產(chǎn)品分類
  • 上海自動化儀表一廠
    壓力變送器
    差壓變送器
    微差壓變送器
    精小型壓力變送器
    擴散硅壓力變送器
    單法蘭壓力變送器
    雙法蘭液位變送器
    節(jié)流裝置
  • 上海自動化儀表三廠
    熱電偶
    熱電阻
    端面熱電阻
    耐磨耐腐熱電偶
    電廠電站熱電偶
    耐磨耐腐熱電阻
    雙金屬溫度計
    一體化溫度變送器
    非接觸式溫度儀表
    儀表套管
    防爆熱電阻
    防爆熱電偶
    裝配式熱電偶
    法蘭式電熱偶
    鎧裝熱電阻
  • 上海自動化儀表四廠
    普通壓力表
    不銹鋼壓力表
    電接點壓力表
    特種壓力表
    雙針雙管壓力表
    精密壓力表
    隔膜壓力表
    膜片壓力表
    壓力表校驗器
    活塞壓力計
    數(shù)字壓力表
    電感壓力變送器
  • 上海自動化儀表五廠
    翻板液位計
    物位計
    浮筒液位送器
    液位控制器
    壓力表
    張力計
  • 上海自動化儀表六廠
  • 上海自動化儀表七廠
    閘閥
    截止閥
    止回閥
    球閥
    蝶閥
    安全閥
    調節(jié)閥
    電動閥門
    氣動閥門
    電磁閥
    旋塞閥
    減壓閥
    疏水閥
    水力控制閥
    針型閥
    襯氟閥門
    襯膠閥門
    銅閥門
    真空閥門
    排泥閥,排污閥
    排氣閥
    過濾器
    氨用低溫閥門
    氧氣閥門
  • 上海自動化儀表九廠
    電磁流量計
    渦街流量計
    渦輪流量計
    金屬管浮子流量計
    刮板流量計
    流量計附件
    腰輪流量計
  • 上海自動化儀表十一廠
    電動執(zhí)行機構
    執(zhí)行機構配件
    雙波紋管差壓計
  • 上海大華儀表廠
    XMT數(shù)顯調節(jié)儀
    中圓圖平衡記錄儀
    大圓圖自動平衡記錄儀
    XWF中長圖記錄儀
    EL小長圖記錄儀
    EH中長圖記錄儀
    記錄儀配件
    無紙記錄儀
    熱量顯示儀
  • 上海遠東儀表廠
    壓力控制器
    差壓控制器
    高壓控制器
    流量控制器
    微壓/微差壓控制器
    溫度控制器
    浮球液位控制器
  • 上海轉速表廠
    標準轉速發(fā)生裝置
    轉速傳感器
    轉速表
    轉速數(shù)字顯示儀
    轉速記錄儀
    接近開關
    轉換器
    轉速變送器
    手持式離心轉速表
    手持式離心轉速表
  • 上海自動化儀表有限公司
    調節(jié)控制器
    壓力變送器
    智能數(shù)顯儀
    蝶閥
    孔板流量計
  • 電感壓力變送器
  • 單/雙法蘭差壓(液位)變送器
新聞詳情

基于 MSP430的智能多參量變送器的設計與開發(fā)

來源:上海上自儀公司作者:上海上自儀公司網(wǎng)址:http://3500123.cn

上海上自儀公司介紹了一種以 MSP430 單片機為核心的智能多參量變送器。 上海上自儀公司具體闡述了該變送器的工作原理、總體設計、硬件電路設計和軟件設計框圖。該變送器可適用于測量天然氣、過熱和飽和蒸汽、各種液體和各種標準氣體的流量,并且可以和其它設備進行結合,實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場流體測量與控制的智能化和多樣化。


本文介紹用 MSP430F5418A 單片機開發(fā)的新型智能多參量變送器。 其工作原理是:以高精度且?guī)ё陨頊囟妊a償?shù)碾娙菔讲顗簜鞲衅?、擴散硅壓力傳感器與高精度熱電偶為測量元件,通過自動測量流體的差壓、壓力、溫度,并通過計算和多種補償,得到并輸出流體的體積流量、質量流量、體積積流、質量積流等。 本變送器采用了數(shù)據(jù)校、數(shù)字濾波、多輸出形式等技術,使其能更適應各種復雜的工況環(huán)境。


1 總體設計

1.1 智能多參量變送器總體功能設計

智能多參量變送器組成框圖如圖 1 所示,此變送器共有四種輸入量,分別為 DS18B20 溫度單總線信號輸入(用于補償電容式差壓傳器)、 電容式差壓傳感器的信號輸入、PT1000 熱電阻模擬量輸入以及擴散硅壓力傳感器的模擬量輸入。 變送器輸出量為4~20mA 模擬量,通信采用兩線 HART 通信協(xié)議,即在 4~20mA的模擬信號上疊加FSK(Frequency Shift Keying,頻移鍵控)數(shù)字信號,在 2 線供電回路上可以兼容模擬和數(shù)字 2 種信號。


該變送器采用 LCD 方式進行數(shù)據(jù)顯示,LCD 為字段顯示, 采用 8com 動態(tài)顯示,以合泰 HT1622 作為驅動芯片。主顯示區(qū)為 8 位 8 段,字高約 10mm。輔助顯示區(qū)為 6 位 8 段,字高約為 6~8mm。多參量變送器的各項流量測量的參數(shù)設定主要是通過手持式 HART 通信儀或上位機來設定;同時也可以通過干簧管或紅外遙控來修改設定。


1.2 總體特點

1)超低功耗。 傳感器調理電路及主板處理電路均選用超低功耗元器件,使得整機達到低功耗狀態(tài)。 完全能滿足儀表的各項參數(shù)測量與儀表的認證。


2)測量誤差自動修正。 在此多參量變送器中,對三個傳感器都有進行補償與校準,使得測量更加的準確。 在流量測量當中,通過熱電阻 PT1000 進行溫度測量,再進行軟件的補償修正,可以大大提高變送器的數(shù)據(jù)準確及自適應能力。


3)多參量測量。 可以同時對多個參量進行測量,通過在軟件當中增加多種數(shù)字濾波方法, 以將工況現(xiàn)場中對流量測量的干擾降到非常低。


4)模擬量輸出及總線通信。 可以輸出工業(yè)現(xiàn)場通用的 4~20mA模擬量信號, 同時也可以通過使用 HART 通信協(xié)議與其他智能設備與儀器組成大規(guī)模的流量測量與控制系統(tǒng)。


2 硬件設計

2.1 MCU 選型

通過對變送器所開發(fā)的功能及所需芯片片內資源進行深入研究后,非常終選用TI公司的MSP430F5418A為此變送器 的MCU。MSP430F5418A 芯片是 TI 公司推出的一個強大的16 位RISC CPU,具有超低功耗微、存儲空間大、集成度高等優(yōu)點。MSP430F5418A 微控制器的片內資源十分豐富,具有 16KB字節(jié)的SRAM,128K 字節(jié)的FLASH,67 個 I / O 引腳,三個 16 位定時器,一個高性能的 12 位模擬/數(shù)字轉換器(ADC),多達四個通用串行通信接口(USCI),一個硬件乘法器等。MSP430F5418A 除正常工作模式外,還有多達 5 種的低功耗模式設置,通過不同設定來讓其工作時的功耗達到非常低。


2.2 信號調理電路設計

差壓傳感器使用的為上海自動化儀器公司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定,精度高的金屬電容差壓式傳感器,差壓傳感器調理電路使用的電源來自于 4~20mA 環(huán)路當中,因此該調理電路的功耗可以滿足在回路當中 4mA 以下可正常工作的要求,同時電路須要采用隔離措施,將傳感器調理電路與主板電路進行隔離,以提高穩(wěn)定及抗干擾性能。 差壓調理電路如圖 3 所示,主要原理:通過CPU 輸出一個標準的周期信號來對差壓傳感器 H 端與 L 端的測量選擇,根據(jù)電容的充放電轉換,將電容信號轉變?yōu)轭l率信號 f,頻率信號 f 經(jīng)過隔離芯片傳送到主芯片當中,MCU 通過高精度計數(shù)器精確統(tǒng)計出脈沖個數(shù),后可得出精準頻率。 再通過頻率與差壓之間的關系準確地測量出差壓值。


溫度與壓力測量調理電路,PT1000 熱電阻與擴散硅壓力傳感器的信號采集方式是一致的, 是通過ADI 公司的AD7794 芯片來處理完成。AD7794 是一款具有 6 通道、低噪聲、低功耗、24 位 Σ-Δ 型的 ADC 芯片。 PT1000 熱電阻與壓力傳感器均是由芯片內部輸出 1mA 精密恒流源來作為激勵,測量的基準電壓是從一個與之串聯(lián)的高精密低溫漂的 1kΩ 電阻上獲得,通過比率式測量,使得恒流源的波動對測量沒有影響。


2.3 4~20mA 模擬量輸出及 HART 通信電路設計

4~20mA 作為測量結果的模擬量輸出是通過 AD421 接收MSP430 傳送的數(shù)字信號來轉換得到。 HART 通信電路主要由現(xiàn) MSP430、A5191HRT和 AD421組成。 A5191HRT 接收疊加在 4mA~20mA 環(huán)路上的 FSK 信號,解調后傳輸給 MCU 或將MCU 產(chǎn)生的應答幀信息調制成 FSK 信號經(jīng)波形整形器后由AD421 疊加在 4~20mA 環(huán)路上發(fā)送出去。圖 5 中,A5191HRT與 MCU 的接口信號包括載波檢測 OCD、 解調輸出 ORXD、調制輸入 ITXD、請求發(fā)送 INRTS。 HART 調制解調器的時鐘信號來源于 MSP430 內部分頻出來的 460.8kHz 頻率信號。


2.4 LCD 數(shù)據(jù)顯示電路設計

因MSP430F5418A 芯片不存在 LCD 驅動模塊,非常終選用臺灣合泰HT1622作為LCD的驅動芯片。HT1622 為256 段(32x8)內置存儲器的多功能 LCD 驅動器,支持串行通信,蜂鳴器,看門定時器或時基定時器功能。與MCU 的通信線其只需要3 根,非常的簡單。同時它內部包含省電指令,通過設定可以有效降低芯片功耗。


3 軟件設計

多參量變送器的主程序流程圖如 圖 6 所 示。 首先初始化各個參數(shù),進入測量計算周期后,先讀取差壓,壓力及PT1000 傳感器測量數(shù)據(jù),后判定測量的數(shù)據(jù)正常與否,當數(shù)據(jù)正常后,進行數(shù)據(jù)處理與補 償, 而后計算多種流量參數(shù)并進行LCD 顯示和數(shù)據(jù)輸出與HART 通信。


本多參量多變器已經(jīng)在工業(yè)現(xiàn)場進行運用, 通過與上位機的通訊,上海上自儀公司實現(xiàn)了多種類型流體的測量,并在 HART 總線協(xié)議下,與現(xiàn)場 20 臺各類變送器與控制器實現(xiàn)了流量計量與控制系統(tǒng)的集成。