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  • 大气压强变送器采用STM32作为核心处理器,利用传感器输出的信号

    大气压变送器以STM32为核心处理器,以传感器输出的信号为输入,使用运放LM321对STM32 D/A转换输出的模拟信号进行放大,使用XTR111 V/I转换芯片输出 4-20 mA 电流信号。

    大气压力变送器主要由单片机、运算放大器、V/I转换芯片和传感器组成。具有补偿好、测量精度高、通讯简单、调试方便等特点。它还具有数据处理和控制的特点。特征。目前主要应用于有气压要求的实验室、天气预报的监测、火灾实验的室内气压测试等领域。

    随着科学技术的不断进步,特别是电子工业的飞速发展,变送器的发展被引入了新的领域。目前,国内外发射机的发展特点是集成化、无线化、智能化和小型化。. 它采用了很多高新技术,如微电子数字处理技术、信号处理技术、传感技术等。与传统变送器相比,现代变送器具有更大的量程、更高的可靠性和更高的精度。高、稳定性好、采集间隔宽等特点。

    本文主要介绍了基于STM32的大气压力变送器的设计,主要包括硬件电路的设计和采集大气压力传感器数值的单片机程序。

    整体设计

    变送器是实施自动化过程的重要组成部分。用于实现物理信号量的测量和转换处理。随着大容量、高参数设备和工艺复杂化的出现。由于对自动化技术的日益依赖以及对变送器的使用不断增加,对其性能的要求也在不断提高。

    随着微电子技术的飞速发展,特别是近年来,由于多功能、低功耗单片机的出现和高精度传感器的生产,为通用型的发展奠定了坚实的基础。用途的高精度变送器。强发射器是以单片机处理器为核心的传输装置单片机原理及接口技术课后答案 第三版,其工作原理如图1所示。

    图1 常压变送器工作原理图

    大气压力变送器采用CPU后,不仅可以测量和传输温度和大气压力,还大大提高了系统的精度和可靠性,减少了外接引线的数量。

    本系统使用 4-20 mA 电流信号作为输出。由于电流信号不易受干扰,且电流源内阻无穷大,电路回路中导线的串联不影响其精度。数百米。大于 20 mA 的电流在开启和关闭时会产生电火花。电火花的能量可以点燃气体并引起爆炸,因此最大设计为20毫安;为了检测线路是否断线,不取系统最小值。0毫安。整体设计设计示意图如图2所示。

    图2 总体设计示意图

    硬件电路设计

    1 单片机的选择

    本设计选用STM32单片机。微控制器的原理图如图 3 所示。

    图3 STM32单片机原理图

    2 放大电路的设计

    STM32单片机接收到的数字信号经过计算处理,再通过A/D转换成模拟电压信号。输出电压信号范围为0-3.3V,0-3.3V由XTR111转换。MCU 的电流范围为 0-16.5 mA。由于设计要求输出电流范围为4-20mA,且电压与电流成线性比例,因此需要对单片机的D/A转换输出进行放大。电压信号达到目标。在这个电路中,我们选择了 LM321 运算放大器。

    LM321 是单路运算放大器。LM321具有低功耗的特点。它还具有高单位增益频率,静态电流仅为 430µA/放大器 (5V),保证压摆率 0.4V/µs。该设备可在单电源和双电源下工作。总而言之,LM321是一款低功耗、宽供电范围的运算放大器。因其性价比高、占用电路板空间小而被广泛使用。示意图如图 4 所示。

    图4 LM321原理图

    3 V/I 转换器设计

    输出4-20mA电流有两种方案,一种是使用集成芯片,另一种是使用分立元件搭建电路,最可行的方案是使用XTR111 V/I转换芯片。

    XTR111 是一款精密电压电流转换器,用于输出 0-20 mA 或 4-20 mA 模拟信号,最大源电流可提升至 36 mA。输入电压与输出电流的转换比由Rset电阻设定,外接P-MOSFET晶体管保证了高输出阻抗和宽电压输出范围(可输出2V至电源电压V-vsp)和良好的电压稳定性。具有 3-15V 可调电压的校准输出为辅助电路供电。示意图如图 5 所示。

    图5 XTR111示意图

    4 晶振电路及复位电路设计

    本设计采用 8MHZ 和 32.768KHZ 晶振。8M频率晶振提供单片机内部时钟信号,32.768kHz晶振为单片机内部时钟提供准确的时钟源。内置复位电路。晶振电路原理图如图6所示,复位电路原理图如图7所示。

    图6 晶振电路示意图

    图7 复位电路示意图

    5 大气压力传感器BMP085模块设计

    BMP085是一款基于压阻效应技术设计的大气压力传感器。它包括数模转换器、压力传感器和控制单元,其中控制单元包括IIC接口和EEPROM。,具有稳定性高、线性失真率低、精度高、电磁兼容性好等特点。BMP085传输未补偿的大气压力值,电可擦可编程只读存储器存储176位独立值,用于补偿相关参数和其他参数。

    BMP085是新开发的高精度大气压传感器。其低电压和低功耗的电气特性使其适用于GPS导航仪、PDA、手机和户外设备。气压传感器在低海拔噪声(仅0.25)快速转换的操作环境中工作良好。博世在开发气压传感器方面拥有多年经验,在传感器领域,该公司是全球市场的领导者。

    传感器模块设计包括 BMP085 大气压力传感器单片机原理及接口技术课后答案 第三版,两个 10K 电阻。示意图如图 8 所示。

    图8 传感器模块示意图

    IIC总线上拉10K电阻,接+3.3V电源。当 IIC 空闲时,SDA 和 SCL 都为高电平。任何接在IIC线上的元件输出低电平,IIC总线信号都会变为低电平,即各元件的SDA与SCL的关系为“与”(&)。

    系统主程序图

    本软件采用先进的编程语言C语言,采用模块化设计方法,便于编程和调试。主要模块包括采集模块、处理模块和数据输出模块。

    数据采集​​处理模块主要包括两个模块:BMP085传感器采集模块和数据处理模块。单片机上配置了两个模拟IIC,PB6配置为SCL,PB7配置为SDA。SCL、SDA的高低电平由单片机控制传输数据。BMP085读取数值并通过IIC将数据传送给单片机进行数据处理。大气压力传感器模块通过IIC执行读取单片机发送的大气压力指令,并采集信号。传送到微控制器。

    模拟信号输出模块主要是将单片机中的数字信号转换成模拟信号输出。图 9 显示了主程序流程图。

    图9 主程序流程图

    系统测试

    1 考试准备

    (1)给系统供电前,根据系统原理图用万用表的二极管位置检查电路中电源的接线,防止电源与其他引脚短路;

    (2)单片机上电后,检查各模块设备I/O管脚电位是否正常,尤其是单片机上各管脚电位。

    2 输出信号测试

    调试方法是在XTR111的输入端输入模拟值,用数字万用表测量电路的输出电流。测试结果如表1所示。

    表1 4-20毫安输出信号测试表

    3 测试总结

    经过系统测试,系统达到了预期的功能要求,实现了物理信号的采集、处理和传输,表明系统设计可靠。

    总结

    本文详细介绍了电流型三线制大气压力变送器的设计。数字信号经过STM32采样处理后转换成模拟信号,再通过XTR111输出4-20mA的电流信号。在本次设计中,对硬件、软件和系统进行了整体调试,验证了系统的各个模块都达到了预期的目标。

    本文编译自《电气技术》,标题为《基于STM32的大气压力变送器设计》,作者为赵景龙。

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