基于STC15F2K56S2的差壓變送器設(shè)計(jì)應(yīng)用

郭寶山

(山西國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠，山西 太原 030024)

2017-07-14

郭寶山(1980- )，男，山西文水人，工程師，研究方向:機(jī)電技術(shù)。

1674- 4578(2017)05- 0006- 03

基于STC15F2K56S2的差壓變送器設(shè)計(jì)應(yīng)用

郭寶山

(山西國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠，山西 太原 030024)

作為防護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，差壓變送器可實(shí)時(shí)檢測(cè)密閉空間的內(nèi)、外壓力差，并得到廣泛應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要介紹了SDP-1000L微差壓傳感器的功能特性及其工作原理，并以該型號(hào)差壓傳感器為例，詳細(xì)闡述了一款基于STC15F2K56S2單片機(jī)的差壓變送器設(shè)計(jì)應(yīng)用。

微差壓傳感器；STC15F2K56S2；差壓變送器

差壓變送器利用微差壓傳感器的基本特性，實(shí)時(shí)檢測(cè)方艙內(nèi)、外的壓力差，并將其轉(zhuǎn)換為成比例的電信號(hào)，利用放大電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大處理，再經(jīng)過A/D變換后，將對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行處理，最后通過單片機(jī)串口和RS232電平轉(zhuǎn)換電路，形成標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，將處理信號(hào)輸出到上位機(jī)。變送器框圖如圖1所示。

圖1 差壓變送器框圖

1 微差壓傳感器SDP-1000L特性簡(jiǎn)介

SDP-1000L微差壓傳感器是一種氣體差壓傳感器，量程為-5 Pa～125 Pa。該傳感器的制作材質(zhì)采用防化學(xué)腐蝕的PPS，具有寬量程比，零漂移，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

該差壓傳感器只需直流5 V的電源供電，輸出為直流0.25 V～4 V。雖然輸出為模擬電壓，但其內(nèi)部線性化和溫度補(bǔ)償電路均為數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，因此精度和分辨率相當(dāng)高(可達(dá)0.05 Pa)，并且受外界溫度影響很小。其領(lǐng)先的性能在于將傳感元件和信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換電路集成到同一塊硅芯片上，用熱傳感元件來測(cè)量差壓。與其它熱差壓傳感器相比，所需空氣量極少，即使在惡劣環(huán)境中，操作也同樣安全可靠，同膜片傳感器相比，量程更寬，性能更穩(wěn)定，在低差壓段的重復(fù)性極好。此外，SDP-1000L可耐瞬時(shí)的較大壓力，對(duì)安裝方向不敏感。

SDP-1000L精密的內(nèi)置溫度補(bǔ)償電路是通過PTAT能隙基準(zhǔn)溫度傳感器，測(cè)得芯片上的溫度，再反饋到傳感器芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而不需要外部溫度補(bǔ)償。

SDP-1000L差壓受周圍空氣密度影響，因此受海拔高度影響，校正補(bǔ)償公式如下：

Peff=Psensor×Pcal/Pamb·

(1)

其中，Peff是受影響后的差壓，Psensor是SDP-1000L的指示壓力，Pcal是校準(zhǔn)環(huán)境的絕壓，Pamb是實(shí)際環(huán)境的絕壓。校正系數(shù)如表1所示。

表1 高度校正系數(shù)

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)放大電路

在本設(shè)計(jì)應(yīng)用中，信號(hào)放大電路選用高精度運(yùn)算放大器LT1078，其功能是精密放大處理微差壓傳感器SDP-1000L的輸出電信號(hào)，使處理后的電信號(hào)與接收該信號(hào)的變送器核心單元—單片機(jī)相匹配。集成運(yùn)放是一個(gè)雙端輸入、單端輸出，具有高差模放大倍數(shù)，高輸入電阻，低輸出電阻，能較好地抑制溫漂的差動(dòng)放大電路。該信號(hào)放大處理電路如圖2所示，電信號(hào)Vin經(jīng)兩級(jí)放大、濾波、限幅后，輸出端電壓Vadc，公式如下：

(2)

圖2 信號(hào)放大處理電路

2.2 單片機(jī)及RS232電平轉(zhuǎn)換電路

本設(shè)計(jì)電路如圖3所示。

微差壓傳感器SDP-1000L的輸出電信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大處理后，由單片機(jī)A/D接口輸入至單片機(jī)處理，通過單片機(jī)串口和RS232電平轉(zhuǎn)換電路，形成標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口輸出。

本電路采用STC公司生產(chǎn)的單片機(jī)STC15F2K56S2，是一款高速、高可靠、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)。它采用第八代加密技術(shù)超級(jí)加密，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，而速度較之傳統(tǒng)的單片機(jī)要快8倍～12倍。其工作電壓為直流5.5 V～3.8 V(本設(shè)計(jì)選用5 V)，具有豐富的內(nèi)部硬件資源，幾乎覆蓋了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，包含捕獲/比較單元CCP/PWM/PCA、高速10位A/D轉(zhuǎn)換、大容量SRAM/EEPROM、SCI/SPI接口等。目前，該單片機(jī)已被廣泛應(yīng)用于各種多串行口通信電路，電機(jī)控制電路及有超強(qiáng)干擾的場(chǎng)合。

圖3 單片機(jī)及RS232電平轉(zhuǎn)換電路

圖3所示電路中，STC15F2K56S2采用了外部復(fù)位電路，使其具有手動(dòng)復(fù)位功能；在Vcc和GND之間增加電源去耦電容，可去除電源線噪聲，提高抗干擾能力。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)部分主要由主程序和T0定時(shí)器中斷程序組成。

軟件流程如圖4，圖5所示。

圖4 主程序流程

圖5 T0定時(shí)器中斷流程

4 結(jié)論

本差壓變送器作為某防護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，目前已被廣泛應(yīng)用于各類具有差壓變化特性的控制系統(tǒng)，主要用于實(shí)時(shí)檢測(cè)密閉空間的內(nèi)、外壓力差。經(jīng)實(shí)際考核驗(yàn)證，該變送器操作簡(jiǎn)單，使用方便，

工作可靠，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2006.

[2] 南通國(guó)芯微電子有限公司.STC15F2K60S2系列單片機(jī)指南.13-08-18〗.www.STCMCU.com.

DesignandApplicationofDifferentialPressureTransducerBasedonSTC15F2K56S2

Guo Baoshan

(State-ownedDazhongMachineryFactory，TaiyuanShanxi030024，China)

As an important part of the protection system, differential pressure transducer is widely used to detect the differential pressure between outside and inside of an airtight space real-timely. This paper briefly introduces the features and working principle of the SDP-1000L micro differential pressure sensor, and taking this sensor for example, detailed elaborates the design and application of one differential pressure transducer based on STC15F2K56S2.

micro differential pressure sensor; STC15F2K56S2; differential pressure transducer

TP212

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