智能氣體壓力表設(shè)計(jì)
氣體壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要參數(shù)之一，智能氣體壓力表在工業(yè)過程控制中具有 非常重要的作用。為保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)行，提出了基于STC89C52單片機(jī)的智能氣體壓力表設(shè)計(jì)方案，釆用24位專用AD芯片HX711對10N1600A-T壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換并送至STC89C52單片機(jī)，可檢測0-1600kpa氣體壓力值。
1.引言
工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性和對儀表設(shè)備功能 需求的復(fù)雜性促使智能設(shè)備的發(fā)展與更新，特別 是工業(yè)現(xiàn)場對智能儀表[11的應(yīng)用需求量越來越 大，智能氣體壓力表是工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中一個不可 或缺的裝置，而對氣體壓力的檢測要求能準(zhǔn)確檢 測被測信號，同時能夠滿足安全性、抗干擾和穩(wěn)定 性等多方面要求課題設(shè)計(jì)的智能氣體壓力表使用 10N1600A-T壓力傳感器檢測氣體壓力信號，并 通過高精度24位AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)通過 I2C總線®與模擬量輸出模塊DAC7571和HX711 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所設(shè)計(jì)的智能氣體壓力表同時還 具有參數(shù)設(shè)置、繼電器輸出、模擬量電壓輸出、儀 表線性度進(jìn)行10點(diǎn)平均選點(diǎn)補(bǔ)償和RS485功 能，使用M0DBUS協(xié)議保證裝置與其他設(shè)備的 通信兼容性。目前，在國內(nèi)外氣體壓力測量領(lǐng)域， 有現(xiàn)場指示的氣體壓力表，也有模擬量，數(shù)字量 輸出的氣體壓力傳感器和變送器，但是有現(xiàn)場指 示同時還具有參數(shù)設(shè)置、繼電器輸出、模擬量電 壓輸出、儀表線性度進(jìn)行10點(diǎn)平均選點(diǎn)補(bǔ)償和 RS485功能的智能儀表還沒有。
2.硬件設(shè)計(jì)
課題所設(shè)計(jì)的智能氣體壓力表由電源、單 片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示、RS485接口、 DAC7571模擬量輸出、繼電器輸出、HX711傳感 器檢測、EEPR0M掉電存儲和異常報警模塊構(gòu) 成，如圖1所示。DAC7571芯片輸出0—5V電壓 信號，傳感器檢測10N1600A-T輸出的電壓信號 經(jīng)HX711 AD轉(zhuǎn)換輸出至單片機(jī)，具體硬件電路 設(shè)計(jì)如圖2和圖3所示。
2.10~5V模擬量輸出
智能氣體壓力表具有模擬量DAC輸出功 能，可直接輸出0—5 V模擬量電壓信號,單片機(jī)與DAC7571通過I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過 ADUM1201實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DAC7571外部電氣隔
離，保證壓力表安全工作。
2.2HX711檢測電路
10N1600A-T壓力傳感器滿量程輸出電壓 100 mV,HX711傳感器A通道最大輸人電壓在 通道增益為128時輸人電壓為±20 mV，通道增益 為64時輸入電壓為±40 mV,即在壓力傳感器輸 出信號端進(jìn)行電.祖分JS,保證輸出:信號在HX711 通道A允許輸入范圍，單片機(jī)與HX711通過I2C 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸s。
3.工作原理
10N1600A-T具有良好的可重復(fù)性和長時間的工作穩(wěn)定性，采用24位專用AD芯片HX711 對10N1600A-T壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換并送至STC89C52單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對氣體壓 力表的數(shù)據(jù)檢測,基寧10N1600A-T壓力傳感器 設(shè)計(jì)的氣體壓力表同時具有數(shù)碼管顯示、繼電器 輸出和模擬羞電壓輸出功能，可檢測壓力信夸范 層在0-1600kpa，：壓力傳感器滿量程輸出__電扭 100mV,輸出的電壓信號分壓后輸人至HX711I，轉(zhuǎn)換的數(shù)字量信號通過I2C總線與單片機(jī)進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸，利用DAC7571芯片進(jìn)行模擬量電壓 信號0—5V輸出，實(shí)現(xiàn)工業(yè)上對電磁閥精確控制， 氣體壓力表的RS485通信接口使用標(biāo)準(zhǔn)MOD-BUS協(xié)議通信，保證裝置通信具有良好的兼容性。
4.軟件設(shè)計(jì)
智能氣體壓力表主程序主要包括壓力采集、 10點(diǎn)平均選點(diǎn)補(bǔ)償、數(shù)碼管顯示、異常報警、 DAC7571模擬量輸出、RS485通信、按鍵掃描和 EEPROM子程序模塊。主程序流程圖如圖4所示。
5.結(jié)語
基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的智能氣體壓力表，主要實(shí) 現(xiàn)氣體壓力檢測、顯示、DAC模擬量輸出、RS485 通信和繼電器輸出，基于上述要求闡述了智能氣 體壓力表的設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)提出的方案對軟硬 件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣體壓力檢測實(shí)驗(yàn) 如表1所示，基本上相對誤差控制在1.5%以下， 這個測量結(jié)果在微小氣體氣壓測量方面還是較 好的，驗(yàn)證了開發(fā)的智能氣體壓力表設(shè)計(jì)的正確 性和可靠性，從而保證在工業(yè)生產(chǎn)中儀表能夠高 精度、穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行。
