壓力變送器傳感器的激勵(lì)電路設(shè)計(jì)
壓力變送器有壓力傳感器和二次儀表構(gòu)成，壓力傳感器采用硅壓阻式壓力傳感器，傳感器采用恒流激勵(lì)源，在恒流源激
勵(lì)下，壓力傳感器輸出電壓與壓力關(guān)系為：V=KP +式中： 為壓力傳感器的靈敏度；v0為傳感器零點(diǎn)輸出電壓。流，0與 成正比，壓力變送器傳感器輸出電壓信號在壓力恒定的情況下與傳感器的激勵(lì)電流成正比，即傳感器輸出電壓（1，+一一）與 成正比，將 同時(shí)作為l2位A／D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓，采樣值N：4 095G（V+一 一）／V,of，其中G為信號調(diào)理增益，因此，可以得出Ⅳ 與 無關(guān)，即參考電壓對測量結(jié)果沒有影
響，有效地降低了系統(tǒng)的測量誤差。
2．2 壓力變送器信號調(diào)理部分設(shè)計(jì)
為滿足系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)要求，電阻橋式傳感器輸出電壓信號放大調(diào)理采用低功耗的儀表放大器AD627，其zui大靜態(tài)工作電流僅為85 A，具有高輸入阻抗，軌對軌輸出，并可以采用單電源供電，只需通過一個(gè)外部精密電阻設(shè)定增益 。通過改變外部增益電阻將傳感器輸出微弱電壓信號放大到合適的測量
范圍。
2．3壓力變送器HART通信模塊設(shè)計(jì)
如圖3所示為HART變送器基本連線圖，圖中采樣電阻將電流和HART信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并傳送給通信上位機(jī)或手操器。
HART通信模塊由MSP430F435微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD421以及HART調(diào)制解調(diào)芯片A5191HRT組成，如圖4所示。壓力變送器AD421是高性能單片數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），它兼容HART協(xié)議的FSK通信電路，適合低功耗、高精度的智能工業(yè)控制應(yīng)用 ]。AIM21內(nèi)部電壓調(diào)整器由內(nèi)部運(yùn)放、帶隙基準(zhǔn)和外接FET調(diào)整管組成，電壓調(diào)整器能夠從電流環(huán)路中獲取電流，可以為外部電路提供3．0 V、3．3 V或5．0 V的供電電壓，且AIM21能夠給外圍電路提供高精度的1．25 V與2．5 V電壓基準(zhǔn)，這里將AIM21輸出的2．5 V電壓基準(zhǔn)作為A／D轉(zhuǎn)換提供電壓基準(zhǔn)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用Σ一△結(jié)構(gòu)DAC核和電流放大器組成，保證16位的分辨率和單調(diào)性。采用標(biāo)準(zhǔn)三線串行接I；1與MSP430相連，MSP430將測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的16位數(shù)字碼發(fā)送給AD421，AD421將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的4—20 mA模擬電流。
A5191HRT是單片HART調(diào)制解調(diào)器，采用相位連續(xù)的FSK半雙工工作方式，數(shù)據(jù)率為l 200 bps．A5191HRT內(nèi)部集成了符合Bell202標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制器、解調(diào)器、接收濾波器、發(fā)送信號整形電路、載波檢測等電路 ，所以只要使用較少的外部無源元件就能夠構(gòu)建滿足HART協(xié)議物理層要求的電路。A5191HRT將疊加在4—20 mA環(huán)路上的FSK信號經(jīng)過帶通濾波、放大整形提取出來，解調(diào)為數(shù)字信號后傳送給MSP430F435，或?qū)奈⑻幚砥鹘邮盏降膽?yīng)答幀信息調(diào)制成FSK信號經(jīng)波形整形后通過電容耦合到AIM21上，通過AIM21疊加在4—20 mA環(huán)路上發(fā)送出去。
圖4中A5191HRT與MSP430F435的UART通用串行接口信號包括載波監(jiān)測OCD、HART的解調(diào)輸出ORXD、來自UART的HART調(diào)制輸入ITXD和請求發(fā)送INRTS；loop+與Loop一分別為4～20 mA電流環(huán)路的2個(gè)端口， 為AIM21對外部電路提供的3．3 V供電電源，A5191HRT調(diào)制解調(diào)需要頻率為460．8 kHz時(shí)鐘信號源。由于460．8 kHz晶體為非標(biāo)晶體，這里采用MSP430F435外接1．8432 MHz的標(biāo)準(zhǔn)晶振，經(jīng)微處理器4分頻后與A5191 HRT時(shí)鐘輸入相連。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
壓力變送器軟件分為3個(gè)部分：一部分是測量程序，負(fù)責(zé)傳感器信號的采集處理和輸出；一部分是HART協(xié)議通信程序，接收到HART通信信號，進(jìn)人中斷，進(jìn)行識別和響應(yīng)；另一部分菜單設(shè)置程序，當(dāng)有按鍵按下，變送器進(jìn)行本地參數(shù)設(shè)置。

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