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基于STC15F2K56S2的差壓變送器設(shè)計應(yīng)用

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摘要:作為防護系統(tǒng)的重要組成部分，差壓變送器可實時檢測密閉空間的內(nèi)、外壓力差，并得到廣泛應(yīng)用。本文簡要介紹了 SDP-1000L 微差壓傳感器的功能特性及其工作原理，并以該型號差壓傳感器為例，詳細闡述了一款基于 STC15F2K56S2 單片機的差壓變送器設(shè)計應(yīng)用。

差壓變送器利用微差壓傳感器的基本特性，實時檢測方艙內(nèi)、外的壓力差，并將其轉(zhuǎn)換為成比例的電信號，利用放大電路對該信號進行放大處理，再經(jīng)過 A/D 變換后，將對應(yīng)的數(shù)字信號由單片機進行處理，最后通過單片機串口和ＲS232 電平轉(zhuǎn)換電路，形成標(biāo)準(zhǔn)的ＲS232 接口，將處理信號輸出到上位機。變送器框圖如圖 1 所示。

1 微差壓傳感器 SDP-1000L 特性簡介

SDP-1000L 微差壓傳感器是一種氣體差壓傳感器，量程為－ 5 Pa ～ 125 Pa。該傳感器的制作材質(zhì)采用防化學(xué)腐蝕的 PPS，具有寬量程比，零漂移，長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

該差壓傳感器只需直流 5 V 的電源供電，輸出為直流 0． 25 V ～ 4 V。雖然輸出為模擬電壓，但其內(nèi)部線性化和溫度補償電路均為數(shù)字化實現(xiàn)，因此精度和分辨率相當(dāng)高(可達 0． 05 Pa)，并且受外界溫度影響很小。其領(lǐng)先的性能在于將傳感元件和信號放大及 A/D 轉(zhuǎn)換電路集成到同一塊硅芯片上，用熱傳感元件來測量差壓。與其它熱差壓傳感器相比，所需空氣量極少，即使在惡劣環(huán)境中，操作也同樣安全可靠，同膜片傳感器相比，量程更寬，性能更穩(wěn)定，在低差壓段的重復(fù)性極好。此外，SDP-1000L可耐瞬時的較大壓力，對安裝方向不敏感。

SDP-1000L 精密的內(nèi)置溫度補償電路是通過PTAT 能隙基準(zhǔn)溫度傳感器，測得芯片上的溫度，再反饋到傳感器芯片進行數(shù)據(jù)處理，而不需要外部溫度補償。

SDP-1000L 差壓受周圍空氣密度影響，因此受海拔高度影響，校正補償公式如下:

其中，P eff 是受影響后的差壓，P sensor 是 SDP-1000L 的指示壓力，P cal 是校準(zhǔn)環(huán)境的絕壓，P amb 是實際環(huán)境的絕壓。校正系數(shù)如表 1 所示。

2 硬件設(shè)計

2． 1 信號放大電路

在本設(shè)計應(yīng)用中，信號放大電路選用高精度運算放大器 LT1078，其功能是精密放大處理微差壓傳感器 SDP-1000L 的輸出電信號，使處理后的電信號與接收該信號的變送器核心單元—單片機相匹配。集成運放是一個雙端輸入、單端輸出，具有高差模放大倍數(shù)，高輸入電阻，低輸出電阻，能較好地抑制溫漂的差動放大電路。該信號放大處理電路如圖 2所示，電信號 Vin 經(jīng)兩級放大、濾波、限幅后，輸出端電壓 Vadc，公式如下:

2． 2 單片機及ＲS232 電平轉(zhuǎn)換電路

本設(shè)計電路如圖 3 所示。

微差壓傳感器 SDP-1000L 的輸出電信號經(jīng)運算放大器放大處理后，由單片機 A/D 接口輸入至單片機處理，通過單片機串口和ＲS232 電平轉(zhuǎn)換電路，形成標(biāo)準(zhǔn)的ＲS232 接口輸出。

本電路采用 STC 公司生產(chǎn) 的單片機STC15F2K56S2，是一款高速、高可靠、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機。它采用第八代加密技術(shù)超級加密，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，而速度較之傳統(tǒng)的單片機要快 8 倍～12 倍。其工作電壓為直流 5． 5 V ～3． 8 V(本設(shè)計選用 5 V)，具有豐富的內(nèi)部硬件資源，幾乎覆蓋了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，包含捕獲/比較單元CCP/PWM/PCA、高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn) 換、大容量SＲAM/EEPＲOM、SLKI/SPI 接口等。目前，該單片機已被廣泛應(yīng)用于各種多串行口通信電路，電機控制電路及有超強干擾的場合。