兩線制智能壓力變送器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩線制智能壓力變送器，包括傳感器信號調理檢測模塊、人機交互模塊和HART通信模塊。本實用新型選用了超低功耗16位嵌入式微處理器MSP430F435作為壓力變送器的控制核心，并充分利用了微處理內部資源，在提高了系統(tǒng)的集成度同時，降低了系統(tǒng)功耗，采用A5191HRT和AD421設計HART協(xié)議通信模塊具有電路設計簡單、工作可靠性高的優(yōu)點，且能夠從4～20mA模擬電流回路中獲取能量供給整個變送器工作。
【專利說明】兩線制智能壓力變送器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種壓力變送器，具體是一種兩線制智能壓力變送器。

【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的壓力變送器僅提供模擬信號4?20mA電流環(huán)輸出，隨著微電子技術的迅速發(fā)展，越來越多的智能變送器開始支持數(shù)字信號傳輸?shù)默F(xiàn)場總線協(xié)議，HART協(xié)議與其他只支持數(shù)字信號傳輸?shù)默F(xiàn)場總線協(xié)議相比，HART協(xié)議智能變送器的最大特點就是在傳輸數(shù)字信號的同時，保留了 4?20mA電流環(huán)信號，在數(shù)字儀表取代傳統(tǒng)模擬儀表的過渡階段起到了重要的作用，于是，如何提高系統(tǒng)集成度并降低系統(tǒng)功耗成為智能壓力變送器的研究方向。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種具有高系統(tǒng)集成度且功耗低的兩線制智能壓力變送器，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0005]一種兩線制智能壓力變送器，包括傳感器信號調理檢測模塊、人機交互模塊和HART通信模塊，所述傳感器信號調理檢測模塊采用低功耗儀表放大器將壓力傳感器輸出微弱電壓信號濾波放大調理到合適的電壓范圍內，通過ADC采集調理后的電壓信號，送到MCU做線性化處理和補償運算得到待測量的壓力，所述人機交互模塊包括液晶顯示屏和鍵盤，用于變送器菜單設置，完成本地參數(shù)的設置和修改，并通過液晶屏顯示，所述HART通信模塊一方面將MCU輸出數(shù)字量經DAC轉換得到對應的4?20mA電流，另一方面HART調制解調器將疊加在電流環(huán)路上FSK數(shù)字信號解調，經通用串口接口送入MCU，并將MCU發(fā)送相應的應答幀調制成FSK數(shù)字信號，疊加在4?20mA電流信號上發(fā)送出去。
[0006]所述傳感器為硅壓阻式壓力傳感器，采用恒流源激勵電路，所述恒流源激勵電路包括運放ICl和電阻R14，所述電阻R14連接電源VI，電阻R14另一端分別連接運放ICl引腳I和電阻R15，電阻R15另一端連接電阻R16并接地，電阻R16另一端分別連接運放ICl引腳2、電位器RPl和電位器RP2，所述運放ICl引腳3分別連接電位器RP3、電位器RP3滑片、電位器RP4和電位器RP4滑片，電位器RP3另一端分別連接電位器RPl另一端、電位器RPl滑片、電位器PR2滑片和輸出端V-，電位器RP2另一端分別連接電位器RP4另一端和輸出端V+。
[0007]所述傳感器信號調理檢測模塊、人機交互模塊和HART通信模塊均連接微處理器MSP430F435。
[0008]所述HART通信模塊包括模數(shù)轉換器Ul和HART調制解調芯片U2，所述模數(shù)轉換器Ul引腳Vcc分別連接電源VCC、電容Cl、三極管VTl基極和MOS管S極，所述電容Cl另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳LV，所述MOS管D極分別連接微處理器MSP430F435引腳LOOP+和三極管VTl集電極，三極管VTl發(fā)射極連接模數(shù)轉換器Ul引腳BOOST，模數(shù)轉換器Ul引腳BEFOUTI連接電容C2，電容C2另一端連接電容C3并接地，電容C3另一端分別連接模數(shù)轉換器Ul引腳BEF0UT2和模數(shù)轉換器Ul引腳REFIN，模數(shù)轉換器Ul引腳DRIVE連接電阻Rl，電阻Rl另一端連接接地電容C5，所述MOS管G極連接電容C4，電容C4另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳C0MP，模數(shù)轉換器Ul引腳COM分別連接電容C7、電容C8和電容C9并接地，電容C6另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳TEST1，電容C7另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳TEST2，電容C8另一端分別連接模數(shù)轉換器Ul引腳TEST3和電容C12，模數(shù)轉換器Ul引腳L00PRTN連接微處理器MSP430F435引腳L00P-，所述電容C12另一端連接HART調制解調芯片U2引腳OTXAjHART調制解調芯片U2引腳INRESET連接電阻R9，電阻R9另一端分別連接電源VCC、電容C14、HART調制解調芯片U2引腳VDD、HART調制解調芯片U2引腳VSS和HART調制解調芯片U2引腳VDDA，所述電容C14另一端連接電阻RlO并接地，電阻RlO另一端連接HART調制解調芯片U2引腳OSBIAS，HART調制解調芯片U2引腳IXTL接地，HART調制解調芯片U2引腳OTXL連接微處理器MSP430F435引腳ACLK，HART調制解調芯片U2引腳ICDREF分別連接電阻RlI和電阻R12，電阻R12另一端分別連接電容C15和二極管Dl正極并接地，二極管Dl負極分別連接電阻R13、電容C15另一端、電阻Rll另一端、電阻R8和HART調制解調芯片U2引腳IAREF，所述電阻R13另一端連接電源VCC，所述HART調制解調芯片U2引腳IRXAC分別連接電阻R2和接地電容C13，電阻R2另一端分別連接電阻R3和HART調制解調芯片U2引腳QRXAF，電阻R3另一端分別連接電容C9、電容ClO和電阻R5，電容C9另一端連接電阻R4，電阻R4另一端分別連接電阻R7、電阻R8另一端和HART調制解調芯片U2引腳IRXA，所述電阻R7另一端分別連接電阻R5另一端和電阻R6并接地，電阻R6另一端分別連接電容ClO另一端和電容C11，電容Cll另一端連接微處理器MSP430F435引腳LOOP+。
[0009]作為本實用新型再進一步的方案:所述模數(shù)轉換器Ul型號為AD421，所述HART調制解調芯片U2型號為A5191HRT。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型選用了超低功耗16位嵌入式微處理器MSP430F435作為壓力變送器的控制核心，并充分利用了微處理內部資源，在提高了系統(tǒng)的集成度同時，降低了系統(tǒng)功耗。采用A5191HRT和AD421設計HART協(xié)議通信模塊具有電路設計簡單、工作可靠性高的優(yōu)點，且能夠從4?20mA模擬電流回路中獲取能量供給整個變送器工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為兩線制智能壓力變送器的結構框圖；
[0012]圖2為兩線制智能壓力變送器中壓力傳感器的恒流源激勵電路；
[0013]圖3為兩線制智能壓力變送器中HART通信模塊電路圖。

【具體實施方式】
[0014]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0015]請參閱圖1?3，本實用新型實施例中，一種兩線制智能壓力變送器，包括傳感器信號調理檢測模塊、人機交互模塊和HART通信模塊，傳感器信號調理檢測模塊采用低功耗儀表放大器將壓力傳感器輸出微弱電壓信號濾波放大調理到合適的電壓范圍內，通過ADC采集調理后的電壓信號，送到MCU做線性化處理和補償運算得到待測量的壓力，人機交互模塊包括液晶顯示屏和鍵盤，用于變送器菜單設置，完成本地參數(shù)的設置和修改，并通過液晶屏顯示，HART通信模塊一方面將MCU輸出數(shù)字量經DAC轉換得到對應的4?20mA電流，另一方面HART調制解調器將疊加在電流環(huán)路上FSK數(shù)字信號解調，經通用串口接口送入MCU,并將MCU發(fā)送相應的應答幀調制成FSK數(shù)字信號，疊加在4?20mA電流信號上發(fā)送出去。
[0016]傳感器為硅壓阻式壓力傳感器，采用恒流源激勵電路，恒流源激勵電路包括運放ICl和電阻R14，電阻R14連接電源VI，電阻R14另一端分別連接運放ICl引腳I和電阻R15，電阻R15另一端連接電阻R16并接地，電阻R16另一端分別連接運放ICl引腳2、電位器RPl和電位器RP2，運放ICl弓丨腳3分別連接電位器RP3、電位器RP3滑片、電位器RP4和電位器RP4滑片，電位器RP3另一端分別連接電位器RPl另一端、電位器RPl滑片、電位器PR2滑片和輸出端V-，電位器RP2另一端分別連接電位器RP4另一端和輸出端V+。
[0017]傳感器信號調理檢測模塊、人機交互模塊和HART通信模塊均連接微處理器MSP430F435。
[0018]HART通信模塊包括模數(shù)轉換器Ul和HART調制解調芯片U2，模數(shù)轉換器Ul引腳Vcc分別連接電源VCC、電容Cl、三極管VTl基極和MOS管S極，電容Cl另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳LV，MOS管D極分別連接微處理器MSP430F435引腳LOOP+和三極管VTl集電極，三極管VTl發(fā)射極連接模數(shù)轉換器Ul引腳BOOST，模數(shù)轉換器Ul引腳BEF0UT1連接電容C2，電容C2另一端連接電容C3并接地，電容C3另一端分別連接模數(shù)轉換器Ul引腳BEF0UT2和模數(shù)轉換器Ul引腳REFIN，模數(shù)轉換器Ul引腳DRIVE連接電阻R1，電阻Rl另一端連接接地電容C5，M0S管G極連接電容C4，電容C4另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳COMP，模數(shù)轉換器Ul引腳COM分別連接電容C7、電容C8和電容C9并接地，電容C6另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳TEST1，電容C7另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳TEST2，電容C8另一端分別連接模數(shù)轉換器Ul引腳TEST3和電容C12，模數(shù)轉換器Ul引腳L00PRTN連接微處理器MSP430F435引腳L00P-，電容C12另一端連接HART調制解調芯片U2引腳0ΤΧΑ，HART調制解調芯片U2引腳INRESET連接電阻R9，電阻R9另一端分別連接電源VCC、電容C14、HART調制解調芯片U2引腳VDD、HART調制解調芯片U2引腳VSS和HART調制解調芯片U2引腳VDDA,電容C14另一端連接電阻RlO并接地，電阻RlO另一端連接HART調制解調芯片U2引腳0SBIAS，HART調制解調芯片U2引腳IXTL接地，HART調制解調芯片U2引腳OTXL連接微處理器MSP430F435引腳ACLK，HART調制解調芯片U2引腳ICDREF分別連接電阻Rl I和電阻R12，電阻R12另一端分別連接電容C15和二極管Dl正極并接地，二極管Dl負極分別連接電阻R13、電容C15另一端、電阻Rll另一端、電阻R8和HART調制解調芯片U2引腳IAREF，電阻R13另一端連接電源VCC，HART調制解調芯片U2弓丨腳IRXAC分別連接電阻R2和接地電容C13，電阻R2另一端分別連接電阻R3和HART調制解調芯片U2弓丨腳QRXAF,電阻R3另一端分別連接電容C9、電容ClO和電阻R5，電容C9另一端連接電阻R4，電阻R4另一端分別連接電阻R7、電阻R8另一端和HART調制解調芯片U2引腳IRXA，電阻R7另一端分別連接電阻R5另一端和電阻R6并接地，電阻R6另一端分別連接電容ClO另一端和電容Cl I，電容Cll另一端連接微處理器MSP430F435引腳LOOP+。
[0019]模數(shù)轉換器Ul型號為AD421，HART調制解調芯片U2型號為A5191HRT。
[0020]本實用新型的工作原理是:微處理器MSP430F435在進入定時器中斷后，會默認自動屏蔽其它中斷，因此需要在進入定時器中斷后取消中斷屏蔽，打開中斷，使得HART通信中斷能及時響應。HART協(xié)議通信程序根據(jù)HART協(xié)議規(guī)范要求，完成從設備數(shù)據(jù)鏈路層、應用層以及層間接口程序實現(xiàn)HART通信鏈路連接，鏈路仲裁，信號接收、識別、響應和發(fā)送。壓力變送器在HART協(xié)議通信時作為從設備使用終端，上電復位后系統(tǒng)初始化要包含HART協(xié)議通信模塊的初始化配置，如設定微處理器MSP430F435內部UART模塊工作方式、通信波特率、數(shù)據(jù)幀格式等。由于HART總線為半雙工模式，必須在接收到通信主機(上位機或手抄器)命令幀后，由微處理器MSP430F435做出相應的數(shù)據(jù)處理，產生應答幀，為了能夠及時地接收到主機發(fā)送的命令又不影響主程序的正常運行，HART通信模塊程序主要在中斷程序來實現(xiàn)。當HART調制解調芯片A5191HRT的載波檢測輸出腳OCD變?yōu)楦唠娖綍r，觸發(fā)UART硬件中斷，調用數(shù)據(jù)接收中斷子程序，微處理器MSP430F435完成主機命令的接收和處理后，生成相應的應答幀，通過UART傳送給HART調制解調芯片A5191HRT，由HART調制解調芯片A5191HRT調制成FSK信號通過模數(shù)轉換器AD421疊加在4?20mA電流環(huán)上傳送給主機，在完成應答后，退出中斷子程序，進入低功耗模式，利用定時器中斷、周期性地喚醒并執(zhí)行測量主程序。
【權利要求】
1.一種兩線制智能壓力變送器，包括傳感器信號調理檢測模塊、人機交互模塊和HART通信模塊，其特征在于，所述傳感器信號調理檢測模塊采用低功耗儀表放大器將壓力傳感器輸出微弱電壓信號濾波放大調理到合適的電壓范圍內，通過ADC采集調理后的電壓信號，送到MCU做線性化處理和補償運算得到待測量的壓力，所述人機交互模塊包括液晶顯示屏和鍵盤，用于變送器菜單設置，完成本地參數(shù)的設置和修改，并通過液晶屏顯示，所述HART通信模塊一方面將MCU輸出數(shù)字量經DAC轉換得到對應的4?20mA電流，另一方面HART調制解調器將疊加在電流環(huán)路上FSK數(shù)字信號解調，經通用串口接口送入MCU，并將MCU發(fā)送相應的應答幀調制成FSK數(shù)字信號，疊加在4?20mA電流信號上發(fā)送出去； 所述傳感器為硅壓阻式壓力傳感器，采用恒流源激勵電路，所述恒流源激勵電路包括運放ICl和電阻R14，所述電阻R14連接電源VI，電阻R14另一端分別連接運放ICl引腳I和電阻R15，電阻R15另一端連接電阻R16并接地，電阻R16另一端分別連接運放ICl引腳2、電位器RPl和電位器RP2，所述運放ICl引腳3分別連接電位器RP3、電位器RP3滑片、電位器RP4和電位器RP4滑片，電位器RP3另一端分別連接電位器RPl另一端、電位器RPl滑片、電位器PR2滑片和輸出端V-，電位器RP2另一端分別連接電位器RP4另一端和輸出端V+ ； 所述傳感器信號調理檢測模塊、人機交互模塊和HART通信模塊均連接微處理器MSP430F435 ； 所述HART通信模塊包括模數(shù)轉換器Ul和HART調制解調芯片U2，所述模數(shù)轉換器Ul引腳Vcc分別連接電源VCC、電容Cl、三極管VTl基極和MOS管S極，所述電容Cl另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳LV，所述MOS管D極分別連接微處理器MSP430F435引腳LOOP+和三極管VTl集電極，三極管VTl發(fā)射極連接模數(shù)轉換器Ul引腳BOOST，模數(shù)轉換器Ul引腳BEFOUTI連接電容C2，電容C2另一端連接電容C3并接地，電容C3另一端分別連接模數(shù)轉換器Ul引腳BEF0UT2和模數(shù)轉換器Ul引腳REFIN，模數(shù)轉換器Ul引腳DRIVE連接電阻Rl，電阻Rl另一端連接接地電容C5，所述MOS管G極連接電容C4，電容C4另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳C0MP，模數(shù)轉換器Ul引腳COM分別連接電容C7、電容C8和電容C9并接地，電容C6另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳TESTl，電容C7另一端連接模數(shù)轉換器Ul引腳TEST2，電容C8另一端分別連接模數(shù)轉換器Ul引腳TEST3和電容C12，模數(shù)轉換器Ul引腳L00PRTN連接微處理器MSP430F435引腳L00P-，所述電容C12另一端連接HART調制解調芯片U2引腳OTXAjHART調制解調芯片U2引腳INRESET連接電阻R9，電阻R9另一端分別連接電源VCC、電容C14、HART調制解調芯片U2引腳VDD、HART調制解調芯片U2引腳VSS和HART調制解調芯片U2引腳VDDA，所述電容C14另一端連接電阻RlO并接地，電阻RlO另一端連接HART調制解調芯片U2引腳0SBIAS，HART調制解調芯片U2引腳IXTL接地，HART調制解調芯片U2引腳OTXL連接微處理器MSP430F435引腳ACLK，HART調制解調芯片U2引腳ICDREF分別連接電阻RlI和電阻R12，電阻R12另一端分別連接電容C15和二極管Dl正極并接地，二極管Dl負極分別連接電阻R13、電容C15另一端、電阻Rll另一端、電阻R8和HART調制解調芯片U2引腳IAREF，所述電阻R13另一端連接電源VCC，所述HART調制解調芯片U2引腳IRXAC分別連接電阻R2和接地電容C13，電阻R2另一端分別連接電阻R3和HART調制解調芯片U2引腳QRXAF，電阻R3另一端分別連接電容C9、電容ClO和電阻R5，電容C9另一端連接電阻R4，電阻R4另一端分別連接電阻R7、電阻R8另一端和HART調制解調芯片U2引腳IRXA，所述電阻R7另一端分別連接電阻R5另一端和電阻R6并接地，電阻R6另一端分別連接電容ClO另一端和電容C11，電容Cll另一端連接微處理器MSP430F435引腳LOOP+。
2.根據(jù)權利要求1所述的兩線制智能壓力變送器，其特征在于，所述模數(shù)轉換器Ul型號為AD421，所述HART調制解調芯片U2型號為A5191HRT。
【文檔編號】G01L1/20GK204241137SQ201420571329
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權日:2014年9月30日
【發(fā)明者】張思, 康軍, 毛月俠, 盧軼人, 鄭林 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司徐州供電公司, 江蘇省電力公司