本文基于SPI總線的壓力數字變送器實現了數字信號的傳輸資料由優質變送器生產報價廠家為您提供。

在工業稱重儀器中，傳感器通常用作拉力(壓力)傳感器。目前，傳感器信號采集的常用處理方法是采用模擬信號進行信號傳輸，抗干擾性能較差。當有多個傳感器時，電路連接非常復雜。隨著微電子技術的發展，數字信號傳輸得到越來越廣泛的應用。它具有抗干擾能力強、接線方便的優點。上海自動化儀表四廠(zdhybsc)將引進自主研發的基于SPI總線的智能壓力變送器。

1、常用的傳感器信號采集方法

常用的張力(壓縮)力傳感器是如圖1所示的橋式傳感器。其原理是:力作用在彈性元件上使其變形，安裝在彈性元件上的電阻應變敏感元件將彈性元件的變形轉化為電阻的變化，外部功率傳感器將拉(壓)力轉化為輸出電壓的變化。

在圖1中，Vp=VpVp2是輸入電壓，Vo=VsVs2是輸出信號。目前，高精度傳感器的靈敏度一般為:滿量程時Vo/Vp=1~2mV/V，非線性誤差約為0.01%~0.03%。VP施加約3V的電壓，傳感器的輸出信號在滿量程時約為5mV，屬于毫伏級信號。信號采集的常用處理方法有

1)傳感器安裝在生產現場，傳感器信號通過屏蔽電纜發送到幾十米外的稱重儀器。這種方法最原始、最簡單，但它直接傳輸毫伏信號，抗干擾性能差。

2)在傳感器附近安裝一個信號調理電路，將傳感器的一次信號改變為0~10V或4~20mA標準信號給稱重儀表。

3)信號調理電路與傳感器集成在一起，拉(壓)力信號被轉換成標準信號并發送給工業稱重儀器。在這些處理方法中，信號傳輸采用模擬信號，抗干擾能力差。當有多個傳感器時，電路非常復雜。

接下來，介紹一種基于SPI總線的壓力數字變送器，實現數字信號傳輸。

2.變送器的結構和功能

變送器的外部接口包括智能儀表的接口信號線和與傳感器的接口線，如圖2所示。

圖2中，與智能儀表的連接是:V+為變送器的工作電源，輸入范圍為8 ~ 15VDC直流，RDI、RDO、RSCK和RCS為SPI接口總線。與傳感器的連接線為:P和VP為壓力傳感器的電源線，Vs和Vs2為傳感器輸出的微弱信號。

變送器安裝在生產現場的壓力傳感器附近。它接收傳感器的輸出信號，進行轉換，并通過SPI接口與智能儀器通信。為了實現上述功能，變送器應由以下部分組成:DC電源部分、模數轉換部分和數字接口部分。圖3是系統的示意圖。

2.1變壓器的DC電源部分

輸入DC電壓8~15V，直接接7805，可獲得主電源5V。AD589可形成1.235伏的基準電壓。3V傳感器電源DC電壓由REF193產生，輸出3V，輸出電流為30mA(普通壓力傳感器的輸入電阻為6500，該電流可驅動4個以上的電橋傳感器)。電壓穩定溫度漂移為25ppm/℃。

2.2AD轉換部分

2.2.1信號調理和AD7705模數轉換器

待測微弱電流信號的放大和處理通常稱為信號調理電路。隨著微電子技術和系統集成技術的發展，將信號調理電路和模數轉換器集成為單芯片大規模集成電路的趨勢已經出現。美國AD公司推出的帶信號調理電路的16位模數轉換器AD7705是一款應用于低頻測量的雙通道模擬前端。該器件可以直接接受來自傳感器的低壓輸入信號，并利用∑△轉換技術實現16位無損編碼和串行數字輸出。

2 . 2 . 2 ad 7705具有以下特性

1)兩個全差分輸入通道模數轉換器，16位無失碼，非線性誤差為0003%。

2)與單片機的接口為串行三線接口模式。

3)可編程增益1~128、信號極性和更新速率配置有工作寄存器，可通過操作寄存器等選擇。

4)該器件還包括自校準和系統校準功能，以消除器件本身或系統的增益和編程誤差。

5)帶內數字信號處理電路具有低通濾波(LPF)和陷波濾波功能。濾波器的截止頻率和輸出更新速率可以通過片內控制寄存器進行調整，從而選擇* * *陷波頻率點。

2 . 2 . 3 ad 7705數據接口

AD7705的數據接口采用SPI接口標準。主從機之間的數據通信可以用4根線來完成。這四條線是:時鐘線(SCK)、數據輸入線(SDI)、數據輸出線(SDO)和芯片線選擇(CS)。當AD7705是第一維SPI總線系統的從機時，CS可以接地。芯片的主電源為5V，信號線為TTL電平0~5V。遠距離傳輸時，將TTL電平轉換為RS232電平(12電平)可以增加信號端口的傳輸距離和抗干擾性能。電平轉換由MAX202完成。

2.3數字接口部分

數字接口，即電平轉換接口3，使用MAX202，它僅使用一個5V電源并具有一個功率提升泵。ZUI的高傳輸速率是230kbps。利用該芯片可以實現TTL電平和RS232電平的轉換。從圖3可以看出，發射機輸入信號包括RCS、RDN和RSCLK，RCS通過三極管電路進行電平轉換。RDN和RSCLK作為RS232電平信號輸入到MAX202的輸入端R11和R2I，轉換為TTL電平，然后連接到AD7705的DN和SCLK。AD7705的輸出端接至MAX202的T1I作為TTL電平，T10輸出的信號RDUr為RS232電平。

3.信號采集系統中變送器的連接

3.1變送器和變送器之間的接口

變送器可以與單個傳感器或多個傳感器接口。當與多個傳感器(例如鏟斗秤，通常使用三個張力傳感器)連接時，這些傳感器并行使用

3.2變送器和微控制器之間的接口

在一個系統中，如果微控制器只與一個發射機接口，發射機的雷達截面總是有效的。S3在發射機中連接到S1，而圖3電路中三極管的基極連接到高電平，因此設置AD7705總是有效的。當微控制器與多個變送器連接時，該接口模式下的所有線路都是共享總線，除了遠程控制系統。在這種連接中，從每個發射機的RoUT端口輸出的接口二極管將起到“線或”的作用，并且在被MAX202反相到微控制器側之后將起到“線和”的作用(該線需要將10K電阻器連接到由MAX202產生的負電源)。當單片機與多個變送器連接時，可以同時采集多個信號數據。當單片機管理變送器時(如啟動模數轉換讀寫數據等。)，它只向每個發射器讀寫幾個字節的數據。這個時間很短，并且廣告轉換的過程隨著每次改變而改變

變送器的AD7705本身完成。可以說，當單片機連接到多個發射機時，模數轉換速率與采集通道的模數轉換速率相同。

4.變送器的數字濾波功能

AD7705內置數字濾波功能，具有低通和陷波濾波功能。AD7705的轉換速率是可編程的。如果轉換速率設置為50Hz(每秒50次數據更新)，則低通濾波器的高頻截止頻率為fh=15.72Hz(3db)，并且還具有50Hz陷波功能及其倍頻功能，陷波深度超過180dB，從而有效抑制工頻干擾。圖4是AD7705數字濾波器的頻率響應示意圖。

5.結論

1)在壓力變送器(tx7878)信號的采集和處理方法中，基于SPI總線的智能壓力變送器也可用于數字信號傳輸，抗干擾能力強，接線方便。

2)變送器主要利用AD7705的陷波和低通數字濾波功能，實現對現場干擾信號的有效抑制，達到抑制噪聲和提高測量精度的目的。

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