專利名稱：一種智能壓力變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能壓力變送器，屬于儀器儀表測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓力變送器要求輸出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的(T5V電壓信號或Γ20πιΑ電流信號，要求和被測壓力呈線性關(guān)系。電壓輸出型變送器抗干擾能力較差，線路損耗的破壞，談不上精度有多高，有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機(jī)產(chǎn)生誤判斷，控制出現(xiàn)錯誤，嚴(yán)重時還會損壞設(shè)備，輸出(T5V電壓信號不能遠(yuǎn)傳，遠(yuǎn)傳后線路壓降大，精度大打折扣。因此本實用新型一種智能壓力變送器設(shè)計成Γ20πιΑ電流輸出型。精度是壓阻式壓力傳感器的最主要的指標(biāo)。傳統(tǒng)的擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器其輸出值不只決定于輸入的壓力，還受到環(huán)境溫度變化的影響，因此存在零點漂移及溫度漂移的問題。傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方法采用插值 法、查表法，編程較為復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠克服傳統(tǒng)壓力變送器存在零點漂移的缺點，并能進(jìn)行很好的零點補(bǔ)償特性以及良好的抑制時漂特性的一種智能壓力變送器。本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案本實用新型設(shè)計了一種智能壓力變送器，其中包括壓力傳感器、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微控制器、數(shù)字溫度傳感器、D/A轉(zhuǎn)換模塊、V/I變換模塊、顯示模塊、RS485通訊接口及電源管理模塊；所述電源管理模塊的輸出端與微控制器連接，并經(jīng)由微控制器向整個智能壓力變送器供電；所述壓力傳感器的輸出端連接信號放大器的輸入端，并將采集到的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓信號輸入信號放大器；所述信號放大器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，對上述接收到的電壓信號進(jìn)行放大和調(diào)理，并將放大和調(diào)整后的電壓信號傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接微控制器的輸入端，對前述接收到的放大和調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳輸至微控制器；所述數(shù)字溫度傳感器的輸出端連接微控制器的輸入端，并將采集到的溫度信號傳輸?shù)轿⒖刂破鳎凰鑫⒖刂破鞣謩e連接D/A轉(zhuǎn)換模塊、RS485通訊接口和顯示模塊的輸入端，所述微控制器對接收到的溫度信號與電壓信號進(jìn)行計算，從而得出溫度補(bǔ)償后的壓力值，并分別傳輸至D/A轉(zhuǎn)換模塊、RS485通訊接口和顯示模塊，經(jīng)由RS485通訊接口送至外接測試儀表，同時由顯示模塊進(jìn)行顯示；所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與V/I變換模塊的輸入端連接，將上述溫度補(bǔ)償后的壓力值轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，并傳輸至V/I變換模塊；[0012]所述V/I變換模塊接收上述模擬電壓信號，并將前述模擬電壓信號變換為Γ20πιΑ電流輸出信號。作為本實用新型的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述信號放大器采用芯片INA121。作為本實用新型的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述A/D轉(zhuǎn)換模塊采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804。作為本實用新型的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20。作為本實用新型的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述微控制器采用ATMEGA128。作為本實用新型的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述D/A轉(zhuǎn)換模塊，采用TLC5615串行DA芯片。
作為本實用新型的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述RS485通訊接口，選擇MAX485專用芯片。本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果I.本實用新型所設(shè)計的一種智能壓力變送器，克服了傳統(tǒng)壓力變送器存在零點漂移的缺點，并能進(jìn)行很好的零點補(bǔ)償特性以及良好的抑制時漂特性；2.本實用新型所設(shè)計的一種智能壓力變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)的Γ20πιΑ電流信號，具有精度高、線性度好、有良好的可靠性、穩(wěn)定性及較寬溫度工作范圍和較小的溫漂，具有較好的應(yīng)用前景。

圖I為本實用新型所設(shè)計的一種智能壓力變送器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型所設(shè)計的一種智能壓力變送器和外接測試儀表的實物接線圖；圖3為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明如圖I所示，本實用新型設(shè)計了一種智能壓力變送器，其中包括壓力傳感器、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微控制器、數(shù)字溫度傳感器、D/A轉(zhuǎn)換模塊、V/I變換模塊、顯示模塊、RS485通訊接口及電源管理模塊；優(yōu)選的，所述壓力傳感器采用擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器，如麥克公司的MPM280壓力傳感器，該傳感器能夠在_40°C 80°C溫度范圍內(nèi)使用；優(yōu)選的，所述信號放大器采用芯片INA121，INA121是一種低功耗、高精度的差壓放大器；優(yōu)選的，A/D轉(zhuǎn)換模塊采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804 ；優(yōu)選的，所述數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20，該芯片是單總線數(shù)字溫度傳感器，用它作測溫器件，具有設(shè)計簡便，易實現(xiàn)多點精確測溫的優(yōu)點，并且可以有效減少設(shè)計微控制器外圍電路的復(fù)雜程度；優(yōu)選的，所述微控制器采用ATMEGA128，該芯片是ATMEL公司的8位單片機(jī)中最高配置的一款單片機(jī)，應(yīng)用極其廣泛；優(yōu)選的，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊，采用TLC5615串行DA芯片，它是低功耗10位CMOS電壓輸出DAC ；優(yōu)選的，所述V/I變換模塊，采用負(fù)載共地二線制V/I變換方式，電路由TI公司的高速低功耗精密運算放大器TLE2012及電阻組成；優(yōu)選的，所述顯示模塊采用IXD1602液晶顯示屏；優(yōu)選的，所述RS485通訊接口，選擇MAX485專用芯片，MAX485為單電源5V供電，半雙工通訊方式，其功能是實現(xiàn)微控制器的TTL電平和RS-485電平的轉(zhuǎn)換。在具體實施方式
中，本實用新型的工作原理為壓力傳感器采集壓力數(shù)據(jù)，并將壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓信號輸入放大器；信號放大器完成對電壓信號的放大和調(diào)理，并傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊對上述放大和調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后將產(chǎn)生外部中斷，微控制器在外部中斷服務(wù)程序中讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；微控制器按照數(shù)字溫度傳感器DS18B20的工作時序和通信協(xié)議采集溫度信號，微控制器將采集到的溫度值與壓力值輸入設(shè)計好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，經(jīng)過模型計算輸出溫度補(bǔ)償后的壓力值，并由IXD1602顯示測量值；D/A轉(zhuǎn)換模塊將上述溫度補(bǔ)償后的壓力值重新轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，經(jīng)V/I變換 轉(zhuǎn)換為4 20mA電流輸出信號；RS485通訊接口選擇專用芯片MAX485，MAX485為單電源5V供電，半雙工通訊方式，其功能是實現(xiàn)微控制器的TTL電平和RS-485電平的轉(zhuǎn)換；所述RS485通訊接口為其它智能儀表提供聯(lián)網(wǎng)通信接口。電源管理模塊由專用電源芯片構(gòu)成，為微控制器及其它電路提供5V和3V的電壓供電。如圖2所示，為壓力變送器和外接測試儀表的實物接線圖，Γ20πιΑ的電流信號經(jīng)過采樣電阻R完成電流到電壓轉(zhuǎn)換，供單片機(jī)使用。如圖3所示，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在具體的實施例中，微控制器對壓力的溫度補(bǔ)償采取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法BP網(wǎng)絡(luò)是一種單向傳輸?shù)亩鄬忧梆伨W(wǎng)絡(luò)，利用梯度最速下降法，權(quán)值沿誤差函數(shù)的負(fù)梯度方向改變，使誤差逐步減小，并逼近非線性函數(shù)，輸入層包含了采樣數(shù)據(jù)DS18B20測量的環(huán)境溫度、壓力傳感器輸出的壓力值。中間層神經(jīng)元的傳遞函數(shù)采用S型正切函數(shù)，其表達(dá)式為
=。可翻中間層_數(shù)表達(dá)式、
。然后將中間層與輸出層的的權(quán)值矩陣設(shè)為11 ,修正值矩陣為輸出層神經(jīng)元的傳遞
函數(shù)采用S型對數(shù)函數(shù)，其表達(dá)式為= 。可得到輸出層的函數(shù)表達(dá)式
1+^
% =+Mgs喊;通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練之后，得到滿足控制要求訓(xùn)練的權(quán)值以
及修正值，將其連接關(guān)系用程序編程，移植到單片機(jī)中，完成信號處理需要。在整個系統(tǒng)中微控制器完成的工作主要有上電初始化，A/D，D/A轉(zhuǎn)換與通訊模塊的初始化等；進(jìn)行溫度和壓力的A/D轉(zhuǎn)換，把溫度和壓力信號組成二維數(shù)組輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的權(quán)值連接中實現(xiàn)信號處理，將信號通過RS485通訊接口發(fā)送出去，并通過IXD顯示測量壓力值；D/A轉(zhuǎn)換后實現(xiàn)模擬量輸出。
權(quán)利要求1.一種智能壓力變送器,其特征在于包括壓力傳感器、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微控制器、數(shù)字溫度傳感器、D/A轉(zhuǎn)換模塊、V/I變換模塊、顯示模塊、RS485通訊接口及電源管理模塊； 所述電源管理模塊的輸出端與微控制器連接，并經(jīng)由微控制器向整個智能壓力變送器供電； 所述壓力傳感器的輸出端連接信號放大器的輸入端，并將采集到的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓信號輸入信號放大器； 所述信號放大器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，對上述接收到的電壓信號進(jìn)行放大和調(diào)理，并將放大和調(diào)整后的電壓信號傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊； 所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接微控制器的輸入端，對前述接收到的放大和調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳輸至微控制器； 所述數(shù)字溫度傳感器的輸出端連接微控制器的輸入端，并將采集到的溫度信號傳輸?shù)轿⒖刂破鳎? 所述微控制器分別連接D/A轉(zhuǎn)換模塊、RS485通訊接口和顯示模塊的輸入端，所述微控制器對接收到的溫度信號與電壓信號進(jìn)行處理，從而得出溫度補(bǔ)償后的壓力值，并分別傳輸至D/A轉(zhuǎn)換模塊、RS485通訊接口和顯示模塊，經(jīng)由RS485通訊接口送至外接測試儀表，同時由顯示模塊進(jìn)行顯示； 所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與V/I變換模塊的輸入端連接，將上述溫度補(bǔ)償后的壓力值轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，并傳輸至V/I變換模塊； 所述V/I變換模塊接收上述模擬電壓信號，并將前述模擬電壓信號變換為r20mA電流輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種智能壓力變送器，其特征在于所述信號放大器采用芯片 INA121。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種智能壓力變送器，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換模塊采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種智能壓力變送器，其特征在于所述數(shù)字溫度傳感器采用 DS18B20。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種智能壓力變送器，其特征在于所述微控制器采用ATMEGAI28。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種智能壓力變送器，其特征在于所述D/A轉(zhuǎn)換模塊，采用TLC5615串行DA芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種智能壓力變送器，其特征在于所述RS485通訊接口，選擇MAX485專用芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種智能壓力變送器，設(shè)有數(shù)字溫度傳感器和壓力傳感器，能夠?qū)崟r采集溫度信號和壓力數(shù)據(jù)，所述壓力數(shù)據(jù)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后與溫度信號一同傳輸至微控制器進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)對壓力傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償、零點漂移補(bǔ)償及非線性校正。本實用新型所設(shè)計的一種智能壓力變送器能夠克服傳統(tǒng)壓力變送器存在零點漂移的缺點，具有很好的零點補(bǔ)償特性以及良好的抑制時漂特性。
文檔編號G01L19/04GK202522348SQ20122017840
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者徐華軍 申請人:無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院