壓力變送器
電容式液位計投入式液位計微差壓變送器音叉開關雙法蘭液位計3051變送器遠傳法蘭變送器智能變送器單法蘭液位計磁致伸縮液位計

基於MSP430的無線壓力變送器設計

作時間:2018-08-21  來源:  作者:薑 涵
   

 摘 要:文章研究了基於MSP430的無線壓力變送器設計。無線壓力變送器的特點是低成本和低功耗,在硬件的選擇和軟件的設計上也重點突出了低功耗的思想。硬件上采用的是MSP430低功耗芯片和低功耗數字放大器,通信上采用的是ZigBee無線通信模塊。軟件設計上采用間歇式工作模式,非采樣期間隻有顯示器工作,並且有效地縮短了A/D轉換的時間,從而降低了係統的功耗,整個係統通過鋰電池供電,可以工作較長的時間。

 
1 設計背景
在石油開采的過程中,通常會根據井口的油壓和套管壓力的變化對油井的生產進行分析,所以對井口壓力的測量必須做到及時準確。油田的生產環境較為惡劣,對儀器的測量要求也比較苛刻,一般需要在﹣30~﹢50 ℃,0~10 Mpa的條件下進行準確測量。
 
壓力變送器是一種用來測量壓力參數的儀表,目前市麵上很多壓力變送器都采用有線的方式進行測量數據的傳輸,電源也采用的是集中式供電,非常不利於設備的安裝和維護,給油井的日常生產管理造成了極大的不便。因此,係統的通信模式必須換成無線通信的形式,供電方式也必須換成鋰電池供電的形式。同時為了提高電池的使用時間,整個係統就必須做到低功耗,所以無論從芯片和供電電池的選擇,還是電路以及程序的設計,都需要進行綜合考慮。本文采用的是MSP430處理器,研究並設計了一種無線低功耗壓力變送器,從而實現了井口壓力參數的準確快速測量。
 
2 係統設計
本係統用Altium Designer作為平台,設計出基於MSP430單片機的無線壓力變送器的原理圖,參照原理圖繪製壓力變送器的PCB電路板並進行元件的焊接,最後用IAR Embedded Workbench IDE調試平台編寫程序,下載進MSP430單片機進行調試。最終能在LCD顯示屏上顯示壓力等參數,並可以通過ZigBee模塊將數據以無線的方式發送出去。
 
總體設計應該是全麵考慮係統的總體目標,進行硬件初步選型,然後確定一個係統的草案,同時考慮軟硬件實現的可行性 [1-2] 。總體方案經過反複推敲,確定了以美國德州公司(Texas Instrument)推出的MSP430F161超低功耗單片機為數字壓力表的核心,並選擇低功耗和低成本的存儲器、放大器、液晶顯示器等元件,所以可將係統總體結構分為壓力采集模塊、無線發射模塊、MSP430單片機、LCD液晶顯示器、脈衝輸入模塊、JTAG調試接口,其總體框架如圖1所示。
係統總體設計框
壓力變送器是一種接受壓力變量,經傳感轉換後,將壓力變化量按一定比例轉換為標準輸出信號的儀表。變送器的輸出信號傳輸到中控室進行壓力指示、記錄或控製。無線壓力變送器的傳感元件采用的是擴散矽力敏器件,敏感芯片利用集成電路工藝,在晶體矽片上製成敏感電阻,組成惠斯通電橋,作為力電轉換的敏感器件。當收到外力作用時,電橋失去平衡。當給橋路加一恒流激勵電源時,可以將壓力信號線性地轉化為工業標準的4~20 mA的電流信號或者1~5 V的電壓信號,再經放大電路轉化為數字信號,最後由無線模塊發送至上位機。
 
本係統需要將壓力參數通過壓力電橋采集出來並通過放大器進行放大處理,最後在LCD上顯示並可通過ZigBee與上位機進行數據交換。現實中的壓力采集模塊是由壓力電橋構成,本次設計中由於無法測得實際壓力參數,故用電位器代替電橋,通過對電位器的調節來模擬電橋因壓力變化而產生的電流變化。
 
3 軟件設計
本設計中以MSP430處理器為核心,通過5 V鋰電池來控製壓力傳感器和放大器的供電,傳感器將壓力信號轉換為電信號後,經過放大器放大轉換為適合於A/D轉換的電壓範圍,然後通過MSP430處理器內部集成的A/D轉換器進行數模轉換,壓力信號就轉換為數字信號了。然後處理器根據存儲於RAM中的校準數據計算出測得的壓力,最後將壓力數值送液晶顯示器顯示。在校準過程中建立起測量值與標準壓力的對應關係,校準數據保存於外部存儲器中。電池經過穩壓後,為長期工作的部件:處理器、存儲器、顯示器供電(存儲器本來也可以通過單片機來控製其電源,因為存儲器的存儲功能隻在上電或複位初始化以及校準時讀取數據才需要,但是由於係統需要使用集成於存儲器內的看門狗,因此需要長期工作)。數據采集部分代碼如下:
 
while(1)  //主循環---------------------------------------
--------------
{
clear_watch_dog();
LPM3; //休眠
ai_power_on();
//打開AI電源
DELAY50; 
//延時
ad_on();
//打開AD AD采集時間9ms 
ai_cj();
//AI采集
slpt_timeout++; //AD采集計時
if(slpt_timeout<mdnml_data.slpt)
continue;
slpt_timeout=0;
ai_power_on();
//打開AI電源
DELAY10; 
//延時
ad_on();
//打開AD AD采集時間9ms 
bt_cj();
//電池電壓采集
ad_off(); 
//關AD
ai_power_off();
//關閉儀表電源
bt_cal();
//電池電壓計算
}
 
係統上電初始化之後,首先切斷傳感器和放大器的供電,進入休眠模式,然後根據設定的采樣時間進入等待延時循環,經過一個采樣周期後,計時結束,係統退出休眠模式,打開傳感器、放大器電源,開始測量,進行A/D轉換,然後進行數據處理和計算,最後將結果送顯示器顯示並將數據以數據幀的形式發送出去,整個過程結束後,立刻進入休眠模式,開始下一個采樣周期循環,係統就這樣周而複始地運作 [3] 。
 
4 結語
測量儀器儀表包括壓力測量儀器的總的發展趨勢是數字化、高性能、集成化、智能化、網絡化。電池供電的無線數字壓力變送器的設計滿足了市場對電池供電方式、長壽命、低功耗、低成本數字式、質量高的變送器的需求,具有較為廣闊的市場前景。
注明,ag亚游集团文章均為原創,轉載請標明本文地址

下一篇文章:返回列表
變送器相關知識、案例、論文 Technique
您可能感興趣的文章 Technique
相關產品 Technique
產品分類 ProductsClass
壓力變送器知識
熱門文章Technicalnews
雙金屬溫度計 智能差壓變送器 絕對壓力變送器 擴散矽壓力變送器 射頻導納開關 投入式液位變送器 雙法蘭液位變送器 一體化溫度變送器 單法蘭液位變送器
射頻導納液位計|壓力控製器 |磁翻板液位計|壓力表|隔膜壓力表|耐震壓力表| 耐磨熱電偶|天然氣流量計|壓縮空氣流量計|熱式氣體質量流量計| 氨氣流量計|
靜壓式液位計|熱電偶溫度計|電接點壓力表|精密壓力表|智能壓力校驗儀|
銷售熱線:0517-86998326 86998328 18952302362 13915186942 傳真:0517-86998327
3051TG壓力變送器 淮安市ag亚游集团有限公司 壓力變送器 液位變送器 差壓變送器 製作版權所有 / © 廠址:江蘇省淮安市金湖工業園區