引 言
相比于國際先進的傳感器技術(shù)，雖然國內(nèi)傳感器的制造水平與之還有一定差距，但近幾年也有所提高。近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡技術(shù)正在逐漸成熟，智能變送器不僅擁有傳統(tǒng)智能變送器數(shù)據(jù)采集、變送、通訊、自診斷等功能， 同時也在向多功能化集成和無線遠程通訊方向發(fā)展，實現(xiàn)無線遠程管理、遠程技術(shù)服務和支持。隨著傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用，特別是在傳感技術(shù)中的應用將促使傳感技術(shù)產(chǎn)生飛躍， 而智能壓力變送器的出現(xiàn)就是它們結(jié)合的結(jié)果[1]。
1 智能壓力變送器的定義及其測量電路設計原理
智能壓力變送器在保證系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性的前提下， 壓力傳感器通過信號調(diào)理電路與微控制器結(jié)合，在兼有信息處理、信息記憶、故障診斷、數(shù)字總線通訊等功能的同時，能提高壓力變送器精度。智能壓力變送器的高精度和智能化主要通過對微控制器的編程來實現(xiàn)，即智能壓力變送器是硬件和軟件程序結(jié)合的產(chǎn)物[2]。
電容式智能壓力變送器測量電路的硬件設計主要包括微控制器ATmega16 和ATmega16 外圍電路部分。本文使用的微控制器ATmega16 片內(nèi)集成了實現(xiàn)智能壓力變送器系統(tǒng)所需的大部分硬件，是一種完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型單片機， 因此簡化了整個硬件電路的設計。
測量電路的主要組成部分有信號采集電路，單片機和電流輸出電路。壓力傳感器的電阻輸出電壓存在對溫度和電源電壓的交叉靈敏度，即不僅決定于輸入的壓力（差），還與傳感器的工作環(huán)境溫度和電源電壓有關(guān)[3]。測量電路的核心是ATmega16 單片機，高精度儀表放大器放大壓力傳感器輸出的微弱電壓信號后，再把它送到片內(nèi)信號調(diào)理單元進行放大并濾波調(diào)理，輸入至ATmega16 片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器，A/D 轉(zhuǎn)換器對相應通道進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出 4~20 mA 電流信號，經(jīng)單片機的程序處理，最終將結(jié)果顯示在液晶屏上，實現(xiàn)電流、電壓的輸出。
2 系統(tǒng)方案硬件設計
本文提出了一種智能壓力變送器的設計方案，其主要特點是集成度高且精度高。電容智能壓力變送器系統(tǒng)主要包括以下三部分：
(1) 壓力傳感器的設計；
(2) 微控制器及其外圍電路的設計；
(3) 軟件算法的設計。
系統(tǒng)總體設計方案如圖１所示。
從圖 1 可以看到，該系統(tǒng)主要由壓力采集模塊，溫度采集模塊，電源模塊，微控制器模塊和液晶顯示模塊組成。智能壓力變送器系統(tǒng)的控制核心是微控制器模塊，主要運行軟件算法并實現(xiàn)智能管理，它由微控制器ATmega16 實現(xiàn)，包括D/A 轉(zhuǎn)換器、可編程增益放大器、A/D 轉(zhuǎn)換等。壓力采集模塊的主要作用是壓力傳感器輸出的調(diào)制信號采集和產(chǎn)生壓力傳感器工作所需的交流激勵電源。
本設計大致由四個部分構(gòu)成，電容式智能壓力變送器測量電路如圖２所示。
NE555 部分通過改變電容值，在 NE555 的 3 腳輸出一個頻率信號，通過單片機外部中斷 INT0 讀取頻率信號的頻率， 在單片機內(nèi)部通過定時計數(shù)器 2 轉(zhuǎn)換成 PWM 波形，經(jīng) PD4 輸出后傳入 AD694 模塊的輸入。測量 AD694 輸出部分從而 讀取電壓值顯示在液晶顯示器上。相應的實物圖如３所示。
3 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件的主程序是監(jiān)控程序，在程序運行時需要考慮初始化問題。因此需要考慮中斷程序初始化，定時器初始化及各控制端口的初始化。系統(tǒng)流程圖如圖 4 所示。
本系統(tǒng)采用ATmega16 作為核心處理器件。上電時首先通過PB2、PB3 檢測系統(tǒng)電壓是否異常，若異常則發(fā)出警報信號 [4]。在電壓正常情況下，其工作流程如圖 5 所示。
4 結(jié) 語
本設計基于 ATmega16 單片機壓力檢測系統(tǒng)，通過 12864 液晶實時顯示，測量電路以 ATmega16 單片機為核心，高精度 儀表放大器放大壓力傳感器輸出的微弱電壓信號后，再經(jīng)片 內(nèi)信號調(diào)理單元放大并進行濾波處理，輸入至 ATmega16 片內(nèi) 的 A/D 轉(zhuǎn)換器。A/D 轉(zhuǎn)換器對相應通道進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出 4~20 mA 的電流信號，經(jīng)單片機程序處理，將最終結(jié)果顯 示在液晶屏上，實現(xiàn)電流、電壓的輸出，通過壓力傳感器的變 化反應到相應顯示波形的改變，從而完成電容傳感器智能壓 力變送器測量電路的研究。
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