智能氣體壓力表設(shè)計(jì)

陳琪云

（合肥學(xué)院，安徽 合肥 230601)

智能氣體壓力表設(shè)計(jì)

陳琪云

（合肥學(xué)院，安徽 合肥 230601)

氣體壓力是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要參數(shù)之一，智能氣體壓力表在工業(yè)過(guò)程控制中具有非常重要的作用。為保證生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)行，提出了基于STC89C52單片機(jī)的智能氣體壓力表設(shè)計(jì)方案，采用24位專(zhuān)用AD芯片HX711對(duì)10N1600A-T壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并送至STC89C52單片機(jī)，可檢測(cè)0-1600kpa氣體壓力值。

過(guò)程控制；STC89C52；HX711；10N1600A-T

1 引言

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性和對(duì)儀表設(shè)備功能需求的復(fù)雜性促使智能設(shè)備的發(fā)展與更新，特別是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)智能儀表[1]的應(yīng)用需求量越來(lái)越大，智能氣體壓力表是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中一個(gè)不可或缺的裝置，而對(duì)氣體壓力的檢測(cè)要求能準(zhǔn)確檢測(cè)被測(cè)信號(hào)，同時(shí)能夠滿(mǎn)足安全性、抗干擾和穩(wěn)定性等多方面要求課題設(shè)計(jì)的智能氣體壓力表使用10N1600A-T壓力傳感器[2]檢測(cè)氣體壓力信號(hào)，并通過(guò)高精度24位AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)通過(guò)I2C總線①見(jiàn)廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)《I2C總線規(guī)劃》。與模擬量輸出模塊DAC7571和HX711進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所設(shè)計(jì)的智能氣體壓力表同時(shí)還具有參數(shù)設(shè)置、繼電器輸出、模擬量電壓輸出、儀表線性度進(jìn)行10點(diǎn)平均選點(diǎn)補(bǔ)償[3]和RS485功能，使用MODBUS協(xié)議保證裝置與其他設(shè)備的通信兼容性。目前，在國(guó)內(nèi)外氣體壓力測(cè)量領(lǐng)域，有現(xiàn)場(chǎng)指示的氣體壓力表，也有模擬量，數(shù)字量輸出的氣體壓力傳感器和變送器，但是有現(xiàn)場(chǎng)指示同時(shí)還具有參數(shù)設(shè)置、繼電器輸出、模擬量電壓輸出、儀表線性度進(jìn)行10點(diǎn)平均選點(diǎn)補(bǔ)償和RS485功能的智能儀表還沒(méi)有。

2 硬件設(shè)計(jì)

課題所設(shè)計(jì)的智能氣體壓力表[4]由電源、單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示、RS485接口、DAC7571模擬量輸出、繼電器輸出、HX711傳感器檢測(cè)、EEPROM掉電存儲(chǔ)和異常報(bào)警模塊構(gòu)成，如圖1所示。DAC7571芯片輸出0—5V電壓信號(hào)，傳感器檢測(cè)10N1600A-T輸出的電壓信號(hào)經(jīng)HX711 AD轉(zhuǎn)換輸出至單片機(jī)，具體硬件電路設(shè)計(jì)如圖2和圖3所示。

圖1 智能壓力表結(jié)構(gòu)框圖

2.1 0—5V模擬量輸出

智能氣體壓力表具有模擬量DAC輸出功能，可直接輸出0—5 V模擬量電壓信號(hào)，單片機(jī)與DAC7571通過(guò)I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)ADUM1201實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DAC7571外部電氣隔離，保證壓力表安全工作。

圖2 電壓模擬量輸出

2.2 HX711檢測(cè)電路

10N1600A-T壓力傳感器滿(mǎn)量程輸出電壓100 mV，HX711傳感器A通道最大輸入電壓在通道增益為128時(shí)輸入電壓為±20 mV，通道增益為64時(shí)輸入電壓為±40 mV，即在壓力傳感器輸出信號(hào)端進(jìn)行電阻分壓，保證輸出信號(hào)在HX711通道A允許輸入范圍，單片機(jī)與HX711通過(guò)I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 HX711信號(hào)檢測(cè)電路

3 工作原理

10N1600A-T具有良好的可重復(fù)性和長(zhǎng)時(shí)間的工作穩(wěn)定性，采用24位專(zhuān)用AD芯片HX711對(duì)10N1600A-T壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并送至STC89C52單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體壓力表的數(shù)據(jù)檢測(cè)，基于10N1600A-T壓力傳感器設(shè)計(jì)的氣體壓力表同時(shí)具有數(shù)碼管顯示、繼電器輸出和模擬量電壓輸出功能，可檢測(cè)壓力信號(hào)范圍在0-1600kpa，壓力傳感器滿(mǎn)量程輸出電壓100mV，輸出的電壓信號(hào)分壓后輸入至HX711，轉(zhuǎn)換的數(shù)字量信號(hào)通過(guò)I2C總線與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用DAC7571芯片進(jìn)行模擬量電壓信號(hào)0—5V輸出，實(shí)現(xiàn)工業(yè)上對(duì)電磁閥精確控制，氣體壓力表的RS485通信接口使用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議通信，保證裝置通信具有良好的兼容性。

圖4 主程序流程圖

4 軟件設(shè)計(jì)

智能氣體壓力表主程序主要包括壓力采集、10點(diǎn)平均選點(diǎn)補(bǔ)償、數(shù)碼管顯示、異常報(bào)警、DAC7571模擬量輸出、RS485通信、按鍵掃描和EEPROM子程序模塊。主程序流程圖如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的智能氣體壓力表，主要實(shí)現(xiàn)氣體壓力檢測(cè)、顯示、DAC模擬量輸出、RS485通信和繼電器輸出，基于上述要求闡述了智能氣體壓力表的設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)提出的方案對(duì)軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣體壓力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)如表1所示，基本上相對(duì)誤差控制在1.5%以下，這個(gè)測(cè)量結(jié)果在微小氣體氣壓測(cè)量方面還是較好的，驗(yàn)證了開(kāi)發(fā)的智能氣體壓力表設(shè)計(jì)的正確性和可靠性，從而保證在工業(yè)生產(chǎn)中儀表能夠高精度、穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行。

表1 氣壓表測(cè)試數(shù)據(jù)

[1]熊四昌，胡承建，朱堅(jiān)棟.基于容積補(bǔ)償?shù)牟顗菏綒饷苄宰詣?dòng)檢測(cè)儀的研制[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2009，（5）:46-49.

[2]劉春，王興，李躍中，等.一種典型檢測(cè)儀的氣密檢測(cè)原理[J].液壓與氣動(dòng)，2008，（12）:20-24.

[3]高峰，曲建嶺.氣體測(cè)量中的溫濕度補(bǔ)償新方法[J].傳感器技術(shù)，2000，（8）:9-10.

[4]傅曉云，杜經(jīng)民，李寶仁.氣密自動(dòng)檢測(cè)裝置的研究[J].液壓與氣動(dòng)，2005，（5）:35-37.

THE DESIGN OF INTELLIGENT GAS PRESSURE GUAGES

CHEN Qi-yun
（Hefei University， Hefei Anhui 230601）

The gas pressure is one of the important parameters in industrial production and intelligent gas pressure gauges play an important role in the industrial process control.To ensure the safe operation of production and equipment,this paper puts forwards a design of intelligent gas pressure gauges based on the single-chip microcomputer of STC89C52.The 24 bits special AD chip HX711 is used to do analog-digital conversion of the pressure data of 10N1600A-T pressure sensor and send the data to STC89C52.Thus,gas pressure value in 0-1600kpa can be detected.

Process control； STC89C52； HX711； 10N1600A-T

K825.81

A

：1672-2868（2017）03-0090-03

責(zé)任編輯：陳小舉

2017-03-16

陳琪云（1964-），男，安徽合肥人。合肥學(xué)院機(jī)械工程系，講師。研究方向：機(jī)械制造、自動(dòng)化。