本文基于SPI總線的壓力數(shù)字變送器實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)的傳輸資料由優(yōu)質(zhì)變送器生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠家為您提供。

在工業(yè)稱重儀器中，傳感器通常用作拉力(壓力)傳感器。目前，傳感器信號(hào)采集的常用處理方法是采用模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸，抗干擾性能較差。當(dāng)有多個(gè)傳感器時(shí)，電路連接非常復(fù)雜。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)玫皆絹?lái)越廣泛的應(yīng)用。它具有抗干擾能力強(qiáng)、接線方便的優(yōu)點(diǎn)。上海自動(dòng)化儀表四廠(zdhybsc)將引進(jìn)自主研發(fā)的基于SPI總線的智能壓力變送器。

1、常用的傳感器信號(hào)采集方法

常用的張力(壓縮)力傳感器是如圖1所示的橋式傳感器。其原理是:力作用在彈性元件上使其變形，安裝在彈性元件上的電阻應(yīng)變敏感元件將彈性元件的變形轉(zhuǎn)化為電阻的變化，外部功率傳感器將拉(壓)力轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。

在圖1中，Vp=VpVp2是輸入電壓，Vo=VsVs2是輸出信號(hào)。目前，高精度傳感器的靈敏度一般為:滿量程時(shí)Vo/Vp=1~2mV/V，非線性誤差約為0.01%~0.03%。VP施加約3V的電壓，傳感器的輸出信號(hào)在滿量程時(shí)約為5mV，屬于毫伏級(jí)信號(hào)。信號(hào)采集的常用處理方法有

1)傳感器安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，傳感器信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜發(fā)送到幾十米外的稱重儀器。這種方法最原始、最簡(jiǎn)單，但它直接傳輸毫伏信號(hào)，抗干擾性能差。

2)在傳感器附近安裝一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路，將傳感器的一次信號(hào)改變?yōu)?~10V或4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)給稱重儀表。

3)信號(hào)調(diào)理電路與傳感器集成在一起，拉(壓)力信號(hào)被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并發(fā)送給工業(yè)稱重儀器。在這些處理方法中，信號(hào)傳輸采用模擬信號(hào)，抗干擾能力差。當(dāng)有多個(gè)傳感器時(shí)，電路非常復(fù)雜。

接下來(lái)，介紹一種基于SPI總線的壓力數(shù)字變送器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸。

2.變送器的結(jié)構(gòu)和功能

變送器的外部接口包括智能儀表的接口信號(hào)線和與傳感器的接口線，如圖2所示。

圖2中，與智能儀表的連接是:V+為變送器的工作電源，輸入范圍為8 ~ 15VDC直流，RDI、RDO、RSCK和RCS為SPI接口總線。與傳感器的連接線為:P和VP為壓力傳感器的電源線，Vs和Vs2為傳感器輸出的微弱信號(hào)。

變送器安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的壓力傳感器附近。它接收傳感器的輸出信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過(guò)SPI接口與智能儀器通信。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，變送器應(yīng)由以下部分組成:DC電源部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分和數(shù)字接口部分。圖3是系統(tǒng)的示意圖。

2.1變壓器的DC電源部分

輸入DC電壓8~15V，直接接7805，可獲得主電源5V。AD589可形成1.235伏的基準(zhǔn)電壓。3V傳感器電源DC電壓由REF193產(chǎn)生，輸出3V，輸出電流為30mA(普通壓力傳感器的輸入電阻為6500，該電流可驅(qū)動(dòng)4個(gè)以上的電橋傳感器)。電壓穩(wěn)定溫度漂移為25ppm/℃。

2.2AD轉(zhuǎn)換部分

2.2.1信號(hào)調(diào)理和AD7705模數(shù)轉(zhuǎn)換器

待測(cè)微弱電流信號(hào)的放大和處理通常稱為信號(hào)調(diào)理電路。隨著微電子技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展，將信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成為單芯片大規(guī)模集成電路的趨勢(shì)已經(jīng)出現(xiàn)。美國(guó)AD公司推出的帶信號(hào)調(diào)理電路的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7705是一款應(yīng)用于低頻測(cè)量的雙通道模擬前端。該器件可以直接接受來(lái)自傳感器的低壓輸入信號(hào)，并利用∑△轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)16位無(wú)損編碼和串行數(shù)字輸出。

2 . 2 . 2 ad 7705具有以下特性

1)兩個(gè)全差分輸入通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，16位無(wú)失碼，非線性誤差為0003%。

2)與單片機(jī)的接口為串行三線接口模式。

3)可編程增益1~128、信號(hào)極性和更新速率配置有工作寄存器，可通過(guò)操作寄存器等選擇。

4)該器件還包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和編程誤差。

5)帶內(nèi)數(shù)字信號(hào)處理電路具有低通濾波(LPF)和陷波濾波功能。濾波器的截止頻率和輸出更新速率可以通過(guò)片內(nèi)控制寄存器進(jìn)行調(diào)整，從而選擇* * *陷波頻率點(diǎn)。

2 . 2 . 3 ad 7705數(shù)據(jù)接口

AD7705的數(shù)據(jù)接口采用SPI接口標(biāo)準(zhǔn)。主從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信可以用4根線來(lái)完成。這四條線是:時(shí)鐘線(SCK)、數(shù)據(jù)輸入線(SDI)、數(shù)據(jù)輸出線(SDO)和芯片線選擇(CS)。當(dāng)AD7705是第一維SPI總線系統(tǒng)的從機(jī)時(shí)，CS可以接地。芯片的主電源為5V，信號(hào)線為T(mén)TL電平0~5V。遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平(12電平)可以增加信號(hào)端口的傳輸距離和抗干擾性能。電平轉(zhuǎn)換由MAX202完成。

2.3數(shù)字接口部分

數(shù)字接口，即電平轉(zhuǎn)換接口3，使用MAX202，它僅使用一個(gè)5V電源并具有一個(gè)功率提升泵。ZUI的高傳輸速率是230kbps。利用該芯片可以實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS232電平的轉(zhuǎn)換。從圖3可以看出，發(fā)射機(jī)輸入信號(hào)包括RCS、RDN和RSCLK，RCS通過(guò)三極管電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RDN和RSCLK作為RS232電平信號(hào)輸入到MAX202的輸入端R11和R2I，轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平，然后連接到AD7705的DN和SCLK。AD7705的輸出端接至MAX202的T1I作為T(mén)TL電平，T10輸出的信號(hào)RDUr為RS232電平。

3.信號(hào)采集系統(tǒng)中變送器的連接

3.1變送器和變送器之間的接口

變送器可以與單個(gè)傳感器或多個(gè)傳感器接口。當(dāng)與多個(gè)傳感器(例如鏟斗秤，通常使用三個(gè)張力傳感器)連接時(shí)，這些傳感器并行使用

3.2變送器和微控制器之間的接口

在一個(gè)系統(tǒng)中，如果微控制器只與一個(gè)發(fā)射機(jī)接口，發(fā)射機(jī)的雷達(dá)截面總是有效的。S3在發(fā)射機(jī)中連接到S1，而圖3電路中三極管的基極連接到高電平，因此設(shè)置AD7705總是有效的。當(dāng)微控制器與多個(gè)變送器連接時(shí)，該接口模式下的所有線路都是共享總線，除了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。在這種連接中，從每個(gè)發(fā)射機(jī)的RoUT端口輸出的接口二極管將起到“線或”的作用，并且在被MAX202反相到微控制器側(cè)之后將起到“線和”的作用(該線需要將10K電阻器連接到由MAX202產(chǎn)生的負(fù)電源)。當(dāng)單片機(jī)與多個(gè)變送器連接時(shí)，可以同時(shí)采集多個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)。當(dāng)單片機(jī)管理變送器時(shí)(如啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換讀寫(xiě)數(shù)據(jù)等。)，它只向每個(gè)發(fā)射器讀寫(xiě)幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。這個(gè)時(shí)間很短，并且廣告轉(zhuǎn)換的過(guò)程隨著每次改變而改變

變送器的AD7705本身完成?？梢哉f(shuō)，當(dāng)單片機(jī)連接到多個(gè)發(fā)射機(jī)時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換速率與采集通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換速率相同。

4.變送器的數(shù)字濾波功能

AD7705內(nèi)置數(shù)字濾波功能，具有低通和陷波濾波功能。AD7705的轉(zhuǎn)換速率是可編程的。如果轉(zhuǎn)換速率設(shè)置為50Hz(每秒50次數(shù)據(jù)更新)，則低通濾波器的高頻截止頻率為fh=15.72Hz(3db)，并且還具有50Hz陷波功能及其倍頻功能，陷波深度超過(guò)180dB，從而有效抑制工頻干擾。圖4是AD7705數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)示意圖。

5.結(jié)論

1)在壓力變送器(tx7878)信號(hào)的采集和處理方法中，基于SPI總線的智能壓力變送器也可用于數(shù)字信號(hào)傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，接線方便。

2)變送器主要利用AD7705的陷波和低通數(shù)字濾波功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的有效抑制，達(dá)到抑制噪聲和提高測(cè)量精度的目的。

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