度是半桥的2倍,全桥电路灵敏度很高,因此该设计采用全桥电路。
电路如图3-3所示。
图3-3 全桥电路3.3信号放大电路3.3.1放大器的选择由于被测压力经过应变片和全桥电路转变后得到的电信号十分微弱,所以在对其进行A/D转换之前要对这些模拟电信号进行放大。
本设计采用OP07双极性运算放大器组成的三运放差分放大电路,OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低(OP07A为±2nA)和开环增益高(对于OP07A为300V/mV)的特点,这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
能够保证在具有较大共模电压的条件下,获得对微弱的差分电压信号进行放大的显著效果,并且具有很高的输入阻抗。
因此,这些特性使得三运放差分放大电路得到广泛应用3.3.2三运放差分放大电路该设计采用了由OP07运算放大器组成的同向并联三运放结构,由OP07-1和OP07-2组成第一级运放电路提高输入阻抗,OP07-3组成第二级运放电路提高共模抑制比。
这种结构可以很好地满足高输入阻抗、高共模抑制比、高增益、低漂移等电路要求。
结构组成如图3-4所示。
-5V-5V图3-4 三运放差分放大电路3.4 A/D转换模块3.4.1 ADC0809与单片机连接经过差分放大电路后放大的电压模拟量信号从IN口输入,由于A、B、C 三位地址选通端子接地,根据通道选择表,信号从IN0输入,经过A/D转换之后由数据输出端口D0-D7输入至51单片机的P0口,时钟脉冲输入端CLK 与P2.0相连,同时,由于转换器的START和ALE端口工作时序一样,因此把两个端口连接在一起,再与P2.1连接,由一个单片机I/O口控制,节省了I/O 资源。
OE端口和EOC端口分别由单片机P2.2和P2.3控制。
连接图如图3-5所示。
图3-5 ADC0809与AT89C51单片机连接图3.5单片机3.5.1 AT89C51单片机简介图3-6 AT89C51单片机引脚符号图AT89C51的引脚图如图3-6所示。
该设计选用的数据处理核心器件是AT89C51型高性能8位单片机,它内部集成了4K字节的闪存,128字节的内部RAM,以及32 个双向I/O 端口,一个全双工串行通信口,一个两级中断结构,两个16位定时/计数器,片内振荡器及时钟电路等。