智能式差压变送器

目前实际应用的智能式差压变送器种美较多，结构各有差异，但总体结构相似，都分为 硬件与软件两部分。现以U51智能式差压变送器为例介绍其构成原理。

1. 1151智能式差压变送器的特点

1151智能式差压变送器是在模拟的电容式差压变送器基础上开发的一种智能式变送器， 它具有如下特点：

1) 测量精度高，基本误差仅为±0.1%，而且性能稳定、可靠。

2) 具有温度、静压补偿功能，以保证仪表精度。

3) 具有数字、模拟两种输出方式，能够实现双向数据通信。

4) 具有数字微调、数字阻尼、通信报警、工程单位换算和有关信息的存储等功能。

2. 硬件构成及其功能

1151智能式差压变送器的硬件构成原理框图如图2- 43所示。

各部分的功能原理简介如下：

(1) 传感器部分传感器部分的作用是将输入差压转换成A/D转换器所要求的0 ~2. 5V电压信号。1151智能式差压变送器检测元件采用电容式压力传感器，它的工作原理与 模拟式电容差压变送器相同，这里不再赘述。为适应低功耗放大器的供电要求，传感器部分 采取5V电源供电，其工作电流约为0.8mA左右。

(2) A/D转换器A/D转换器采用的是AD7715芯片。该芯片带有前置放大器，可直接. 接受传感器的直流低电平输入信号，实现16位的高精度模/数转换并输出串行数字信号；它 还具有自校准功能，可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响。

(3) CPU CPU采用AT89S8252微处理器，并与MCS-51微处理器兼容。该处理器提供. 了 8KB 的 Flash ROM、2KB 的 EEPROM、256B 的 RAM、32 个 I/O 口线、两个 DPTR、三个 16位定时/计数器、一个全双工串行口以及可编程看门狗、振荡器与时钟电路等。

(4) HART通信部分HART通信部分是实现HART协议物理层的硬件电路，它的作用 是实现二进制的数字信号与FSK信号之间的相互转换，其原理如图2-44所示。图中， HT2012由调制器、解调器、载波监测电路和时基电路构成。二进制数字信号由ITXD引脚 输入，经调制器调制成FSK信号由OTXA端子输出；由IRXA引脚输入的FSK信号经解调器 解调成二进制数字信号由ORXD端子输出；调制器与解调器受INRTS端子的电平控制，即 由CPU控制；当4〜20mA直流信号中叠加有数字信号时，载波监测电路的输出OCD为低电 平，否则为高电平；时基电路用于产生调制器与解调器所需的时间基准信号；带通滤波器只 允许通过某一频段的信号（约为1200〜2200Hz)，用于抑制接收信号中的感应噪声；整形电 路是为了使输出信号波形满足HART物理层规范要求。

(5) 数/模转换及电压调整电路数/模转换器AD4U及电压调整电路如图2-45所示。

图中，AD421为数/模转换器芯片，它的作用有：

1) 将CPU输人的数字信号转换为4 ~20mA的直流电流信号。

2) 将通信部分输入的数字信号叠加在4 ~20mA直流电流上一起输出。

3) 与场效应晶体管等组成电压调整电路，其作用是将24V直流电压转换为5V直流电 压为各部分供电。

(6)监控电路监控电路的作用是对CPU的工作状态进行保护，即当CPU工作不正常 时，使CPU产生不可屏蔽的中断，对正在处理的数据进行保护，并经过一段等待时间后使 CPU恢复正常工作；此外，当电源波动时，将产生复位信号以防止电源干扰对CPU的影响。 

3.软件构成

1151智能式差压变送器的软件由两部分组成，即测控程序和通信程序。

测控程序包括A/D采样程序、非线性补偿程序、量程转换程序、线性或开方输出程序、 阻尼程序以及D/A输出程序等。

通信程序是实现HART协议数据链路层和应用层的软件，有关内容将在第9章中介绍。