智能压力变送器的研究与设计
随着工业应用对信号检测与处理的要求不断提高，新型智能仪表将在生产过程中占有越来越重要的地位。高精度的压力测量和变送更是保证产品质量、提高效益的有力保障。因此，实现智能化的压力检测系统对工业过程具有非常重要的意义。 本文分别介绍了压力传感器模块、A/D转换模块、单片机模块、D/A转换模块、显示模块，并通过V/I转换输出4~20mA电流输出。软件部分主要介绍了智能压力变送器的监控程序和测控程序。最后通过PROTUES仿真、调试出结果。经压力测量结果表明，该智能压力变送器测量精度高，灵活性好，具有一定的实用价值。关键词 智能，压力变送器，单片机，监控目录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究目的及意义 1
1.4 主要研究内容 2
2 系统总体设计 2
2.1智能压力变送器的特点 2
2.2系统整体设计方案 3
3 系统硬件设计 4
3.1 压力传感器模块 4
3.2 A/ D转换模块 6
3.3 单片机模块 7
3.4 显示模块 10
3.5 D/A转换模块与V/I转换电路 12
3.6 智能仪表的低功耗设计 14
4 系统软件设计 15
4.1 C语言编程 15
4.2 系统软件结构 15
5 系统调试 19
5.1 软件调试所用工具 19
5.2 keil软件编译、调试 20
5.3 protues仿真 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录 25
1 引言
1.1 研究背景
变送器作为基本的工业领域的自动化设备,主要应用于测量和转换物理信号。然而,随着的增加高参数、大容量和工艺的复杂性,工业领域自动化的依赖性也在增加,因此变送器的数量不断增加,要求也越来越多。目前4~20mA电流信号的二线制变送器得到普遍使用,在信号的传递过程中,电流信号不能叠加,信道只能一对一,且只能在某种程度上进行单向传输。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 1 引言
1.1 研究背景
变送器作为基本的工业领域的自动化设备,主要应用于测量和转换物理信号。然而,随着的增加高参数、大容量和工艺的复杂性,工业领域自动化的依赖性也在增加,因此变送器的数量不断增加,要求也越来越多。目前4~20mA电流信号的二线制变送器得到普遍使用,在信号的传递过程中,电流信号不能叠加,信道只能一对一,且只能在某种程度上进行单向传输。而智能变送器则是在变送器的基础上加入微处理器芯片,然后通过数字通信，对说需要测量的物理量进行数字通信处理,然后通过计算机进行数字通信。通过单片机对模拟信号的数字处理，使得变送器的测量的精确度有了明显提高，并具有诊断和报警功能，而且可以克服温度漂移、零点漂移的影响，有的甚至直接具有PID输出等先进的处理功能。因此智能变送器的性能要远优于普通变送器,近10年来在国内外获得广泛的应用。
1.2 研究现状
美国的一些公司于十九世纪80年代都相继推出了一款被称为Smart变送器的新型智能压力变送器。这类变送器不仅有能力以适应各种新的应用程序,而且克服了以往模拟变送器精确度过低、漂移过大、量程太小、维护和维修成本过大等不足。因为这些公司所推出的变送器在其内部加入了微处理器,把所需要的测量的物理信号进行数字集成化处理,可以输出4~20mA的电流信号，从而使得控制室和现场仪表可以进行双向数字通信。这个数字通信功能大大降低了测量技术与控制技术的差距。因此,数字集成测控方法可以消除许多来源于模拟电路误的差,从而达到更高的性能标准。
目前变送器已经进入我国的市场，智能压力变送器相比传统的变送器来说，市场潜力更大，发展前景更好，但相比于我国目前的情况来看国外的几家仪表公司拥有着很多优势，所以我国的市场被这几家公司占据了很大一部分。这几家仪器公司技术影响力主要体现在更加优越的性能、更好制造工艺以及智能化上，其核心技术是高性能传感技术及高度智能化、高集成度的专用微处理技术。
1.3 研究目的及意义
随着自动控制系统的快速发展,自动化程度越来越高,需要测量的参量日益增加,
尤其是对压力的测量在其中占有很大的比重。压力变送器被用于压力信号的测量，它处于信息系统的前沿，所以它的可靠性和输出信息的质量对整个系统来说至关重要。由于压力控制系统，计算机测控系统的发展，传统的压力变送器的性能不稳定，可靠性差，精度低的问题不得不提上日程，传统的压力变送器已不能满足当前的系统需求，使得集信息采集、信息处理和通信等功能为一体的智能压力变送器系统已经慢慢变成工业生产发展的迫切需要。然而,由于我国智能压力变送器设计的研究起步较晚,还处于起步阶段,其理论和实践尚不成熟,与实际应用需求差距是很大的,尤其是用于压力测量的高精度、低成本、低功耗的智能压力变送器系统更是有待于进一步开发。因此,为了提高检测技术及自动化水平，研究高性能的智能压力变送器系统具有非同寻常的意义。压力的检测和控制对于生产和设备的操作运行是必不可少的，所以智能压力检测系统在工业领域具有非凡意义。
1.4 主要研究内容
本文主要是围绕着智能压力变送器系统的硬件电路各个模块的设计以及软件的调试展开的，硬件方面的工作主要包括整个系统方案的确定、各模块的设计、模块之间的连接和核心芯片的选取；软件设计主要包括设计整个软件体系结构等关键程序，使输出的数据准确度更高。
本课题具体研究的内容如下：
（1）对智能压力变送器系统的背景、发展现状作了深入的研究，然后通过本文所设计的智能压力变送器的具体要求，设定总体的设计方案。
（2）本文选用了STC89C52单片机作为微处理器、ADC0809作为A/D 转换芯片、TLC5615作为D/A 转换芯片及1602液晶显示等进行低功耗硬件电路的设计。
（3）软件编程采用模块化设计，包括监控程序、测控程序、采样中断子程序等。
（4）利用 Proteus7仿真软件和 Keil 联调进行仿真，验证智能压力变送器的设计。
2 系统总体设计
2.1智能压力变送器的特点
智能压力变送器正在不断向着智能化的方向发展，而且还具有高精度、小体积、数字总线通讯、故障诊断功能，目前它的的主要特点体现在以下几个方面：
（1）数字化：传统的压力变送器是基于4~20mA的模拟信号传输的，并且很容易在传输过程中引入干扰，且只能进行单向传输。数字型变送器可以直接与计算机通一讯，多个变送器结合计算机可以组成集散式控制系统,便于远程监控。
（2）高精度：精度是压力变送器的最重要指标之一，直接影响着智能变送器的性能。
（3）智能化：智能化系统主要体现在可以实时进行自我检验，分析、判断所采集的数据是否合理，以及对故障进行报警，从而保证系统的高可靠性和高稳定性。
（4）标准化：采用统一的标准，不需要与制造商的传感器具有兼容性，可以直接挂接在一条现场总线上，既使用户使用更加便捷，又易于安装和维护，降低了生产成本。
（5）小型化：小型化的优点有很多，体积小、重量轻，便于携带，同时安装方便，对周围环境的空间要求也不是很高。
2.2系统整体设
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究目的及意义 1
1.4 主要研究内容 2
2 系统总体设计 2
2.1智能压力变送器的特点 2
2.2系统整体设计方案 3
3 系统硬件设计 4
3.1 压力传感器模块 4
3.2 A/ D转换模块 6
3.3 单片机模块 7
3.4 显示模块 10
3.5 D/A转换模块与V/I转换电路 12
3.6 智能仪表的低功耗设计 14
4 系统软件设计 15
4.1 C语言编程 15
4.2 系统软件结构 15
5 系统调试 19
5.1 软件调试所用工具 19
5.2 keil软件编译、调试 20
5.3 protues仿真 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录 25
1 引言
1.1 研究背景
变送器作为基本的工业领域的自动化设备,主要应用于测量和转换物理信号。然而,随着的增加高参数、大容量和工艺的复杂性,工业领域自动化的依赖性也在增加,因此变送器的数量不断增加,要求也越来越多。目前4~20mA电流信号的二线制变送器得到普遍使用,在信号的传递过程中,电流信号不能叠加,信道只能一对一,且只能在某种程度上进行单向传输。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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1.1 研究背景
变送器作为基本的工业领域的自动化设备,主要应用于测量和转换物理信号。然而,随着的增加高参数、大容量和工艺的复杂性,工业领域自动化的依赖性也在增加,因此变送器的数量不断增加,要求也越来越多。目前4~20mA电流信号的二线制变送器得到普遍使用,在信号的传递过程中,电流信号不能叠加,信道只能一对一,且只能在某种程度上进行单向传输。而智能变送器则是在变送器的基础上加入微处理器芯片,然后通过数字通信，对说需要测量的物理量进行数字通信处理,然后通过计算机进行数字通信。通过单片机对模拟信号的数字处理，使得变送器的测量的精确度有了明显提高，并具有诊断和报警功能，而且可以克服温度漂移、零点漂移的影响，有的甚至直接具有PID输出等先进的处理功能。因此智能变送器的性能要远优于普通变送器,近10年来在国内外获得广泛的应用。
1.2 研究现状
美国的一些公司于十九世纪80年代都相继推出了一款被称为Smart变送器的新型智能压力变送器。这类变送器不仅有能力以适应各种新的应用程序,而且克服了以往模拟变送器精确度过低、漂移过大、量程太小、维护和维修成本过大等不足。因为这些公司所推出的变送器在其内部加入了微处理器,把所需要的测量的物理信号进行数字集成化处理,可以输出4~20mA的电流信号，从而使得控制室和现场仪表可以进行双向数字通信。这个数字通信功能大大降低了测量技术与控制技术的差距。因此,数字集成测控方法可以消除许多来源于模拟电路误的差,从而达到更高的性能标准。
目前变送器已经进入我国的市场，智能压力变送器相比传统的变送器来说，市场潜力更大，发展前景更好，但相比于我国目前的情况来看国外的几家仪表公司拥有着很多优势，所以我国的市场被这几家公司占据了很大一部分。这几家仪器公司技术影响力主要体现在更加优越的性能、更好制造工艺以及智能化上，其核心技术是高性能传感技术及高度智能化、高集成度的专用微处理技术。
1.3 研究目的及意义
随着自动控制系统的快速发展,自动化程度越来越高,需要测量的参量日益增加,
尤其是对压力的测量在其中占有很大的比重。压力变送器被用于压力信号的测量，它处于信息系统的前沿，所以它的可靠性和输出信息的质量对整个系统来说至关重要。由于压力控制系统，计算机测控系统的发展，传统的压力变送器的性能不稳定，可靠性差，精度低的问题不得不提上日程，传统的压力变送器已不能满足当前的系统需求，使得集信息采集、信息处理和通信等功能为一体的智能压力变送器系统已经慢慢变成工业生产发展的迫切需要。然而,由于我国智能压力变送器设计的研究起步较晚,还处于起步阶段,其理论和实践尚不成熟,与实际应用需求差距是很大的,尤其是用于压力测量的高精度、低成本、低功耗的智能压力变送器系统更是有待于进一步开发。因此,为了提高检测技术及自动化水平，研究高性能的智能压力变送器系统具有非同寻常的意义。压力的检测和控制对于生产和设备的操作运行是必不可少的，所以智能压力检测系统在工业领域具有非凡意义。
1.4 主要研究内容
本文主要是围绕着智能压力变送器系统的硬件电路各个模块的设计以及软件的调试展开的，硬件方面的工作主要包括整个系统方案的确定、各模块的设计、模块之间的连接和核心芯片的选取；软件设计主要包括设计整个软件体系结构等关键程序，使输出的数据准确度更高。
本课题具体研究的内容如下：
（1）对智能压力变送器系统的背景、发展现状作了深入的研究，然后通过本文所设计的智能压力变送器的具体要求，设定总体的设计方案。
（2）本文选用了STC89C52单片机作为微处理器、ADC0809作为A/D 转换芯片、TLC5615作为D/A 转换芯片及1602液晶显示等进行低功耗硬件电路的设计。
（3）软件编程采用模块化设计，包括监控程序、测控程序、采样中断子程序等。
（4）利用 Proteus7仿真软件和 Keil 联调进行仿真，验证智能压力变送器的设计。
2 系统总体设计
2.1智能压力变送器的特点
智能压力变送器正在不断向着智能化的方向发展，而且还具有高精度、小体积、数字总线通讯、故障诊断功能，目前它的的主要特点体现在以下几个方面：
（1）数字化：传统的压力变送器是基于4~20mA的模拟信号传输的，并且很容易在传输过程中引入干扰，且只能进行单向传输。数字型变送器可以直接与计算机通一讯，多个变送器结合计算机可以组成集散式控制系统,便于远程监控。
（2）高精度：精度是压力变送器的最重要指标之一，直接影响着智能变送器的性能。
（3）智能化：智能化系统主要体现在可以实时进行自我检验，分析、判断所采集的数据是否合理，以及对故障进行报警，从而保证系统的高可靠性和高稳定性。
（4）标准化：采用统一的标准，不需要与制造商的传感器具有兼容性，可以直接挂接在一条现场总线上，既使用户使用更加便捷，又易于安装和维护，降低了生产成本。
（5）小型化：小型化的优点有很多，体积小、重量轻，便于携带，同时安装方便，对周围环境的空间要求也不是很高。
2.2系统整体设
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