智能式差壓變送器

目前實際應用的智能式差壓變送器種美較多，結構各有差異，但總體結構相似，都分為 硬件與軟件兩部分。現以U51智能式差壓變送器為例介紹其構成原理。

1. 1151智能式差壓變送器的特點

1151智能式差壓變送器是在模擬的電容式差壓變送器基礎上開發的一種智能式變送器， 它具有如下特點：

1) 測量精度高，基本誤差僅為±0.1%，而且性能穩定、可靠。

2) 具有溫度、靜壓補償功能，以保證儀表精度。

3) 具有數字、模擬兩種輸出方式，能夠實現雙向數據通信。

4) 具有數字微調、數字阻尼、通信報警、工程單位換算和有關信息的存儲等功能。

2. 硬件構成及其功能

1151智能式差壓變送器的硬件構成原理框圖如圖2- 43所示。

各部分的功能原理簡介如下：

(1) 傳感器部分傳感器部分的作用是將輸入差壓轉換成A/D轉換器所要求的0 ~2. 5V電壓信號。1151智能式差壓變送器檢測元件采用電容式壓力傳感器，它的工作原理與 模擬式電容差壓變送器相同，這里不再贅述。為適應低功耗放大器的供電要求，傳感器部分 采取5V電源供電，其工作電流約為0.8mA左右。

(2) A/D轉換器A/D轉換器采用的是AD7715芯片。該芯片帶有前置放大器，可直接. 接受傳感器的直流低電平輸入信號，實現16位的高精度模/數轉換并輸出串行數字信號；它 還具有自校準功能，可以消除零點誤差、滿量程誤差及溫度漂移的影響。

(3) CPU CPU采用AT89S8252微處理器，并與MCS-51微處理器兼容。該處理器提供. 了 8KB 的 Flash ROM、2KB 的 EEPROM、256B 的 RAM、32 個 I/O 口線、兩個 DPTR、三個 16位定時/計數器、一個全雙工串行口以及可編程看門狗、振蕩器與時鐘電路等。

(4) HART通信部分HART通信部分是實現HART協議物理層的硬件電路，它的作用 是實現二進制的數字信號與FSK信號之間的相互轉換，其原理如圖2-44所示。圖中， HT2012由調制器、解調器、載波監測電路和時基電路構成。二進制數字信號由ITXD引腳 輸入，經調制器調制成FSK信號由OTXA端子輸出；由IRXA引腳輸入的FSK信號經解調器 解調成二進制數字信號由ORXD端子輸出；調制器與解調器受INRTS端子的電平控制，即 由CPU控制；當4?20mA直流信號中疊加有數字信號時，載波監測電路的輸出OCD為低電 平，否則為高電平；時基電路用于產生調制器與解調器所需的時間基準信號；帶通濾波器只 允許通過某一頻段的信號（約為1200?2200Hz)，用于抑制接收信號中的感應噪聲；整形電 路是為了使輸出信號波形滿足HART物理層規范要求。

(5) 數/模轉換及電壓調整電路數/模轉換器AD4U及電壓調整電路如圖2-45所示。

圖中，AD421為數/模轉換器芯片，它的作用有：

1) 將CPU輸人的數字信號轉換為4 ~20mA的直流電流信號。

2) 將通信部分輸入的數字信號疊加在4 ~20mA直流電流上一起輸出。

3) 與場效應晶體管等組成電壓調整電路，其作用是將24V直流電壓轉換為5V直流電 壓為各部分供電。

(6)監控電路監控電路的作用是對CPU的工作狀態進行保護，即當CPU工作不正常 時，使CPU產生不可屏蔽的中斷，對正在處理的數據進行保護，并經過一段等待時間后使 CPU恢復正常工作；此外，當電源波動時，將產生復位信號以防止電源干擾對CPU的影響。 

3.軟件構成

1151智能式差壓變送器的軟件由兩部分組成，即測控程序和通信程序。

測控程序包括A/D采樣程序、非線性補償程序、量程轉換程序、線性或開方輸出程序、 阻尼程序以及D/A輸出程序等。

通信程序是實現HART協議數據鏈路層和應用層的軟件，有關內容將在第9章中介紹。