智能压力变送器设计
基于IEEE1451.2标准设计数字式智能压力变送器
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｓｒ ｃ ：ＥＥＥ １ ５ ． ｔｎ ａ ｄ ’ｏ ｊｃ ｉｅｉ ｔ ｉ ｌｙ ｔ ｅｃ ｍ ｐｅ ｉｉｓｄ ｓ ｎ ｒ ａ ｅｔａ ｉ ｏ ａｌ ａ ｅ ｎｅ ｔｂ ４ １ ２ｓａ ｄ ｒｓ ｂ ｅ ｔ ｏｓｍｐｉ ｈ ｏ ｌｘｔ ｅｉ ｅｓｈ ｖ ｒｄｔ ｎ ｌ ｆｃ ｄ ｉ ｓａ — ｖ ｓ ｆ ｅ ｇ ｉ ｙ
摘 要 ： 简化 传 统 设 计 中 复 杂 的 变 送 器 与 网 络 通 讯 的 问题 ，Ｅ Ｅ１ ５ ． 为 Ｉ Ｅ ４ １ ２标 准 将 变 送 器 与 微 处
基于HART6的智能压力变送器设计
对通信 功能做 了进 一步 改善 ， 幅扩展 了仪 表 的智能 大
性 。 目前 国产 的智 能 仪表 主 要采 用 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ第 ５版 规 范， 我们设计 了符合 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ６的智能压力变送器 。
车运行 以后 ， 并未充分利用 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ的数字通信 ， 仍然使 用传统 的 ４～ ０ｍ ２ Ａ进 行 信号 的传递 和 控制 。Ｈ Ｒ ＡＴ
ｓｒ ｍｅ ｔ ｔｕ ｎｓ，ｉｔｌｇ ｎ ｒ ｓｕ ｅ ｔａ ｍｉｔｒｍｅ ｔ ｇ ＨＡＲＴ ６ ｓ ｃｆｃ ｔｏ ｓ ｄ ｓｇ ｄ ｂ ｄ ｐｔ ｇ ｓ ｌ－ ｅ ｅｏ ｅ ｏｔ ｒ ｔｔ ｃ ｉ ｄ ｌ ｎｅｌ ｅ ｔｐ ｅ ｓ ｒ ｒｎｓ ｔ ｅｉ ｉ ｅ ｎ ｐｅ ｉ ａｉｎ ｉ ｅ ｉｎｅ ｙ ａ ｏ ｉ ｅｆｄ ｖ ｌｐ ｄ ｓ ｆｗａｅ ｓａｅ ｍａ ｈｎｅ ｍｏ ｅ ｉ ｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｈ ｏｏ ｙ；ａ ｄ ｔｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｉｅｆ ｍｉ ｏ ｎ ｒ ｓｕ ｅ ｄ ｖｃ ａ ｌ ｃ ｍｍａ ｓａｅ ｓ ｐ ｏｔ ｄ ｈ ｙ ｎｄ ｒ ｕ ｐ ｒｅ ．
王 缢 叶 端 活
（ 海 工业 自动化仪 表研 究所 ， 海 上 上 ２０３ ） ０２３
摘
要 ：作 为一 种现 场总 线 ， Ａ Ｔ协议 及相 关 设备 被 广 泛地 应 用 在工 业 过 程控 制 系 统 中 。Ｈ Ｒ Ｈ Ｒ Ａ Ｔ协 议 自身也 在 不 断 发 展 ， 别 是 特
的下一个高速发展 阶段是 什么？Ｈ Ｆ给 了我们 答案 ， Ｃ Ｈ Ｒ Ａ Ｔ协议的生命周 期如图 １ 所示 。 Ｈ Ｒ Ａ Ｔ当前和下一 步 发展 的重点 ， 系统 的整合 是 应用 （ 如图 １ 中标 号 ２所示 ） 即在 系统 正常运行 的过 ，
１ ＨＡ Ｔ第 ６版简 介 Ｒ
罗斯蒙特3051GP压力变送器3051GP
总响应时间（Td + Tc）（2）：100 毫秒
停滞时间（Td）
45毫秒（标准）
刷新速率
每秒钟 22 次
（1）停滞时间和更新速度适用于所有量程。
（2） 在 75 °F （24 °C）参考条件下的标准总响应时间。
变送器的稳定性是变送器性能与时间相关的关键 指标。通过超出 IEC 770 测试标准的主动模拟 测试，3051 已证明其在要求最苛刻的工况下也 能保持五年以上的稳定性能。出类拔萃的变送器 稳定性可减少标定次数，降低运行和维护成本。
罗斯蒙特压力解决方案
罗斯蒙特 3051S 系列仪表
规模可变的压力、流量和液位测量解决方案可改进安装和维 护实践。
0psia （0kPa）
–14.7 psig （–101kPa）
（1） 假设大气压为 14.7 psig。
量程比
100：1
输出
二线制 4-20 mA、数字化过程变量叠加于 4-20 mA HART 协议的主机。
信号上，适用于所有符合
罗斯蒙特 3051GP 压力变送器
负载限制
阻尼
电源
模拟输出对阶跃输入变化的响应时间是由用户选择的一个时
使用可选安装支架的安装组态
管道安装
面板安装
尺寸单位：英寸（mm）
6
罗斯蒙特3051GP压力变送器
技固耐用、可靠的性能，外加智能性能，使该款 变送器具有非凡的价值。
应用灵活性
3051GP 的标准过程连接件为1/2”，并配有与阀组 连接的选项。所有类型的罗斯蒙特阀组都是完全 装配且经过泄漏测试的快装式装配件，可以节约 现场安装成本。
基于HART 6的智能压力变送器设计
基于ＩｎＲＴ６的智能压力变送器设计王骏，等基于ＨＡＲＴ６的智能压力变送器设计ＤｅｓｉｇｎｏｆＳｍａｒｔＰｒｅｓｓｕｒｅＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＨＡＲＴ６互磕叶踌活（上海工业自动化仪表研究所，上海２００２３３）摘要：作为一种现场总线，ＨＡＲＴ协议及相关设备被广泛地应用在工业过程控制系统中。
ＨＡＲＴ协议自身也在不断发展，特别是第６版规范的提出，推动了ＨＡＲＴ的系统整合应用。
针对压力类仪表，采用自主的软件状态机模型技术，设计了满足ＨＡＲＴ６规范要求的智能压力变送器，并实现对压力族命令的支持。
关键词：ＨＡＲＴ智能压力变送器状态机模型设备族命令温度族中图分类号：吼１６＋．１文献标志码：ＡＡｂｓｔ髓ｃｔ：Ａｓｏｎｅｔｙｐｅｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄｂｕ鸵ｓ－ＨＡＲＴｐｒ呻∞ｏｌａｎｄｉｔｓｒｅｌ舢ｅｄｄｅ“ｃ∞ｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙ岫ｅｄｉｎｉｎｄｍ砸ａｌｐｒｏｃ嘲ｃｏｎｈ＿ｏｌｓｙｇｌｅ眦．ＨＡＲＴＰｒｏｔｏｃｏｌｉｓｄｅｖｅｌ叩她ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ－唧ｅｃｉａｕｙＨＡＲＴ６Ｅｄｉｔｉｏｎ’８ｒ；ｅｌｅ∞吨ｐｍ啪ｔｅＢｉｒＩｔｅ眦ｄａｐｐｌｉｃ鲥。
哪．ＡｉｍｉＩＩｇａｔｎｌｅｐ啷ｓｍ“８ｔ兀ｌｍｅｍｓ－ｉｍｅＵｉｇｅｎｔｐ陀蟠ｕ陀ｔｒ】蛐８血ｔｔｅｒｍｅｅｔｉｎｇＨＡＲＴ６ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｉｏｎｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｎｇ舱堆ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ８０ｆｈａ陀ｓ组ｔｅｍａｃｈｉｎｅｍｏｄｅｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；粕ｄｔｈｅｐｒｅ鹤ｕ弛ｄｅｖｉｃｅｆ抽坶ｃｏ咖柚ｄｓａ咒ｓｕｐｐｏ毗ｄ．Ｋｅｙ啪ｒｄｓ：ＨＡＲＴＳｍａｎｐｒｅ蛐啪ｔｍ璐ｎｌｉｎｅｒＳｔａｔｅｍａｃｈｉ鹏ｍｏｄｅｌＤｅ“ｃｅｈＩＩＩｉｌｙｃｏｍｍｎｄｓＴｅｍ”ｍｔ眦ｈＩＩＩｉｌｙＯ引言姒ＲＴ（ｈｉｇｈｗａｙａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅｒ；ｅ啪ｔｅ咖ｓｄｕｃｅｒ）规范，作为一种现场总线，因为与现有控制系统具有良好的兼容性，同时叠加了数字通信方式，因此，成为了应用最广泛的现场总线协议标准之一…。
基于单片机控制的智能压力变送器设计与实现
主要 作 用 是 根 据 检 测 状 态 的 环 境 温 度 变 化 、被 过 ７８０５将 电压控 制在 ５Ｖ左 右 ，从 而 既保 证 了输
测 介 质 温 度 变 化 和 工 作 环 境 大 气 压 的 变 化 ，自 人 电压 接 口的通 用性 ，又 能提供 低 功耗 、高稳 定 的
动修 正 与 补 偿 由于 温 度 变 化 和 环 境 压 力 带 来 的 输 出 电 压 。 基 准 电 压 则 通 过 两 个 ＬＭ３８５Ｂ２５，每
ｃＰＩ』初 始 化
二二［＝
中 断设 定
表 １ 压 力与输 出电流 、输 出电压 关 系
压力 ／ＭＰａ
输 出 电流 ／ｍＡ
输 出 电 压／Ｖ
３
２
２
２
压 力 值 单 位转 换 子 程 序
压 力 串行 数 据 发送 子 程 序
图 ４ 压 力 变送 器程 序 流 程 数 据 处 理 子 程序 主 要 实 现数 字 滤 波 、过采 样 处 理 、查 表及 按 键 处 理 等 功 能 … 。程 序 数 据 处理 原 理 为 ：考虑 到传 感器 的输 出并 非理 想线 性 变化 ， 这必 将 导致 差 压 值 与 Ａ／Ｄ转 换 结 果 也 为非 线 性
１８．４５０ １６．８０９ １５．２３２ １３．６１２ １２．Ｏ１６ １０ ４３２ ８．８３０ ７．２２Ｏ ５．６ｌ２ ３．９９６
第 ５期
袁 锡 明 等 ．基 于 单 片 机控 制 的 智 能 压 力 变 送 器 设 计 与 实 现
６ｉ１
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图 ６ 压 力 与 输 出 电压 、输 出 电 流 的 线 性 关 系 设 压力 Ｐ＝ 、输 出电流 为 Ｙ，设 其输 出电压 。
智能压力｜差压变送器使用说明书
WT2000系列智能压力变送器报告书学院：浙江水利水电学院班级：机械质量管理与检测技术组员：罗永林陈建江徐于峰余毅俊黄琦超指导老师:王益土目录1差压变送器（罗永林） .................................................. 错误！未定义书签。
1-1差压变送器介绍 ................................................... 错误！未定义书签。
1-2特点 ....................................................................... 错误！未定义书签。
1-3设计原理 ............................................................... 错误！未定义书签。
2尔泰WT2000差压变送器产品详情（陈建江）........... 错误！未定义书签。
2-1原理 ....................................................................... 错误！未定义书签。
2-2主要性能 ............................................................... 错误！未定义书签。
3 发展历史（徐于峰） ..................................................... 错误！未定义书签。
4 发展趋势（余毅俊黄琦超） ....................................... 错误！未定义书签。
31差压变送器（罗永林）1-1差压变送器介绍差压变压器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
基于STM32F103的智能压力变送器研究与设计
龙源期刊网 基于STM32F103的智能压力变送器研究与设计
作者：薛忠何矞赵中兵
来源：《现代电子技术》2013年第04期
摘要：针对目前市场上传感器输出信号的非线性和温度失调，提出了以嵌入式微处理器STM32F103为核心，采用先进的溅射薄膜传感器，利用分段最小二乘法来进行非线性补偿的智能压力变送器的设计方案。
在此描述了智能压力变送器的整体系统架构，着重阐述了对传感器输出信号智能化补偿原理。
测试结果表明，经算法补偿后的模拟输出信号具有良好的线性特性，最大线性误差为0.179%，线性度得到了较大的提高。
关键字：智能压力变送器；非线性补偿；分段最小二乘法；嵌入式微处理器
中图分类号： TN919⁃34； TH823 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）
04⁃0141⁃03。
智能型压力变送器说明书.
智能型压力变送器
使用说明书
1．产品概述
两线制工作方式。
压力传感器供电0. 5mA恒流源；
压力零点、量程自由设定；
按键操作、标定方式简单、快捷；
智能型压力变送器采用单片机电路，可靠准确的完成
传感器微弱信号的采集调理及环路电流变化输出。
2．技术指标
供电电源：DC13～36V; 负载电阻≤600Ω（供电24V时）输入阻抗：>1MΩ
传感器等效阻抗<5KΩ
采样速率：5次/秒
测量精度：±0.2％FS
输出精度：±0.2％
显示范围：-1999 ~ 9999
显示方式：0.36“四位红色LED
温度漂移：<50ppm/℃
工作温度：－20 ~ +80℃
相对湿度：<85%RH
【参数一览】
（将密码锁改为
1010）
符号 名称
内容 取值范围 I- 04
输出4mA 调整 0005～0500
I-20 输出20mA 调整 6500～7500
▲▲
S E T
2
3
4
1
【面板说明】
① 测量值显示窗
② 设置/确认键
③ 增加键
④ 减少键
4．输出电流调整
长按设置键 2秒以上不松开，直至显示 (Loc)参数； 点按 或 键，调出参数值，修改位闪烁，长按 或 键移动修改位，点按 或 修改参数值，点按 键保存；
① 将万用表电流档串入输出回路
② 将密码锁 (Loc)设置为1010；
③ 长按 键2秒以上不松开,显示窗显示参数 ()
3．接线。
基于HART协议的智能压力变送器的设计与实现
2010年 第2期仪表技术与传感器I nstrument Technique and Sens or 2010 No 12 收稿日期:2009-08-20 收修改稿日期:2009-09-03基于HART 协议的智能压力变送器的设计与实现孔祥伟,周杏鹏(东南大学自动化学院,江苏南京 210096) 摘要:在传统压力变送器的基础上,研制了一种基于HART 协议的两线制智能压力变送器。
该压力变送器以低功耗16位嵌入式微处理器MSP430F435为核心,使用硅压阻式压力传感器。
传感器输出微小电压信号经放大调理后送入微处理器内部12位A /D 的测量,HART 协议通信模块由A5191HRT 型HART 调制解调器与AD421电流环数模转换器构成。
整个设计选用低功耗外围扩展器件,最大限度地降低整机功耗。
关键词:HART 协议;压力变送器;智能化;MSP430F435中图分类号:TP216 文献标识码:B 文章编号:1002-1841(2009)00-0015-03D esi gn and I m plem en t a ti on of I n telli gen t PressureTran s m itter Ba sed on HART ProtocolK ONG Xiang 2wei,ZHOU Xing 2peng(School of Auto ma ti on,Southea st Un i versity,Nan ji n g 210096,Ch i n a)Abstract:On the basis of the traditi onal p ressure trans m itter,a t w o 2wire intelligent trans m itter which was based on the HART p r ot ocol and t ook MSP430F435as the central contr oller was designed .The tiny voltage signal out putted by the silicon 2p iezoresistive transducer was a mp lified and then measured by the MSP430F435internal 122bit A /D converter .HART communicati on module was composed of A5191HRT and AD421.Low 2power external devices were chosen t o m ini m ize the power consu mp ti on of the whole sys 2te m.Key words:HART p r ot ocol;p ressure trans m itter;intelligent;M SP430F4350 引言传统的压力变送器仅提供模拟信号4～20mA 电流环输出。
基于HART协议的智能型压力变送器的设计
基于HART协议的智能型压力变送器的设计作者：曹伟顾丽来源：《中国新技术新产品》2010年第14期摘要:本文介绍了基于HART协议的以微处理器MSP430为核心的智能压力变送器的设计。
该智能压力变送器可用于现场压力实时监测,具有温度和非线性补偿功能,且实现了模拟信号和数字信号兼容通信。
关键词:HART协议;智能压力变送器;低功耗;数字通信1引言压力变送器作为工业过程检测和控制的基础仪器使用广泛,其发展总趋势是数字化、智能化、高精度、高适应性和高安全性。
目前数字智能式变送器正在主导压力变送器的发展方向,然而由于模拟现场仪表的大量使用,受原投资保值的限制,从传统的压力变送器到全数字智能压力变送器的更新还需要很长一段时间[1]。
为解决这一问题,本设计将引进HART协议,在不改变原有设施的基础上,实现模拟信号和数字信号兼容通信。
2HART协议的简介HART(Highway Addressable Remote Transducer)协议即可寻址远程传感器高速通道开放通信协议,是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。
HART协议采用半双工通讯,参考“ISO/OSI”的模型标准,简化并应用其中三层即:物理层,数据链路层和应用层,它能在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,实现模拟信号和数字信号兼容[2]。
第一层:物理层。
这层规定了信号的传输方法和传输介质。
HART协议采用BELL202标准的频移键控技术 FSK,即在4～20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的正弦调制波,数字信号的传送波特率设定为 1200bps,1200Hz代表逻辑“1”,2200Hz代表逻辑“0”。
由于FSK信号的平均值为0,所以数字通信信号不会干扰4~20mA的模拟信号,保证了与现有模拟系统的兼容性。
HART信号叠加原理如图 1所示。
通信介质的选择以传输距离长短而定。
通常采用双绞同轴电缆作为传输介质时,最大传输距离可达到1.5Km。
霍尼韦尔SmartLine系列智能压力变送器
霍尼韦尔SmartLine简介作为SmartLine ®产品系列的成员，STA700是一种采用先进传感器技术的高性能绝压变送器。
STA700通过将绝压与传感器芯片上的静压和温度补偿相结合，可在大范围内的静压和温度下提供极高的测量精确度和稳定性。
SmartLine 经过了充分测试，符合Experion ® PKS 标准，可提供最高水平的兼容性保证和集成能力。
SmartLine 产品可以轻松满足压力测量应用的最苛刻的要求。
同类最佳的特性：● 校验量程的精度高达0.065%● 稳定性：0.020%满量程，保持10年● 自动温度补偿● 量程比100:1● 响应时间快达100ms ● 易于使用和直观的显示功能● 外部零位、量程和组态功能● 完善的自诊断功能●基于ANSI/NFPA 70-202和ANSI/ISA 12.27.0集成双重密封设计，确保最高安全性●标准配置完全符合SIL2/3要求量程和范围限制：图1 STA700绝压变送器有丰富现场业绩的先进传感器技术2STA700智能绝压变送器700说明SmartLine 系列压力变送器均基于高性能的传感器设计。
这一个传感器实际集成了多个传感器，将过程压力测量与静态压力(DP 型号)及用于温度补偿的温度测量相结合，从而实现了最佳的总体性能。
显示表头选项标准LCD 显示表头● 模块化(可以在现场增加或拆除)● 支持HART 协议● 0、90、180 和 270 度位置调整●测量单位包括：Pa 、kPa 、MPa 、KGcm2、T orr 、ATM 、 i4H 2O 、mH 2O 、bar 、mbar 、inH 2O 、inHG 、FTH 2O 、 mmH 2O 、mmHG 和psi 等测量单位● 大屏幕显示（高9.95mm x 宽4.20mm ）2行，8个字符● 写保护提示●显示模块带有内部组态按钮，可通过内部或外部按键对变送器进行设置、调校自诊断功能SmartLine 变送器全部提供能以数字方式访问的诊断，这有助于提供可能的故障事件高级报警，从而最大限度缩减计划外停车，实现更低的整体工作成本。
智能压力变送器原理
智能压力变送器原理
智能压力变送器是一种高精度的传感器设备，其原理基于压阻效应和温度补偿技术。
首先，智能压力变送器的核心部件是由压敏电阻制成的传感器芯片。
这种传感器芯片是通过微加工工艺制成的，具有高精度和高可靠性。
当被测介质施加压力时，介质压力通过传感器芯片的外界金属膜传递给感受单元，从而产生一定的应变。
这种应变会引起传感器芯片内部金属电阻的阻值发生变化。
根据压敏电阻的特性，阻值的变化与被测压力成正比。
为了提高测量的精度，智能压力变送器通常还采用了温度补偿技术。
因为温度会对传感器的测量结果产生干扰，引起误差。
通过内置的温度传感器和补偿电路，智能压力变送器可以实时检测温度变化，并根据预设的温度-压力参考关系进行误差补偿。
此外，智能压力变送器还具备信号放大、线性化和标定等功能。
通过内部的信号处理电路，将传感器获得的微小信号放大成可测量的标准电压或电流信号。
同时，利用线性化技术可以使得输出信号与实际压力之间保持良好的线性关系。
标定功能则是校准和调整输出信号，确保测量结果的准确性。
最后，智能压力变送器一般具备数字接口和通信功能，可以与上位机或控制系统进行数据交互和远程监控。
通过这些功能，
用户可以方便地获取和处理压力数据，实现智能化的压力控制和监测。
智能压力变送器原理
智能压力变送器原理
智能压力变送器是一种用于测量、显示和传输压力信号的智能设备，广泛应用
于工业自动化领域。
它通过传感器将压力信号转换为标准的电流信号或数字信号输出，实现对压力的准确监测和控制。
智能压力变送器的原理主要包括传感器、信号处理电路和输出电路三个部分。
首先，传感器是智能压力变送器的核心部件，它通过压力敏感元件将受力转换
为电信号。
常见的压力敏感元件有压阻式、压电式、电容式等，它们能够根据外部压力的变化产生相应的电信号输出。
传感器的选择和设计直接影响了智能压力变送器的测量精度和稳定性。
其次，信号处理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波和线性化处理，以确
保输出信号的准确性和稳定性。
信号处理电路通常采用高精度的运算放大器、滤波器和AD转换器等元件，对传感器输出的微弱信号进行放大和转换，同时滤除噪声和干扰信号，最终得到稳定、准确的电压或电流信号。
最后，输出电路将经过信号处理的压力信号转换为标准的电流信号（如4-
20mA）或数字信号（如Modbus、HART协议），并输出到控制系统或监测设备中。
输出电路通常包括电流输出电路和数字信号输出电路两种形式，根据实际应用需求选择合适的输出方式。
总的来说，智能压力变送器通过传感器将压力信号转换为电信号，经过信号处
理和输出电路的处理，最终输出标准的电流或数字信号，实现对压力的准确测量和传输。
其原理简单清晰，操作方便，可靠性高，是工业自动化控制系统中不可或缺的重要组成部分。
智能压力｜差压变送器使用说明书
WT2000系列智能压力变送器报告书学院：浙江水利水电学院班级：机械质量管理与检测技术组员：罗永林陈建江徐于峰余毅俊黄琦超指导老师:王益土目录1差压变送器（罗永林） (3)1-1差压变送器介绍 (3)1-2特点 (4)1-3设计原理 (4)2尔泰WT2000差压变送器产品详情（陈建江） (4)2-1原理 (6)2-2主要性能 (6)3 发展历史（徐于峰） (7)4 发展趋势（余毅俊黄琦超） (8)1差压变送器（罗永林）1-1差压变送器介绍差压变压器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
下面就简单介绍一些常用压力变送器的原理及其应用、压力变送器是用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力，然后将压力信号转变成4～20mA DC信号输出。
压力变送器主要有电容式压力变送器和扩散硅压力变送器，陶瓷压力变送器，应变式压力变送器等。
压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～35MPa）和微差压变送器（0～1.5kPa），负压变送器三种。
压力变送器的主要作用把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力其原理大致是：将水压这种压力的力学信号转变成电流（4-20mA）这样的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系，一般是正比关系。
所以，变送器输出的电压或电流随压力增大而增大由此得出一个压力和电压或电流的关系式压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在δ元（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。
压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。
当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节。
1-2特点或HART 275手操器相互通讯，通过它们进行设定和监控等。
基于HART协议的智能压力变送器的设计
基于HART协议的智能压力变送器的设计一、引言随着工业化进程的加速，工业自动化逐渐成为工业生产力的关键之一。
在工业自动化中，智能传感器作为智能化的重要组成部分，被广泛应用于压力测量、温度测量、流量测量、液位测量等领域。
而基于HART协议的智能压力变送器也是其中的重要一员。
本文将主要介绍基于HART协议的智能压力变送器的设计。
二、HART协议简介HART协议是一种数字通信协议，其全称为“高级自动化和远程控制技术(Highway Addressable Remote Transducer)”。
它是基于4-20mA模拟信号的主从式通讯协议，可实现仪表与上位机、控制系统之间的通讯。
HART协议除了传统的4-20mA信号外，还在这个信号上增加了数字信息，实现了模拟和数字信号的双向传输，从而兼容了现有的4-20mA模拟信号系统。
因此，HART协议被广泛应用于制造业、化工、石油、天然气、电力和给排水等工业领域。
三、智能压力变送器的设计1. 系统架构智能压力变送器系统主要由传感器、信号处理单元、通讯电路、电源、外壳等组成。
其中，传感器用于测量压力信号，信号处理单元将检测到的压力信号进行放大、线性化、校准等处理后，将处理结果通过HART通讯电路传输至上位机或控制系统，以实现数据采集、控制和监视等功能，同时通过外壳起到防护作用。
2. 硬件设计（1）传感器设计智能压力变送器的传感器一般采用金属箔应变式传感器。
在设计过程中，要考虑其灵敏度、线性、稳定性和动态特性等因素。
（2）信号处理单元设计智能压力变送器的信号处理单元主要包括前置放大、线性化、校准等模块。
前置放大模块主要用于将传感器输出的微弱信号放大到一定程度，以便后续模块的处理，同时还能过滤高频干扰信号。
线性化模块主要用于将非线性的传感器输出信号进行线性化，保证采集数据的准确性。
校准模块主要用于校准传感器，提高系统的可靠性。
（3）通讯电路设计通讯电路主要负责将处理后的信号通过HART协议传输至上位机或控制系统，其中，HART通讯电路是智能压力变送器的关键部分。
3051压力变送器
使用对象：液体、气体或汽体 输出信号：4~20mA 输出叠加 HART 协议数字信号（两线制） 电 源：外部供电 24VDC，（电源范围 12V~45V） 负载特性：负载电阻回路允许的最大负载电阻 Rmax=(E-12)/0.02(Ω)如图所示
1650 1500
1000
负载电阻(Ω)
500 250
-40℃~85℃
-20℃~85℃
温度影响
型号
3051CD 3051CG 3051CA
3051L 3051HP 3051T
零点 量程 零点 量程 零点 量程 零点%/28℃ —
－
—
—
—
—
—
—
—
—
量程范围
3
4、5、6、7、8
0.25%/28℃
0.125%/28℃
3051HP 最大工作静压：31.2Mpa;最大安全静压：44.1Mpa;单向最大压力：31.2Mpa;法兰可承受
压力：68.9MPa 正常工作压力在 3.45kPa（绝对压力）至变送器量程上限
3051LT 150lb 法兰：41.37kPa（绝对压力）~4.9Mpa（在 37℃，充硅油） 300lb 法兰：41.37kPa（绝对压力）~4.9Mpa（在 37℃，充硅油）
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智能压力变送器CV 3110 说明书
PTFE 过滤系统 EN 60529，IP66 DIN EN 60721 3-4，4K4H - 螺纹端子 1 mm2，电缆进入通过旋紧配合 - 圆形插头 M12 标准 不带功能模块和膜盒密封：0.65kg
400 mbar abs 40 mbar abs 20 mbar abs 20 mbar abs 20 mbar abs 20 mbar abs 20 mbar abs
测量范围极限 额定范围：如 1 bar
壳体设计 壳体 材质
结构 压力补偿 防护等级 气候类别 电器连接
重量
卫生壳体设计、螺纹式盖子、有视窗
可以提供其他连接方 式和标称尺寸 例如：
- DIN 11864-1 - 各种不同版本 - 生化控制
安装位置 安装位置：任意
标准显示模块和电缆连接。 如有不同的安装请特殊说明。
Data Sheet: D4-017/2
订货须知 －请给出未列型号的其他特性－
PASCAL CV 压力变送器 食品、制药、生化用
防爆
·无 ·防爆保护 II 1/2G EEx ia IIC T6
CV311. 0 1
0.4 bar
A1051
1 bar
A1053
标称 范围
4 bar 16 bar
40 bar
A1056 A1059 A1061
4 bar abs
B1056
16 bar abs
B1059
0 – 标称范围，单位：bar（标准）
输出 信号
电流范围 电流限制 报警状态 延迟时间 测量周期 测量范围设定 阻尼时间
变送器设计工程师工作内容
变送器设计工程师工作内容变送器设计工程师，听起来是不是有点高大上？其实说白了，他们就是那些把信号从一个地方传到另一个地方的“桥梁搭建师”。
你想啊，咱们现在生活中什么都离不开传感器，没了这些东西，车开不了，机器不转，工厂停工，甚至连家里的温度都要被调控得好好的。
好，咱们的主角——变送器设计工程师，基本就是这些“传输小能手”的幕后英雄。
也许你没有直接见过他们，但他们设计的产品已经深入到咱们生活的方方面面了。
变送器设计工程师的工作，简单来说，就是负责设计、研发、测试、调试，甚至还得管管维护。
别看这工作看起来挺“机械”的，实际上每一项任务都充满了挑战。
你要想啊，要把一个温度、压力、流量之类的数据，精确地从现场传输到监控系统，哪能那么简单？没点真本事可不行。
设计这些变送器，就像做一个精密的拼图，每一个环节都要无缝对接。
比如你得考虑传输的距离、传输的方式，甚至要预见到各种突发情况，比如温度变化、环境干扰这些。
你知道吗，变送器设计工程师其实也挺“八面玲珑”的。
你不仅要会电路设计、懂得信号传输原理，还得对现场环境有清晰的了解。
有时你得跑工地，顶着烈日或者寒风，亲自去了解这些仪器将要服务的地方。
就像是在和“大自然”打交道，你得看得透，摸得准，才能设计出既稳定又高效的变送器。
哦，对了，有时候你可能还要和客户沟通，听听他们的需求。
这一环节，可是非常考验耐性和细心的，因为有时候客户说的跟你想的完全不是一回事，得反复确认才能确保双方心意相通。
工作中最不容忽视的，还是“精度”。
一个小小的误差，可能就会导致整个系统的故障，搞不好还会影响到生产线的运转。
你要知道，很多时候这些设备都处在恶劣环境下，环境因素变化无常，设计师可得做到万无一失。
每一个细节都不能马虎，要确保设计的每一个组件都能够经得起长时间的考验。
就拿温度传感器来说吧，它不仅得准确反映温度，还得防止误差对最终结果的影响。
想想看，设计变送器就像是在进行一场“与时间和环境赛跑”的比赛，每时每刻都得保持最佳状态。
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摘要传感器在工业生产中起着重要的作用，随着工业的发展，人们对于传感器的精度和用户体验等方面有着越来越高的要求，相应的仪器仪表在工业生产中也有着越来越重要的地位。
压力，作为工业生产过程中重要参数之一，实现对其精确的检测和控制是保证生产过程运行和设备安全必不可少的条件。
这个课程设计是以AT89C51单片机为核心的智能压力变送器。
通过压力传感器对工业现场的压力信号进行采集，通过全桥测量电路，三运算放大电路，进过AD0809转换器转换成数字信号送往单片机AT89C51进行处理，再经过DA0832装换成模拟信号，输出4~20mA的标准电压信号，由LED液晶显示屏显示所测得压力值。
人机交互采用独立式键盘，键盘设置“+”，“-”和“、”三个按键分别用来设置上限值、下限值和锁存上限值和下限值，并设置报警电路，当输出超过上限值或下限值后自动报警提醒工作人员。
关键词压力变送器智能化目录摘要 (I)1 绪论 (1)1.1压力变送器背景和应用简介 (1)2 系统总体设计 (2)2.1 系统设计要求 (2)2.2 总体设计方案 (2)3 智能压力变送器的硬件设计 (4)3.1 压力传感器 (4)3.1.1 压力传感器的选择 (4)3.1.2压阻式压力传感器的结构组成 (4)3.2 电阻信号的测量桥路 (5)3.2.1 测量电路的工作原理 (5)3.3 信号放大电路 (6)3.3.1 放大器的选择 (6)3.3.2 三运放差分放大电路 (6)3.4 A/D转换模块 (7)3.4.1 ADC0809与单片机连接 (7)3.5 单片机 (8)3.5.1 AT89C51单片机简介 (8)3.5.2 单片机复位电路与自激振荡电路 (9)3.6 键盘接口输入 (9)3.6.1键盘分类简介及选择 (9)3.6.2键盘抖动及消除 (10)3.7 LED显示接口电路 (11)3.7.1 LED数码管静态显示接口电路 (11)3.8 D/A转换模拟输出及信号放大 (12)3.8.1 DAC0832简介 (12)3.8.2 D/A转换输出与放大电路 (12)3.9 报警电路 (13)4 智能压力变送器软件设计 (14)4.1 A/D转换器软件设计 (14)4.2 单片机与键盘接口程序设计 (15)4.3 LED数码管静态显示程序设计 (16)4.5 智能压力变送器程序设计 (18)总结和体会 (19)参考文献 (20)附录 (21)1 绪论1.1压力变送器背景和应用简介压力传感器作为工业活动中最为常见的传感器之一，其广泛运用于交通运输、石油化工、军事工业等各种工业自动控制的领域中。
压力变送器的工作原理是将压力信号转变成某种可测量的电信号，如日常生活中常见的应变式压力传感器，其工作原理是通过施加压力使弹性元件变形从而产生电阻的变化，通过测量电阻的变化量，利用一定的标度变换，从而得出压力的大小。
在日常生活和工业生产中，人们可利用监测压力的变化和实现对压力的控制进行多种生产活动。
例如，在地理环境中海拔高度可以通过测量大气压力的变化来获得；在化工厂中，利用压力参数来判断化学反应的过程；在气象预测中，测量大气压力可以判断阴雨天气状况。
因此，压力变送器的设计拥有广阔的市场前景。
自上世纪80年代，基于微处理器的智能压力传感器能比较精确和快速的测量，特别是对动态压力的测量，实现多点信号转换、长距变送、与计算机实时信息交换处理等，因而在农业、工业、国防、科技等领域获得了迅速发展和广泛运用。
世界上多个国家一直把传感器技术的发展视为现代科技提升的关键。
因为只有好的传感器技术，才能实现对工业过程更完美和智能的控制，从而得以大幅度提升科技水平乃至综合国力。
美国、日本、欧洲等国的传感器技术一直在引领着世界潮流，我国对智能传感器的研究最近几十年来虽然取得了很大成就，但由于起步较晚，缺乏对该方面的高精尖人才，因此与世界顶尖水平还有不小的差距，因此，要想实现我国科学技术的长足发展，传感器技术必须要有质的突破。
2 系统总体设计2.1 系统设计要求该系统要求能够满足以下几点设计要求：（1）可测范围：0～1MPa—2.5MPa（表压），且量程可选；（2）显示：3位数码显示（2.50MPa），4～20mADC输出；（3）附加要求：上、下限报警；（4）测量精度：±1%。
2.2 总体设计方案为了实现更高精度的测量，获得更加智能的人机交互，本次设计为基于单片机的智能压力测量系统。
该智能压力变送器基本原理是通过压力传感器把压力信号转换成电压信号，该电压信号经放大后，送至模/数转换电路，将其转换为数字信号以便单片机处理，最后由LED数码管进行显示，并以工业生产中标准的4-20mA的电流信号输出。
在测量的过程中可以人为地通过独立键盘进行设置测量的上下限，当输入的压力超出上下限时，蜂鸣器启动报警。
该智能压力变送器，选用的的单片机为常见的AT89C51单片机，将压力经过压力传感器变为电信号，在三运放差分放大电路下，对电压信号进行放大，通过A/D转换器将电压信号转换为单片机可以处理的数字量。
在该系统中，用于电压信号采样的A/D转换器为ADC0809。
ADC0809是8位分辨率的CMOS型逐次逼近式A/D转换器，它可实现8路多路模拟开关以及与单片机直接相连。
转换输出的数字量最高分辨可达256级，可以适应一般单片机应用系统的模拟量转换要求，同时也满足本设计的精度测量需要：±1%。
为了提高单片机系统I/O口线的利用效率，设计采用了74LS164进行数据移位至数码管显示。
74LS164是CMOS型8 位边沿触发式移位寄存器，可以实现串行输入数据，然后并行输出的功能，它通过限流电阻直接与8位数码显示管相连，然后通过数据移位功能将压力值在数码管上显示出。
为了获得4～20mA标准输出电流，设计采用了DAC0832标准8位D/A转换器进行数模转换输出电流信号，由于经过D/A转换的电流输出量十分微弱，因此可先将电流信号通过运算放大器转换为电压信号，再利用ISO EM直流（电压/电流）信号隔离器，把电压信号转化为4-20mA标准电流输出本次设计是以单片机为核心的压力测量变送器，首先，外部施加给应变片一个压力信号，然后应变片将信号转换成易测量的电信号作为输出，通过测量桥路，多级放大电路将该电信号进行放大，将通过A/D模数转换的数字信号输入至单片机进行数据处理，最后数据送给LED数码管显示，并实现键盘输入控制、4～20mADC输出、上下限报警等功能。
其原理图如图2-1所示。
图2-1 原理组成图3 智能压力变送器的硬件设计3.1压力传感器3.1.1 压力传感器的选择压阻式压力传感器是电阻式压力传感器的一种，它的特点是易于微小型化；灵敏度高，它的灵敏系数比金属应变的灵敏系数高50～100倍；它具有很宽的测量范围，通常可达到10Pa-60MPa，并且，测量精度可达到1/1000，具有高度的可靠性，使用寿命很长。
因此，压阻式压力传感器已被广泛的应用于石油、化工、核电、交通运输、航空制造等重点领域。
3.1.2压阻式压力传感器的结构组成压阻式压力传感器主要是由压阻芯片和保护外壳组成，其内部主要是由一块N型的硅膜片组成。
在该N型膜片上对称的集成上了四个完全一样的P 型电阻，称之为扩散电阻。
如图3-1所示的为压阻式压力传感器的结构组成图。
扩散电阻引线图3-1 压阻式压力传感器结构3.2 电阻信号的测量桥路对于压阻式压力传感器，产生的电阻信号需要进一步转化为电压或者电路信号，以便进行测量信号的远传和处理。
最常用的的方法是采用电桥的方法，电桥的准确度高、稳定信高、使用方便，可以准确的将扩散电阻变化量转换成电压信号的变化量，减少了环境因素带来的测量误差。
由于交流电桥在信号传输过程中易受电路本身的影响，调节平衡困难，稳定性较差等缺点，本设计采用直流电桥作为电压信号的测量电路3.2.1 测量电路的工作原理桥路电源电压U ,4个桥臂阻值分别为1R 、2R 、3R 、4R ，当1R =2R =3R =3R 时，称之为等臂电桥。
由于扩散电阻的电桥电路输出信号比较微弱，故目前大部分电阻式压力变送器桥路输出端都会与直流放大器相连接。
测量桥路如图3-2所示。
图3-2 压力变送器测量电路 由于差动电桥的补偿作用，使引起非线性误差的因素互相抵消并且具有温度补偿功能，而且半桥的输出信号灵敏度是单臂电桥的2倍，同时全桥电路的灵敏度是半桥的2倍，全桥电路灵敏度很高，因此该设计采用全桥电路。
电路如图3-3所示。
图3-3 全桥电路3.3信号放大电路3.3.1放大器的选择由于被测压力经过应变片和全桥电路转变后得到的电信号十分微弱，所以在对其进行A/D转换之前要对这些模拟电信号进行放大。
本设计采用OP07双极性运算放大器组成的三运放差分放大电路，OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
能够保证在具有较大共模电压的条件下，获得对微弱的差分电压信号进行放大的显著效果，并且具有很高的输入阻抗。
因此，这些特性使得三运放差分放大电路得到广泛应用3.3.2三运放差分放大电路该设计采用了由OP07运算放大器组成的同向并联三运放结构，由OP07-1和OP07-2组成第一级运放电路提高输入阻抗，OP07-3组成第二级运放电路提高共模抑制比。
这种结构可以很好地满足高输入阻抗、高共模抑制比、高增益、低漂移等电路要求。
结构组成如图3-4所示。
-5V-5V图3-4 三运放差分放大电路3.4 A/D转换模块3.4.1 ADC0809与单片机连接经过差分放大电路后放大的电压模拟量信号从IN口输入，由于A、B、C 三位地址选通端子接地，根据通道选择表，信号从IN0输入，经过A/D转换之后由数据输出端口D0-D7输入至51单片机的P0口，时钟脉冲输入端CLK 与P2.0相连，同时，由于转换器的START和ALE端口工作时序一样，因此把两个端口连接在一起，再与P2.1连接，由一个单片机I/O口控制，节省了I/O 资源。
OE端口和EOC端口分别由单片机P2.2和P2.3控制。
连接图如图3-5所示。
图3-5 ADC0809与AT89C51单片机连接图3.5单片机3.5.1 AT89C51单片机简介图3-6 AT89C51单片机引脚符号图AT89C51的引脚图如图3-6所示。
该设计选用的数据处理核心器件是AT89C51型高性能8位单片机，它内部集成了4K字节的闪存，128字节的内部RAM，以及32 个双向I/O 端口，一个全双工串行通信口，一个两级中断结构，两个16位定时/计数器，片内振荡器及时钟电路等。